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ACTAS DEL CONGRESO ACTAS DO CONGRESSO ________________________________________


ISBN: 978-956-9412-13-4 Editor Jorge P. Arenas Compilación Digital Marco Antonio Gaete © Copyright: 2014, Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile www.acusticauach.cl


Comité Científico Jesús Alba Danilo de Almeida Daniel Álvarez Julieta António Higini Arau-Puchades Jorge Arenas Pedro Arezes Claudia Arias César Asensio Carla Badani Juan Barrigón José Barros Francisco Beltrán J.L Bento-Coelho Sylvio Bistafa Ricardo Burdisso Rodrigo Cádiz Pedro Cobo Víctor Cortínez Francesc Daumal Patricio de la Cuadra Jaime Delannoy Romina del Rey Francisco Denia César Díaz Fernando Elizondo José Espinosa Pablo Faúndez Chris Feuillade Sergio Floody Samir Gerges Luís Godinho Elizabeth González Ricardo Hernández Fidel Hernández José Herrera Carlos Jiménez Roberto Jordan Diego Ledezma Arcanjo Lenzi Celso Llimpe Antonio Marzzano Paulo Massarani Leonardo Meza Leonardo Miranda Alfonso Moreira Jorge Moreno Ricardo Musafir Marco Nabuco Rodrigo Ordoñez Felipe Otondo Dinara Paixão

Univ. Politécnica de Valencia, España Ford Motor Company, Brasil Lloyd's Register, Singapur Univ. de Coimbra, Portugal Arau Acústica, España Univ. Austral, Chile Univ. do Minho, Portugal Univ. Nacional de Córdoba, Argentina Univ. Politécnica de Madrid, España Univ. de Chile Univ. de Extremadura, España Univ. Austral, Chile Univ. Autónoma Metropolitana, México Univ. de Lisboa, Portugal Univ. de Sao Paulo, Brasil Virginia Tech, Estados Unidos P Univ. Católica, Chile CSIC, España Univ. Tecnológica Nacional, Argentina Univ. Politécnica de Cataluña, España P Univ. Católica, Chile DuocUC, Chile Univ. Politécnica de Valencia, España Univ. Politécnica de Valencia, España Univ. Politécnica de Madrid, España Univ. Autónoma de Nuevo León, México Inst. de Salud Pública, Chile Huawei European Research Center, Alemania P Univ. Católica, Chile Univ. de Chile Univ. Federal de Santa Catarina, Brasil Univ. de Coimbra, Portugal Univ. de la República, Uruguay Univ. de Cádiz, España Univ. del Pinar del Río, Cuba Zero America Latina, Chile P Univ. Católica, Perú Univ. Federal de Santa Catarina, Brasil Univ. Autónoma de Nuevo León, México Univ. Federal de Santa Catarina, Brasil P Univ. Católica, Perú Seremi de Salud RM, Chile Inmetro, Brasil P. Univ. Católica, Chile Volkswagen AG, Alemania Bruel & Kjaer, Estados Unidos P Univ. Católica, Perú Univ. Federal de Río de Janeiro, Brasil Inmetro, Brasil Univ. de Aalborg, Dinamarca Univ. Austral, Chile Univ. Federal de Santa María, Brasil


Jorge Patrício Stephan Paul Ignacio Pavón Jaime Ramis Stelamaris Rolla Claudia Rosas Heidi Ruiz Isolina Sánchez Ilhuicamina Servín Francisco Simón Enrique Suárez Felipe Torres Nilda Vechiatti Rodolfo Venegas Erasmo Vergara César Vasques

LNEC, Portugal Univ. Federal de Santa María, Brasil Univ. Politécnica de Madrid, España Univ. de Alicante, España UNICAMP, Brasil Univ. Austral, Chile Univ. Católica de Lovaina, Bélgica Univ. de Cs. Médicas de Santiago de Cuba Inst. Politécnico Nacional, México CSIC, España Univ. Austral, Chile Benbow Environmental, Australia LAL-CIC Bs. Aires, Argentina Carbon Air Ltd, Inglaterra Univ. Federal de Santa Catarina, Brasil Univ. de Porto, Portugal

Organización Instituto de Acústica UACh Sociedad Chilena de Acústica, SOChA Federación Iberoamericana de Acústica, FIA Universidad Austral de Chile

Patrocinadores International Institute of Acoustics and Vibration, IIAV International Commission for Acoustics, ICA Audio Engineering Society-Chile Ministerio del Medio Ambiente Centro de Estudios Científicos, CECs Colegio de Ingenieros Acústicos de Chile, AG Dirección de Investigación y Desarrollo de la Universidad Austral de Chile

Auspiciadores Acustical AFE Sonido y Acústica Cía. Industrial el Volcán S.A. dBA Ingeniería Hunter Douglas INGMAC Nicolaides S.A. Proyectos Acústicos Ltda. Silentium Sonoflex SoundPLAN SPEVI Surplast S.A. Tecsis


PREFACIO

Este volumen de Actas contiene las conferencias y comunicaciones presentadas durante el IX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014, realizado en el Centro de Convenciones del Hotel Dreams Pedro de Valdivia, en la hermosa ciudad de Valdivia al sur de Chile, entre el 1 y 3 de diciembre de 2014. El volumen en 1500 páginas incluye los más de 150 trabajos científicos aceptados que cubren los tópicos de acústica de la edificación, acústica ambiental, electroacústica y metrología, ultrasonidos, acústica subacuática, procesado digital de señales, ruido y vibraciones en la industria, acústica fisiológica y psicológica, acústica musical, normativa acústica, materiales acústicos y audio profesional. Los trabajos fueron seleccionados por el Comité Científico y presentados por sus autores durante las sesiones técnicas del congreso. El volumen presenta las distintas investigaciones que se desarrollan en la comunidad acústica iberoamericana, dando una particular atención al fortalecimiento de la literatura técnica en los idiomas oficiales de los congresos de la Federación Iberoamericana de Acústica, FIA. Creada precisamente en Valdivia en el año 1995, la Federación Iberoamericana de Acústica organiza cada dos años los Congresos Iberoamericanos, con la finalidad de promover el desarrollo y progreso de la Acústica en todas sus áreas, reuniendo a las asociaciones de países iberoamericanos de habla española y portuguesa. Aprovechamos de agradecer a todos los auspiciadores y patrocinadores de este congreso y, muy especialmente a la Dirección de Investigación y Desarrollo (DID-UACh) por su gentil aporte a la publicación de estas Actas. Confiamos que esta publicación oficial del congreso será de utilidad a la comunidad científica iberoamericana y un real aporte al conocimiento de la acústica. Valdivia, diciembre de 2014.

Dr. Jorge P. Arenas Presidente FIA2014

Dr. Enrique Suárez Vicepresidente FIA2014


TABLA DE CONTENIDOS 1701 Conforto sonoro em cidades – conceitos, instrumentos e estratégias

J.L. Bento-Coelho

1

1702 Acústica de turbinas eólicas: Medición, control e impacto ambiental

R.A. Burdisso

13

1703 Acontecimientos recientes en la dispersión acústica de cardúmenes de peces con vejiga natatoria

C. Feuillade

23

1704 Detecção e contribuição dos outliers para avaliações subjetivas de S.N.Y. Gerges som R.A. Dias

33

1705 Evolución del marco normativo internacional en acústica de la edificación

M. Machimbarrena B. Rasmussen P. Fausti

51

0102 Caracterización Acústica de Superficies a través de Coeficientes de Absorción, Difusión y Dispersión.

N. Bastián A. Campos

71

0104 Rediseño acústico óptimo de recintos industriales

M.E. Sequeira V.H. Cortínez

81

0105 Rehabilitación acústica de fachadas de recintos en los alrededores del Aeropuerto Adolfo Suárez Madrid-Barajas

C. Díaz A. Pedrero Mª A. Navacerrada

93

0106 Estudio de sistemas de ventilación natural colocados en la carpintería de la ventana y su efecto sobre los niveles de inmisión sonora en los recintos

A. Díaz-Chyla C. Díaz Mª A. Navacerrada A. Pedrero

103

0107 Comparación de parámetros acústicos calculados mediante distintos software

J. Mansilla S. Sato L. Rodiño A. Arias

113

0108 Medición de tiempo de reverberación y caracterización acústica de la catedral de sal de Zipaquirá

J.A. Aguacia D.A. Pardo B.J. Rodríguez

123

0110 Evaluación de la difusión acústica de recintos a partir de parámetros asociados a la reverberación

I.T. Servín D. Sánchez G. Ávila

132

0111 Reacondicionamiento y caracterización acústica de la cámara de reverberación del CIAL-UNC

C.C. Herrán A.R. Maristany D.A. Moyano

142

0112 Desarrollo de una fuente sonora omnidireccional liviana para mediciones de campo

A.R. Maristany D.A. Moyano P.E. Méndez

152


0114 Incidencia de la tipología de fachada en el aislamiento acústico al ruido aéreo en viviendas de la Región Metropolitana de Chile

L. Meza J. Delannoy A. Marzzano

158

0115 Influencia del vidriado en el aislamiento acústico de una ventana

F. Iasi N. Vechiatti

168

0116 Determinación estadística de los ciclos diarios de ruido ambiental mediante análisis de cluster. Aplicación al Barrio Bellavista de la ciudad de Santiago

A. Marzzano M. Araos C. Albornoz H. Lefín M. Fuentes J. Delannoy L. Meza

176

0117 Evolución acústica de las soluciones constructivas oficiales en el período 2005-2014 en Chile

J. Delannoy L. Meza A. Marzzano C. Arenas

186

0118 Validação de um protótipo de fonte sonora de impactos padronizados mediante resultados obtidos na avaliação do isolamento sonoro de impacto em pisos de edificações residenciais

R. Mojolla S.R. Bertoli

196

0119 Estudio del campo sonoro de una sala a baja frecuencia

D.K. Anthony M.J. Fernández F. Simón

206

0120 Optimización del diseño formal de envolventes para el control del A.R. Maristany ruido de transito L. Abadía M. Agosto L. Carrizo M. Chitarrini

214

0121 Análisis de parámetros acústicos de recintos para dos condiciones de ocupación: Estudio de caso de un aula universitaria

G.A. Cravero S.P. Ferreyra H.C. Longoni M.D. Flores O.A. Ramos F.C.Tommasini S.P. Ferreyra G.A. Cravero H.C. Longoni M.D. Flores O.A. Ramos F.C. Tommasini J. Antonio A. Tadeu A. Neves

223

S. Jiménez J. Romeu A. Balastegui C. Vega

252

0122 Análisis espacial del índice energético temprano-tardío en aulas universitarias

0124 Soluções de reforço/reabilitação acústica de lajes aligeiradas Resultados laboratoriais 0125 Plan de acción contra el ruido de actividades de ocio al aire libre

0126 Análise do índice de reconhecimento de fala na relação sinal ruído E.M.L. Moraes para o ruído de tráfego em salas de aula. G.S.V. Melo D.D.R. Ramos M.U.P. Freitas C. Nagawo

232

242

261


0127 Desempenho Acústico de Fachadas de Edificações em Campus Universitário

S.R. Bertoli A. Moreira

270

0128 Diseño Acústico de recintos para Broadcasting

M. Huaquín

280

0129 Análisis experimental de la concentración sonora en recintos cupulares

A. Alcaino M. Huaquín

289

0131 Acústica del Centro Cultural de la Universidad Nacional de Cuyo, R.D. Ottobre Mendoza, Argentina M.L. Ottobre F. Suárez Vié A. Arias

298

0132 Capilla Museo Buffo: Cartografía Compositiva del Espacio

D. Payo S.P. Ferreyra G.A. Cravero H.C. Longoni A. Farina M. Eguia O.J.S. Júnior J.J.R. Silva M.A.S. Pinheiro

308

0134 Parâmetros acústicos em salas comuns de residências típicas no sul do Brasil

M.É. Klein A.S. Panosso S. Paul

327

0135 A classificação acústica como instrumento de validação dos processos de reabilitação acústica de edifícios habitacionais

J. Patrício

336

0133 Isolação sonora de vedações em blocos de gesso

318

0137 Determinación de diferencia por simplificación de diseño de salas G. Moreira en predicciones computacionales con técnicas de acústica geométrica

344

0139 Técnica alternativa para la caracterización de propiedades vibroacústicas con aplicación en acústica de la edificación

J.V Torres P. Molina E.G. Segovia J. Ramis

354

0141 Tratamiento acústico de un templo con geometría desfavorable

J.N. Moreno C. Jiménez R. Rivera

364

0202 Estudo de Impacto Ambiental da Instalação de Uma Via de Acesso a um Centro de Distribuição

M.L. Belderrain W. Montemurro R. Vaidotas

373

0205 Impacto del ruido de flujo vehicular en un sector urbano de la comuna de Ñuñoa

M. Saavedra

381

0206 Evaluación y gestión del ruido en aeropuertos colombianos

J.M. Aponte A.F. Mondragón C.C. Mesa E.F. Vergara

391

0207 Avaliação do ruído pneu-pavimento de estradas brasileiras pelo método CPX

E.F. Vergara J.M. Aponte S.N.Y. Gerges G. Trichês

401


0208 Estructura temporal del ruido urbano y Método de Categorización C. Prieto-Gajardo G. Rey-Gozalo J.M. Barrigón-Morillas V. Gómez-Escobar R. Vílchez-Gómez J. Méndez-Sierra J. Trujillo-Carmona R. Maderuelo-Sanz D. Montes-González P. Atanasio-Moraga 0209 Actualización de la situación acústica de la Ciudad Monumental S. Díaz-Muñoz de Cáceres y evaluación de la percepción de los transeúntes J.M Barrigón-Morillas V. Gómez-Escobar G. Rey-Gozalo R. Vílchez-Gómez J. Méndez-Sierra J. Trujillo-Carmona C. Prieto-Gajardo D. Montes-González P. Atanasio-Moraga 0210 Evaluación de Modelos de Predicción de Ruido de Tránsito N. Bastián Vehicular en Ciudades Pequeñas: Casos Ciudad de Valdivia y J. Alvarez Osorno F. Moreno

409

0211 Desenvolvimento de uma ferramenta para análise do Estudo de Impacto de Vizinhança (EIV) na área de emissões sonoras

A. Alves D.X. da Paixão

439

0212 Confort acústico-urbano en la ciudad de México. El caso de un corredor urbano en la Delegación Azcapotzalco

D.R. Ponce F.E. Rodriguez-Manzo

449

0213 Impacto de la planeación urbana en el ambiente sonoro de la Delegación Azcapotzalco de la Ciudad de México. El caso del Jardín Hidalgo

F.E. Rodríguez-Manzo E. Garay-Vargas L.A. Lancón-Rivera G. Sánchez-Ruíz

458

0214 Análisis de las diferencias entre los descriptores acústicos NPSeq y NPSmáx para maquinaria utilizada en faenas de construcción reguladas por el D.S. N° 38/2011 MMA

M. Glisser A. Santos

468

419

429

0215 Mapa de Ruido de la Ciudad de Buenos Aires, Argentina, Primera R.D. Ottobre etapa: Planteo metodológico y presentación del mapa de ruido de G. Said la comuna 4 L. Carilli F. Deuschle 0216 Técnica de Confección de Mapas de Ruido en Zonas de Ocio: A. Marzzano Caso Barrio Bellavista - Santiago - Chile M. Araos C. Albornoz H. Lefín M. Fuentes J. Delannoy L. Meza

478

0217 Simulación en interiores de ruido de turbinas eólicas con amplitud F.A. Fernández modulada R.A. Burdisso

498

0220 Emisión de ruido de motocicleta con sistema de escape modificado: potencia acústica utilizando la técnica de intensimetría sonora

508

J.A. Perez A.J. Urquiza H.H. Contrera P. Kogan O.A. Ramos

488


0222 Impacto del ruido de tráfico rodado en población vulnerable en la localidad de Usaquén

D.A. Páez O.E. Acosta

518

0223 Impacto del ruido inducido por el viento durante mediciones acústicas

P. Aumond

528

0224 Avaliação da Paisagem Sonora Urbana através de Mapas de Eventos Sonoros

H.R. Neumann G.C. Bruna

535

0226 Relações entre o fator de visão do céu e o tempo de reverberação urbana

L.H.S. Elisei M.T. Suriano L.C.L. Souza

544

0227 Construcción a escala de un sistema de aislamiento acústico con barreras implementadas con material reciclable

A.B. Sayago A. H. Mora B.J. Rodríguez M. Herrera P. Kogan B.M. Turra G.J. Boiero J.A. Pérez

554

0237 Metodología de Análisis del nivel de Presión Sonora Corregido (NPC), en una aplicación de monitoreo fijo

A.A. Velásquez A. Lanzetta

574

0238 Exposición al ruido antropogénico en las áreas naturales protegidas: Parque metropolitano "Marisma de los Toruños y Pinar de la Algaida"

R. Hernández S. Ruiz F. Fernández R. Gey J.L. Cueto

584

0239 Zonas de conflicto acústico vs. puntos de conflicto acústico

F. López Santos D. Carretero de la Rocha I. Giménez Anaya

594

0240 Mapa estratégico de ruidos de una aglomeración urbana singular: Algeciras

F. López Santos D. Carretero de la Rocha I. Giménez Anaya R. Hernández Molina J.L. Cueto Ancela

603

0241 Análisis Geoespacial del Mapa de Ruido del Gran Santiago mediante sistema de información geográfico

V. Lobos R. Quezada S. Vergara

613

0243 Propuesta de guía para la evaluación del impacto ambiental del ruido y la vibración generados en tronaduras

R. Quezada S. Maulén R. Pesse

623

0244 Propuesta de guía para la evaluación del impacto acústico generado por líneas de transmisión eléctricas de alta tensión alterna, en el marco del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental

R. Quezada D. Briceño R. Pesse

633

0246 Mapa de Ruido del Gran Santiago Mediante Modelación

E. Suárez J.L. Barros J.P. Álvarez R. Romero C. González L. Báez C. Saavedra

641

0234 ¿Más nivel sonoro es siempre perjudicial? Rol del agua en el Paisaje Sonoro urbano

564


0303 Control de Vibraciones y Restricción Sísmica de Componentes y Sistemas no Estructurales en Chile

N. Bastián C. Galleguillos

651

0304 Comprovação de uma metodologia de cálculo da radiação acústica em estruturas vibrantes planas

M. González-Montenegro R. Jordan A. Lenzi J.P. Arenas

661

0305 Posicionamiento Óptimo de Aisladores en Sistemas Vibratorios de Seis Grados de Libertad (6DOF)

S.E. Floody

671

0306 Técnicas Aplicadas de Control de Ruido y Herramientas de Gestión de Proyectos. Caso Data Center

P.A. Seguel S.E. Floody

681

0307 Modelo de control activo de transmisión de ruido a través de una apertura en pared delgada

I. Magnusson T. Pamies J. Romeu R. Arcos

691

0309 Sistema embarcado para la clasificación de carreteras con L.J. Herrera respecto a las características acústicas de la superficie de rodadura I. Pavón

699

0310 Análise do fluxo de energia vibratória para a carcaça de um compressor hermético através do tubo de descarga de material polimérico

P.V.R. Martins A. Lenzi

711

0311 Determinación de línea base de ruido en traza ferroviaria

N. Vechiatti A. Armas F. Iasi D. Tomeo

720

0312 Análise vibroacústica de um motor de indução submetido a forcas G. Myrria magnéticas A. Lenzi

729

0313 La generación de ruido en el contacto entre la rueda y el carril – efectos no lineales

O.E. Lundberg A. Nordborg I. López-Arteaga

740

0314 Identificación de Fisuras por Fatiga en Vigas Precargadas mediante el Análisis Dinámico no lineal bajo cargas armónicas

V.H. Cortínez P.N. Domínguez

749

0315 Sintonia de Frequências Naturais de Flexão em Vigas por Otimização de Forma: Diferentes Parametrizações

D.A.C. Urra J.A. de M. e S. Teixeira J.C.S. Pantoja O.M. Silva Jr. R. Jordan

760

0316 Respuesta vibroacústica de una estructura en L mediante un método híbrido

E. Roibás M. Chimeno F. Simón

770

0318 Comparación de técnicas basadas en colocación puntual y ajuste E.M. Sánchez-Orgaz modal para la caracterización acústica de silenciadores disipativos F.D. Denia con gradientes transversales de temperatura y flujo medio J. Martínez-Casas L. Baeza

780

0319 Modelagem Numérica de Controle Ativo de Ruído Aplicado a Venezianas Acústicas

791

M. A. Maciel G.A. Zuffi M.A.V.Duarte


0402 Ambiente Acústicamente Enriquecido para la terapia sonora del acúfeno

P. Cobo

801

0405 ¿Es posible percibir tonos puros por encima de los 20 kHz?

I. Canalis J. Petrosino

810

0406 Evaluación objetiva y subjetiva de la aislación acústica de fachadas

R. Ordoñez C. Visentin M. Marković P. Fausti

819

0407 Influencia de la compresión del rango dinámico en la evaluación de calidad de grabaciones musicales

M.B. Borup P. Zabbal R. Ordoñez

830

0408 Relaciones entre la exposición al ruido ambiental y la molestia que ocasiona en aulas de educación media en Quito, Ecuador

P. Ávila L. Bravo

839

0409 Detección de altura tonal de la repetición en niños ciegos

M.X. Hüg C. Arias F. Bermejo A.H. Ortiz Skarp F.C. Tommasini

849

0410 Correlación intensidad /frecuencia en la expresión oral de las emociones básicas según el Método Alba Emoting®

C. Badani S. Duràn L. Romero

858

0411 Estudio del riesgo de pérdida de la audición por el uso de equipos de audio portátil

I.T. Servín D. Cárdenas I. Ortega

869

0412 Localización de objetos a través de la ecolocación: estudio con personas ciegas y con visión normal

F. Bermejo V. Lunati L.G. Gilberto A. Ortiz C. Nassif M. Hüg C. Arias J.L. Bravo P. Garretón S. Fingerhuth

877

0414 Influencia del sistema ciliado externo en el rango dinámico de la audición

A.M. Saavedra S. Tieso L.V. Fantini N. Casco Richiedei N.F. Cacavelos F. Messina R. Fernandez Arcani M. Beltrame F. Nocetti M. Rojo

896

0415 Modelo teórico de la fisiología de la membrana timpánica

S. Tieso A.M. Saavedra L.V. Fantini N.F. Cacavelos N. Casco Richiedei F. Messina R. Fernández Arcani

906

0413 Estudio de la calidad de moldes de orejas individuales en base a alginato y yeso

887


0416 Evaluación de la percepción de la imagen virtual en pacientes con A.M. Saavedra implantes cocleares R.G. Barchi M. Beltrame F. Nocetti M. Rojo S. Tieso L.V. Fantini N. Casco Richiedei N.F. Cacavelos F. Messina R. Fernandez Arcania.

913

0417 Implementación de una estrategia de procesamiento modificada para implantes cocleares

A. Osses J. Wouters T. Francart

919

0501 Estudio Teórico de la Absorción Sonora de Superficies de Impedancia Periódica

A. Yori M. Möser

930

0601 Simulador 3D de patrón de radiación de guitarra acústica

I. Rabadán J.H. Calderón H. Amaro

940

0602 Estudio del efecto de la sordina de gel en la tarola

I. Rabadán D.I. Contreras A.A. Vélez

949

0604 Optimización de un sistema de sonido móvil para danza y música

F. Otondo R. Torres

960

0605 Diseño, estudio y construcción de un Tundrum

R. Escobar S. Floody J.P. Arenas

970

0606 Valoración subjetiva de las preferencias acústico-musicales del bambuco y pasillo colombiano

D.J. Rey L.X. Gil L.F. Hermida

977

0607 Evaluación perceptual de diferencias entre sonidos originales y sintetizados de un instrumento musical

A. Osses A. Kohlrausch

987

0608 Diseño y construcción de instrumentos musicales electrónicos con microcontroladores

M.R. Pérez M. Herrera

998

0610 Análise Experimental da Caixa Acústica de um Violão Clássico Brasileiro e Seus Componentes via Técnica de Excitação por Impulso

R.F.S. Ribeiro J.F. Feiteira N. Medeiros A.J. Silva

1008

0701 Respuesta acústica de un cardumen de peces en baja frecuencia

M.P. Raveau C. Feuillade

1016

0702 Mejoramiento de un sistema de perfilamiento de subsuelo marino de baja frecuencia (300-400Hz): Bubble Pulser

J. Oberreuter J. Uribe

1026

0703 Dispersión acústica de un cardumen simulado a partir del comportamiento colectivo en animales

S.E. Alfaro J.A. Cellio M.P. Raveau V. Rojas

1034


0901 Equipamento para medições in situ de reflexão sonora

P.M. Massarani D. Pazos S. Müller

1044

0902 Comparação do desempenho de câmara reverberante qualificada para medição de absorção e potência sonora

M. Nabuco R. Villela P. Massarani D. Pazos R. Michalski

1054

0904 Diseño y construcción de un parlante circular AMT de radiación 360º

R. Fernández Arcani A. Sanchez Caparros

1064

0905 Medición de la atenuación acústica de protectores auditivos tipo orejera con tecnología CAR en helicópteros

R. Trujillo C.E. Alba L.F. Hermida M. Herrera

1074

0906 Implementación de altoparlantes y cajas acústicas con materiales no-convencionales

M. Herrera M.F. Reyes

1084

0907 Diseño y construcción de un transductor (Subkick) para realzar frecuencias bajas de un bombo de batería

W.F. Romo M. Herrera

1092

1001 Identificación de sistemas aplicado a un recinto reverberante

R. Quintana-Soler D. Patiño-Guevara

1102

1002 Decodificación Paramétrica de respuestas a impulso en Formato B J.P. Espitia (Ambisonics de primer orden) para la auralización de salas de J.-D.Polack concierto

1112

1003 Monitoreo de Condiciones de Maquinado en Base a Emisión Sonora

F. Figueroa A. Aguilera J. Barros J. Cárdenas F.C. Tommasini O.A. Ramos S.P. Ferreyra R.M. Guido

1122

1005 Implementación de un Módulo Coherencia para la Herramienta Software de Análisis de Sistemas Sonoros SMARTMAF

M.F. Díaz H. Loaiza J.F. Perdomo

1141

1006 Compresor perceptual basado en la transformada WaveletDaubechies tipo IV, con dos niveles de descomposición

M. Herrera W.F. Romo

1152

1007 Técnicas de procesamiento digital de señales para reducción de ruido de señales de múltiples sensores asíncronos

J. Godoy S. Fingerhuth

1162

1010 Optimización de parámetros de las funciones sigmoidales tasanivel basada en características acústicas

V. Poblete N. Becerra-Yoma R.M. Stern

1172

1101 Determinación de resistencia a la compresión y módulo de elasticidad de suelos cohesivos mediante velocidad de ultrasonido

L.C. Contreras E. Baradit C.G. González

1182

1004 Sistema de realidad acústica virtual en tiempo real: AVRS

1131


1102 Determinación de Constantes Elásticas de Maderas Nativas por Ultrasonido y Análisis Estadístico utilizando Manova-Biplot

E. Baradit M. Yañez P. Niemz

1192

1202 Revisión de los valores límite de presión sonora para la exposición a ultrasonidos aéreos de baja frecuencia en la normativa laboral argentina

F.L. Bacigalupo

1202

1203 Análisis de metodologías y criterios de evaluación de impacto acústico de parques eólicos según estándares extranjeros específicos y la normativa chilena aplicable

I. Gómez C. Padilla C. Salas

1212

1204 Paisajes sonoros: Camino a la estandarización. Análisis de norma ISO 12913-1 Acoustics. Soundscape. Part 1. Definition and conceptual framework

L.F. Hermida I. Pavón

1222

1207 Limitadores acústicos - Problemáticas en las discotecas. Conveniencia en la limitación espectral

R.A. Gareis J.E. Arias R. Arias

1232

1301 Atenuación de los tonos acústicos de una cavidad abierta recubriendo sus paredes con paneles microperforados

C. González S. Ortiz P. Cobo F. Montero de Espinosa

1243

1302 Interpretación de las propiedades efectivas de metamateriales acústicos

R. Venegas A.S. Elliot O. Umnova A.D. Boardman

1253

1303 Estudio de la absorción sonora y la rigidez de espumas de poliuretano recicladas

R. del Rey J. Alba J.P. Arenas V.J. Sanchís

1263

1304 Medida de absorción en cámara reverberante con muestras de referencia

R. del Rey J. Alba J.P. Arenas L. Bertó

1271

1305 Estudio de nuevos materiales composites para soluciones ligeras de aislamiento acústico

J. Alba R. del Rey J.M. Gadea J. Segura E. Julià

1280

1306 Medida de la resistividad al flujo con un método alternativo electroacústico

J. Alba L. Berto J.P. Arenas R. del Rey

1290

1307 Análise da eficiência acústica de diferentes materiais em enclausuramentos de grupos geradores

S.S. Goés M.F.O. Nunes A.M.C. Grisa B.F. Tutikian

1300

1308 Emissão acústica de sistema de movimentação de portas de armários

C. Roman Jr. J. Bonatto A.M.C. Grisa M.F.O. Nunes M. Zeni

1309

1309 Caracterização de apoios anti-vibráteis de cortiça

A. Tadeu J. Antonio F. Pedro S. Dias

1317


1310 Módulos de elasticidad en vibración transversal de algunas maderas crecientes en Chile

P. Vargas E. Baradit F. Guzmán

1327

1311 Análisis y clasificación de nuevos materiales absorbentes acústicos en base a biomateriales para la aplicación en el control del nivel de presión sonora reverberante al interior de los recintos

F. Guzmán R,. Espiniza R. García

1335

1313 Diseño y construcción de un medidor de resistividad al flujo y porosidad para caracterizar materiales absorbentes

J. Rebolledo J.P. Arenas

1343

1405 Aplicación de herramientas avanzadas de procesamiento de señales para el diagnóstico de fallas en rodamientos mediante emisiones acústicas y vibraciones

D. Quezada C.M. Vicuña

1353

1406 Comportamiento vibratorio de un reductor planetario de una etapa J. Parra C.M. Vicuña

1363

1407 Evaluación y propuesta de medidas de control a la exposición de ruido en operadores de camiones de extracción minera. Parte I: evaluación de dosis y levantamiento de datos

C. Kuskinen P. Priede C. Muñoz

1373

1408 Evaluación y propuesta de medidas de control a la exposición de ruido en operadores de camiones de extracción minera. Parte II: diseño de soluciones

C. Kuskinen C. Muñoz

1383

1410 Determinación en terreno de la transmisibilidad de asientos en grúas de horquilla y su efecto en la exposición ocupacional a vibración de cuerpo entero

A. Carrillo R. Zúñiga

1393

1502 Modelado dinámico isofónico (MDI)

R.A. Saldías Fuentes

1403

1504 Banco de pruebas para un sistema de pre-amplificación de señal de audio con multi-transformadores

J.A. Beltrán M. Mejía M.F. Torres M. Herrera

1412

1505 Alimentación eléctrica, aterrizaje y puesta a tierra en sistemas audiovisuales

M.A. Sánchez

1422

1506 Audiojuego entrenador, inalámbrico e interactivo para usuarios ciegos y con visión normal: Búho

L.G. Gilberto S. P. Ferreyra F.R. Bermejo C. Arias G.A. Cravero

1432

1507 Sonido Directo para Publicidad, Documentales y Programas de Televisión. Equipamiento Técnico y Experiencia.

F.R. Reyes

1442

1601 Una aplicación del cociente de probabilidad a un caso real

C. Rosas J. Sommerhoff C. Sáez S. Saavedra

1452

1603 La Ingeniería Acústica en el contexto del Espacio Europeo de R. Hernández Educación Superior: Una Experiencia Práctica 2007-2013; Máster F. Fernández en Ingeniería Acústica J.L. Cueto

1460


1604 ¿Cuánta música cabe en un papel? Recuperación de audio impreso J. Petrosino en papel común en la década de 1930. I. Canalis

1470

1605 Estudio dinámico de parámetros de filtrado inverso para el seguimiento ambulatorio de la función vocal

V. Espinoza M. Zañartu

1480

1606 Análise experimental e numérica dos modos simétricos de um escoamento excitado acusticamente

R.B. de Moraes R.E. Musafir

1490

1607 Protótipo para o ensino de tecnologias de controle de ruído

J.A.S. Silva M.V.I. Silva W.S. Pereira M.R.F. Oliveira D.R. Petrucci

1500

1608 Educando diseño acústico en base a los conceptos de paisaje sonoro

F.J. Elizondo-Garza

1510

1609 Espaços para aprender e ensinar música: construção e adequação

A.L.Schmid G.G.B.Romanelli L.S.Rocha A.L.S.Santana G.S.V.Melo N.S.Soeiro D.X. Paixão R.R. Rocha A.R. Silva E.F.V. Miranda

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Conforto sonoro em cidades – conceitos, instrumentos e estratégias J. L. Bento-Coelhoa a

CAPS, Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal, bcoelho@ist.utl.pt

RESUMO: As previsões para a organização da sociedade humana nas próximas décadas apontam para um crescimento, em todo o mundo, da concentração das populações em meios urbanos. Atualmente, metade da população mundial já vive em cidades. O desenvolvimento socio-económico tem resultado em crescentes exigências de qualidade de vida e bem-estar por parte dessas populações, o que coloca aos diferentes profissionais desafios importantes para garantir boa qualidade percebida do ambiente em meios urbanos. Para o especialista em Acústica, as necessidades de uma boa acústica já não se colocam apenas em espaços fechados tais como salas de espetáculo para palavra (teatros, auditórios) ou para música (salas de concertos), mas em todos os espaços, interiores e exteriores, em que as pessoas se movem. Os cidadãos exigem cada vez mais ambientes urbanos menos ruidosos, acusticamente mais agradáveis e coerentes com as suas atividades e expetativas. O paradigma do controlo de ruído tem de se adaptar incorporando noções de percepção sonora e de correlação não apenas com incómodo mas também com o prazer da fruição dos espaços. Conceitos holísticos que são já usados em relação a sensações visuais, por exemplo, enformando áreas como a arquitetura, têm de se estender às sensações auditivas se se pretende dar satisfação às exigências crescentes da sociedade. A percepção de conforto num espaço, de permanência, de passagem ou de visita, que é um indicador determinante de qualidade de vida, resulta das múltiplas sensações em que a auditiva é uma parte crucial, embora por vezes negligenciada. A criação/configuração de ambientes sonoros percebidos como agradáveis tem de utilizar múltiplas ferramentas e instrumentos tais como mapas de ruído, planos de gestão e redução de ruído, análise de paisagens sonoras, numa estratégia equilibrada que envolve os diferentes parceiros sociais e tem de colocar o cidadão, como pessoa com todos os seus sentidos alerta e expetativas de bem-estar, no centro da gestão e planeamento do ambiente sonoro em cidades.

KEYWORDS: Ruído urbano; gestão de ruído; planeamento ambiental; paisagens sonora; áreas tranquilas.

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1. INTRODUÇÃO Em ambientes urbanos coexistem distintas atividades e movimentação de pessoas e bens que são responsáveis por emissões sonoras com níveis por vezes suficientemente elevados para constituírem perturbação e causarem efeitos negativos na saúde e no bem estar das populações. Os meios de transporte, muito especialmente a circulação rodoviária, são os principais responsáveis pela contaminação sonora do ambiente. Esta torna-se um problema quando o ruído é excessivo colocando em causa a qualidade de vida percebida pelos cidadãos. A correlação entre os níveis sonoros das emissões interpretadas como ruído em ambientes exteriores e os efeitos negativos nos seres humanos tem vindo a ser bem estabelecida [1-2], tendo a Organização Mundial de Saúde (OMS) vindo a recomendar nas décadas mais recentes valores máximos para a exposição ao ruido das populações no sentido de minimizar problemas na saúde [3-4]. Os regulamentos e outras disposições legais de diferentes países têm adotado aquelas recomendações [5], exigindo a redução das emissões sonoras. A problemática do ruído em cidades tenderá a crescer nas próximas décadas na medida em que se prevê um aumento da aglomeração humana em núcleos urbanos [6]. Embora esta tendência seja mais clara para os países em desenvolvimento, ela afectará, no entanto, todo o globo. Em 2008 pela primeira vez na história da humanidade, 50% das pessoas vive em cidades [6]. Na Europa, cerca de 80% da população mora em cidades de dimensão variável. A Comissão Europeia aprovou em 2002 a Directiva Europeia sobre ruído ambiente (DRA) [7] que requer, para as grandes infra-estruturas de transporte e aglomerações (com mais de 100.000 habitantes) um programa de avaliação e controlo de ruído ambiente através da elaboração regular (cada cinco anos) de mapas de ruído e de planos de ação. Neste âmbito, foram recentemente definidos métodos harmonizados para o cálculo e modelação de ruído de transportes a ser utilizado em todos os estados membros da União Europeia [8]. O programa europeu resultante da implementação da DRA, que teve já duas fases de implementação em 2007/2008 e 2012/2013, com um foco importante na avaliação da situação sonora no espaço europeu, tem contribuído para a disseminação de preocupações e estratégias para gestão do ambiente sonoro muito especialmente nas cidades. Estas têm posto em prática políticas de desenvolvimento sustentado em que a mobilidade e o desenvolvimento urbanístico contemplam o planeamento e gestão do ambiente sonoro. Estas políticas de gestão têm sido seguidas e transpostas em outras áreas do mundo, dada a sua reconhecida bondade e os interessantes resultados obtidos e percebidos pelas populações. O mapeamento sonoro e os planos de acções de redução de ruído constituem, no entanto, apenas fases iniciais do processo de gestão do ambiente sonoro que terá como objetivo o conforto das populações. A quantidade de ruído tem de ser reduzida quando a intensidade afeta a saúde, nomeadamente o sono, em áreas residenciais, ou onde outras atividades sensíveis como as escolares ou lazer prevalecem. Alguns ruídos mecânicos podem ser percebidos pelas populações como um reflexo da dinâmica urbana, da sua vivacidade, sem uma necessária conotação negativa [9-10]. Será a forma como as populações percebem a composição global do ambiente sonoro em contexto com o meio construído, com as suas atividades e ritmos, que determina a sensação de bem ou de mal estar [9,11]. A noção de conforto sonoro resulta de um processo cognitivo complexo de processamento de informação resultante dos diferentes sentidos, não apenas o auditivo, da cultura local e das expetativas das pessoas. Cada cidade tem uma assinatura própria, que se vai construindo e desenvolvendo com o tempo, com o seu clima, a sua luz, os seus cheiros e os seus sons. É o equilíbrio e a coerência entre estes diferentes fatores que determina a percepção de conforto e bem estar. O planeamento urbano faz normalmente intervir diferentes parceiros sociais, para o

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desenvolvimento urbanístico e económico, a mobilidade, mas nem sempre os cidadãos, que são os utilizadores finais efetivos, são considerados no processo de concepção. O especialista de Acústica tem responsabilidade no design da componente sonora dos ambientes onde os cidadãos se movimentam e onde vivem para um usufruto desses espaços como sendo agradáveis e não agressivos ou desconfortáveis. As cidades têm de evoluir de forma harmoniosa com equilíbrio de zonas agitadas e vivas e outras calmas e tranquilas, sem perturbar a saúde mas contribuindo para o seu bem estar e para a sensação de conforto.

2. CARACTERIZAÇÃO E DIAGNÓSTICO 2.1 Mapas estratégicos de ruído Os mapas estratégicos de ruído são os instrumentos primários de diagnóstico do ambiente sonoro de espaços urbanos. A DRA requer a realização de mapas de ruído para aglomerações com mais de 100.000 habitantes. Em alguns países, como em Portugal, a legislação aplicável [12] requer o diagnóstico do estado do ambiente sonoro, não só para as grandes aglomerações (definidas como tendo mais de 100.000 habitantes e densidade populacional de pelo menos 2.500 hab./km2) mas também para todos os municípios, de qualquer dimensão. Os mapas estratégicos são instrumentos para a definição de políticas e estratégias de planeamento urbano e de gestão do ambiente sonoro, por identificarem as zonas mais afetadas e necessitadas de correção acústica bem como aquelas que deverão ser preservadas ou protegidas, por exibirem ambientes sonoros de qualidade. Fornecem informação preciosa para os técnicos mas também para os decisores e para a população em geral. A maior parte das cidades disponibiliza esta informação online para consulta e pesquisa dos valores locais dos indicadores de ruído ambiente regulamentares Lden e Ln. A Figura 1 mostra mapas estratégicos de ruído (indicador Lden) de dois municípios (Funchal e Albufeira) de dimensão média em Portugal. Sendo que as cores vermelha e mais escuras se referem aos níveis sonoros mais elevados, é patente que os eixos de transporte (essencialmente rodoviário) são os principais responsáveis pela configuração da qualidade do ambiente sonoro no território municipal.

Figura 1: Mapas estratégicos de ruído das cidades de Funchal e Albufeira, Portugal 2.2 Mapas de ruído detalhados O grau de informação dos mapas estratégicos de ruído é adequado para as funções de caracterização acústica macro do território mas não é, no entanto, suficiente para trabalhos sequentes de redução de ruído em áreas onde se verifique o seu excesso, para otimização de

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soluções corretivas, para planeamento de ações urbanísticas, ou para gestão do ambiente sonoro municipal. É, então, necessário um maior detalhe, não só em termos de escala (pelo menos 1:5.000, em vez de 1:10.000 ou mesmo 1:25.000 que será aceitável para mapas estratégicos [13-14]) mas também, e essencialmente, em termos da informação referente a fontes de ruído e características de propagação sonora. As definições da DRA para grandes infra-estruturas de transporte são frequentemente tomadas como critérios para o cálculo de ruído de tráfego. Por exemplo, para o tráfego rodoviário, apenas vias com mais de 3 milhões de passagens por ano são consideradas nos mapas estratégicos. Na elaboração de mapas detalhados de ruído, este número frequentemente desce para 500.000 ou menos, dependendo da relevância relativa das vias de importância secundária. A Figura 2 mostra extratos dos mapas de ruído da área central, mais ocupada, da cidade de Almada (mais de 200.000 habitantes), em Portugal, em formatos estratégico e detalhado, em que neste foram considerados para o cálculo de ruído rodoviário todas as vias com mais de 350.000 veículos por ano. O novo método europeu harmonizado CNOSSOS [8], embora se reportando aos mapas estratégicos, vem lançar alguma luz sobre estes critérios.

Figura 2: Extratos de mapas de ruído da área central da cidade de Almada, Portugal; estratégico (esq.) vs. detalhado (dir.) Estes instrumentos podem ser desenvolvidos especificamente para as zonas onde se verifique necessidade de intervenção ou para a globalidade do território municipal.

3. PLANEAMENTO E GESTÃO 3.1 Planos de ação A DRA requer a elaboração de Planos de Ação no sentido de corrigir e melhorar o ambiente sonoro em zonas onde o ruído é excessivo e de o preservar onde a sua qualidade é boa. O Regulamento Geral do Ruído de Portugal estipula a elaboração de planos municipais de redução de ruído, para todos os municípios, mas num âmbito estritamente limitado ao cumprimento dos valores limite. Estes planos contemplam normalmente diversas ações de redução de ruído com soluções otimizadas em termos técnicos, funcionais e económicos, estratégias de planeamento tendo em conta as emissões de fontes sonoras existentes e futuras e as características dos usos do solo. A sua implementação terá de contemplar as contribuições resultantes da necessária consulta pública. Estas consultas, no entanto, nem sempre se revelam completamente eficazes, por vezes devido a aspetos demasiado técnicos incompreensíveis pela população em geral, outras vezes por uma inadequada atração dos cidadãos para os processos.

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Os planos de ação têm de ser construídos considerando desde o início o cidadão como o utilizador final do espaço urbano, mas também como co-responsável pelo estabelecimento das paisagens sonoras que perceberá pela geração de ruído nas suas atividades, mobilidade ou comportamento (uma parte do ruído urbano de origem antropocêntrica é comportamental). Têm de se constituir como planos de gestão do ambiente sonoro, modulando zonas eventualmente perturbadas para as tornar mais agradáveis e conservando e estimulando zonas urbanas agradáveis para descanso e restauração psicológica. Dentro deste princípio, podem ser definidas novas áreas tranquilas (parques, espaços públicos de lazer e entretenimento), tendo em conta que estas não se definem exclusiva, específica ou especialmente por níveis sonoros abaixo de determinados limiares. Sendo desejavelmente caracterizadas por níveis sonoros mais baixos do que a sua envolvente, mais importante se revela a diversidade da composição sonora do seu ambiente com a presença de contribuições percebidas como agradáveis, em contexto com as atividades humanas e em coerência com a envolvência exterior (paisagem visual, luz, outras sensações) [15]. 3.2 Mapas de sensibilidade ao ruído e de zonamento acústico Em algumas cidades, procedeu-se a uma análise do território em termos da sensibilidade ao ruído das tipologias da sua ocupação real, atual e prevista. Por razões de simplificação foram apenas considerados três tipos de sensibilidade: alta, média e baixa. Foram seguidos os critérios estipulados na legislação portuguesa [12] para o estabelecimento de valores limite de acordo com a tipologia do uso do solo. Deste modo, usos residenciais, escolares, hospitalares e de lazer foram considerados de alta sensibilidade; quando estes dominavam mas coexistiam com outros, a sensibilidade foi considerada média; a zonas com usos marcadamente mistos ou sem predominância dos considerados sensíveis foi atribuída baixa sensibilidade. Foram produzidos mapas de sensibilidade ao ruído considerando a situação real existente e versões prospetivas incluindo projetos municipais de desenvolvimento. Estes mapas de sensibilidade ao ruído podem ser instrumentos importantes no desenvolvimento urbanístico, na medida em que correspondem à ocupação real e efetiva do solo e portanto se correlacionam com as expetativas das populações em termos da qualidade do ambiente sonoro percebido. Com base nestes mapas foram construídos outros instrumentos: mapas de zonamento acústico através do cruzamento com outras informações essencialmente de âmbito funcional. Estas zonas têm atribuídos valores limite para os níveis sonoros no exterior, de acordo com a legislação aplicável [12]. Nestas três zonas, “mista”, “intermédia” e “sensível”, esses valores correspondem, respetivamente, a Lden 65 / 60 / 55 dB(A) e Ln 55 / 50 / 45 dB(A). A legislação portuguesa apenas contempla dois tipos de classificação (mista e sensível), permitindo um terceiro (intermédio) em zonas urbanas. No entanto, é possível subdividir as zonas através de uma consideração mais detalhada dos objetivos funcionais dos usos do solo e definir os correspondentes valores limite. A Figura 3 (lado esq.) mostra o mapa de sensibilidade ao ruído da cidade de Almada, em Portugal. A figura mostra ainda (lado dir.) o mapa de classificação acústica daquele município, definido com base no mapa de sensibilidade ao ruído e dos objetivos funcionais de usos do solo estabelecidos no plano director municipal. O cruzamento destas informações com os mapas de ruído permite identificar as zonas de conflito, onde os níveis sonoros excedem os valores limite regulamentares. Os mapas de conflito são outros instrumentos interessantes pois permitem identificar as zonas de incumprimento dos valores estipulados, definindo os pontos negros (onde os conflitos são

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marcadamente maiores) como prioridades estratégicas de intervenção. Ficam, no entanto, limitados a este âmbito específico.

Figura 3: Mapa de sensibilidade ao ruído (esq.) e carta de zonamento acústico (dir.) do território do município de Almada, Portugal

3.3 Redução de ruído A redução do ruído de transportes, equipamentos ou indústria é essencial quando os níveis sonoros são elevados e excedem valores limite estipulados. Estes valores resultam normalmente de recomendações da OMS, proveniente de estudos de correlação clara entre ruído e seus efeitos na saúde. As soluções técnicas em meio urbano são por vezes limitadas, mas se estão disponíveis e se revelam operacionais devem ser adotadas. A redução do ruído de transporte pode passar pela instalação de pavimentos rodoviários de baixo ruído (porosos absorventes e/ou elásticos), redução da velocidade de circulação, restrições ao fluxo de tráfego, redirecionamento e gestão da mobilidade (com introdução de modos suaves e encorajamento do transporte público), introdução de interfaces anti-vibráteis nos carris ferroviários, implementação de barreiras acústicas (normalmente incompatível na malha urbana, mas possível de forma pontual ou em zonas suburbanas), alteração de perfis e otimização de rotas de voo de aeronaves, encapsulamento de equipamentos ruidosos, e uma panóplia de outras soluções que devem assegurar que ao melhorar a situação acústica não introduzem problemas de outra natureza (térmica ou visual, por exemplo) e são financeiramente viáveis. A Figura 4 mostra uma área suburbana antes e depois de uma intervenção de melhoria do ruído de circulação rodoviária numa área suburbana que envolveu (i) a introdução de

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pavimentos de baixo ruído, (ii) a adoção de redução de velocidade de circulação e (iii) a alteração de sentidos de circulação.

Figura 4: Mapa de ruído antes e depois de intervenção de redução de ruído As intervenções para redução de ruído são dimensionadas essencialmente para cumprir os regulamentos sobre o ruído. Por um lado, nem sempre é possível o seu cumprimento integral por razões técnicas, operacionais ou mesmo financeiras. Por outro, o cumprimento dos valores regulamentares não é garantia de criação de ambientes acusticamente confortáveis e aceites pelas populações. A adoção de uma estratégia integrada considerando as paisagens sonoras que se pretendem obter e as contribuições de todos os parceiros em particular dos cidadãos, como principais interessados, revela-se aqui normalmente favorável [16].

4. GESTÃO DAS PAISAGENS SONORAS URBANAS 4.1 Planeamento e gestão da paisagem sonora O planeamento e a gestão da sonoridade urbana são importantes em novos projetos de desenvolvimento urbanístico, na recuperação de espaços existentes ou na correção de situações identificadas como problemáticas ou perturbadoras em termos acústicos. As estratégias a seguir têm de considerar os objetivos dos espaços em termos funcionais e as componentes sonoras desejadas e as não desejadas [17-19]. A qualidade resultante, ou seja o conforto sonoro percebido pelos utilizadores resultará da prevalência dos sons percebidos como agradáveis e interessantes e da sua coerência com toda a envolvente exterior. Algumas experiências recentes têm mostrado que a análise da génese dos problemas sonoros e das expetativas das populações podem conduzir a resultados interessantes. O caso de Brighton, Reino Unido [20], é instrutivo pois aí foram criadas ambiências sonoras que moldaram comportamentos responsáveis pela geração de ruído que perturbavam as populações no seu descanso noturno. A gestão de reclamações e o uso de equipas técnicas multidisciplinares permitiram entender e minorar conflitos de utilizadores do território com diferentes objetivos (utilizadores de entretenimento geradores de ruído, por um lado, e moradores requerendo calma e tranquilidade, por outro lado). A realização de inquéritos e entrevistas seletivas permite recolher informação sobre a reação dos cidadãos, os seus interesses em termos de ambiente sonoro e como interpretam o seu conforto sonoro nos espaços urbanos [21]. Em Almada, Portugal, as populações foram chamadas a pronunciar-se e a intervir diretamente sobre os novos projetos de desenvolvimento urbanístico que as preocupava em

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termos de aumento de ruído e das suas consequências no seu bem estar e qualidade vida, em particular no caso de um novo projeto de transporte ferroviário ligeiro (metro de superfície) [22]. Por um lado, foi-lhes transmitida informação detalhada sobre os novos projetos, incluindo os objetivos finais e as medidas previstas pelo município, mostrando de forma compreensível por pessoas sem formação técnica [23] benefícios em termos do ruído resultante (ver Figura 5).

Figura 5: Extrato de mapa de ruído de zona urbana antes e depois de alteração urbanística Por outro lado, as discussões sobre alternativas de mobilidade revelaram que as populações pretendiam não apenas menos ruído mas também espaços urbanos mais agradáveis e maiores áreas urbanas sem veículos. Na sequência, foram introduzidas alterações de mobilidade, com restrições de tráfego e com criação de maiores áreas pedonais (ver Figura 6), com um certo grau de experimentação dinâmica numa atitude flexível para dar resposta cabal às populações mas garantindo fluxos mínimos de deslocação e acesso local para manutenção adequada das atividades económicas locais.

Figura 6: Novos espaços pedonais e com restrições de tráfego em Almada, Portugal As áreas com qualidade sonora melhorada representam um valor acrescentado para a cidade que permite aumentar a qualidade de vida urbana. Os espaços pedonais e os parques urbanos, ainda que de pequena dimensão, podendo ser zonas de passagem, de visita ou permanência curta, constituem um contraponto possível a outras áreas da cidade mais agitadas (ruidosas) contribuindo para a melhoria da qualidade geral do ambiente sonoro urbano. A criação de novos parques como áreas tranquilas (ver Figura 7), nas áreas centrais ou mais periféricas das cidades insere-se nesta estratégia. O critério essencial é o de uma qualidade sonora acrescida (níveis sonoros de fontes mecânicas idealmente mais baixos e composição sonora diversificada com componentes agradáveis) como percebida pelos seus utilizadores [15] e em linha com as suas expetativas.

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Figura 7: Novas parques urbanos (áreas tranquilas) em Almada, Portugal 4.2 Mapeamento da paisagem sonora Os parques urbanos exibem geralmente uma qualidade sonora aumentada na medida em que oferecem uma menor prevalência dos sons indesejados (ruídos mecânicos, normalmente gerados pelo tráfego) e uma maior diversidade sonora com componentes percebidas como sons preferidos (sons naturais ou antropocêntricos diretamente ligados às atividades dos utilizadores). O projeto destes parques necessita de informação sobre os limites de audibilidade dos diferentes componentes sonoros que não se podem extrair de um mapa de ruído, estratégico ou de detalhe, sendo importante a análise das topologias sonoras. A Figura 8 mostra o mapa de ruído da zona central da praça do Rossio em Lisboa, Portugal, onde através de medições acústicas seletivas baseadas na percepção sonora [24] foi possível distinguir três tipos de sons audíveis: ruído de tráfego rodoviário, som de água das fontes (duas fontes na zona central) e música (sobretudo na sua zona sul). Tráfego rodoviário Fonte de água Música

Figura 8: Identificação de componentes sonoras na praça do Rossio, Lisboa, Portugal Apesar do mapa de ruído ou dos resultados de qualquer monitorização sonora da zona não permitir identificar essas componentes (por não as incluir necessariamente ou não as poder distinguir, respetivamente), foi possível identificar áreas da praça onde a influência dos sons agradáveis (água, música) era suficiente para alterar a qualidade percebida, mesmo sem necessariamente mascarar as componentes desagradáveis (ruído de tráfego) [25]. A Figura 9 mostra os mapas sonoros (qualitativos) das diferentes componentes da paisagem sonora percebida nesta praça.

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Figura 9: Mapas sonoros das componentes audíveis na praça do Rossio em Lisboa, Portugal; tráfego rodov (esq.), música (cent.), água (dir.) Utilizando ferramentas combinadas de medição e de modelação acústica, foi desenvolvida uma metodologia para desenhar com detalhe mapas sonoros de diferentes componentes das paisagens sonoras, através da identificação da sua audibilidade. Os diferentes mapas podem ser combinados em sistemas de informação geográfica produzindo os mapas globais que podem ser ajustados e aplicados em melhorias pontuais dos espaços existentes ou no projeto de novas áreas. O método, que se encontra em desenvolvimento, foi já testado em parques urbanos em Lisboa, Portugal [26-27] com resultados interessantes. A Figura 10 mostra o mapa sonoro global da Praça do Príncipe Real em Lisboa, Portugal, identificando com distintas cores as diferentes influências sonoras.

Figura 10: Mapa sonoro global da Praça do Príncipe Real, em Lisboa, Portugal; circulação rodoviária (cinza), crianças no parque infantil (amarelo), conversas de pessoas jogando (azul), patos no lago (verde), pássaros (vermelho) Faz-se notar que enquanto os mapas de ruído se reportam a valores médios de longa duração, normalmente anualizados, de acordo com as normas aplicáveis (em especial a ISO 1996-2 [28]), este mapas sonoros qualitativos representam valores de curta duração pois são os percebidos pelos utilizadores dos espaços urbanos. Esses mapas variarão ao longo do dia, da época do ano, representando paisagens sonoras distintas mas mesmo assim representativos e indicativos da qualidade sonora percebida. Não se trata de dimensionar para valores objetivos, quantitativamente, mas sim de criar situações qualitativas que permitam a percepção de conforto sonoro pelos cidadãos.

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5. CONCLUSÕES O conforto sonoro de um espaço urbano é um conceito complexo, resultando da percepção do cidadão que nele se move e o utiliza. O seu sentido de espaço é adquirido através de um processo cognitivo complexo recolhendo e processando informação proveniente de diversos sentidos, em que o auditivo é de suma importância mas se interliga e correlaciona com todos os outros. O ruído excessivo, normalmente de origem mecânica (tráfego, equipamentos ou atividades construtivas) tem de ser reduzido devido aos comprovados efeitos negativos na saúde e no bem estar. A OMS estabelece recomendações que têm vindo a ser adotadas em particamente todo o mundo. O programa da União Europeia de avaliação, controlo e gestão de ruído ambiente, em prática desde 2002, exige os mapas estratégicos de ruído e os planos de ação como instrumentos de base para a redução de ruído das infra-estruturas de transporte e em grandes aglomerações bem como para conservação de ambientes sonoros de qualidade. O controlo do ruído como objetivo exclusivo, contemplando apenas os aspetos quantitativos e não os qualitativos poderá, no entanto, ser limitativo. A qualidade sonora não cresce de forma monótona com a diminuição da quantidade da energia sonora, ou seja dos níveis sonoros. A qualidade sonora percebida que se traduz em sensação de conforto sonoro (e, logo, de conforto e bem estar global) resulta da composição sonora, da presença de sons agradáveis, e da sua coerência com a paisagem visual e outras sensações, com a atividade do percipiente e as suas expetativas. As estratégias de design devem considerar não apenas as necessidades de diminuição dos níveis sonoros antropocêntricos quando excessivos, segundo os critérios regulamentares, mas também a gestão e o planeamento sonoro dos espaços urbanos que os cidadãos frequentam e onde se movem. O mapeamento poderá ter de ser mais detalhado do que a nível estratégico, com mais informação sobre as fontes sonoras, os usos do espaço e os ritmos humanos previstos para o local. Os diferentes parceiros sociais, em particular os cidadãos como utilizadores finais têm de participar diretamente na definição das ações. Apenas colocando os interesses destes e os seus critérios de percepção de qualidade do ambiente sonoro como central nos objetivos de projeto poderão ficar garantidas as desejadas condições de conforto sonoro.

AGRADECIMENTOS Os trabalhos tiveram a participação de diversos membros do Grupo de Acústica e Controlo de Ruído do Instituto Superior Técnico da Universidade de Lisboa, em especial Diogo Alarcão, Mohammed Boubezari, António C. Lobo Soares e Alexandre Pereira. Agradece-se o financiamento dos municípios portugueses envolvidos e referidos no texto. Parte dos trabalhos foram financiados pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) através do projeto “eyeHear - Qualitative sound maps for visualization of the urban soundscape” PTDC/AMB/73207/2006 e do projeto estratégico FCT-CAPS 2011-2014.

REFERÊNCIAS [1] World Health Organization. Burden of disease from environmental noise. Quantification of healthy life years lost in Europe. WHO Regional Office for Europe (2011). [2] European Environmental Agency. Good practice guide on noise exposure and potential health effects. EAA Technical report, N.º 11/2010 (2010).

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Acústica de turbinas eólicas: Medición, control e impacto ambiental R.A. Burdisso Mechanical Engineering Department, Virginia Tech, Center Renewable Energy and Aerodynamic Testing (CREATe) 1145 Perry Street Blacksburg, VA 24061, USA, rburdisss@vt.edu

RESUMEN: La energía eólica es la energía de más rápido crecimiento en el mundo. Por lo tanto, el número de personas expuestas a la contaminación acústica por parques eólicos está aumentando. Debido a su característica de amplitud modulada, el ruido de la turbina de viento es más molesto que otras fuentes de ruido industriales o de transporte. El ruido es una de los temas más importantes que impiden un mayor crecimiento de la energía eólica. Este manuscrito presenta una revisión de los temas principales relacionados con la acústica de aerogeneradores. Estos incluyen las fuentes de ruido, los mecanismos de generación, predicción del ruido, propagación, mediciones de campo, medición de perfiles aerodinámicos en túneles de viento, las tecnologías de reducción de ruido y el impacto ambiental. Las necesidades actuales de investigación también se discuten.

KEYWORDS: Turbinas eólicas, ruido, fuentes de ruido, mecanismos de generación, propagación, impacto ambiental.

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1. INTRODUCCION La producción de energía eólica renovable ha aumentado considerablemente en todo el mundo en los últimos 20 años. Esta fuente de energía tiene la tasa de crecimiento más alta de todas las fuentes renovables con un 20% de aumento de las instalaciones anualmente. A diferencia de instalaciones en alta mar, las turbinas eólicas instaladas en tierra están sometidas a limitaciones de ruido y regulaciones cada vez más estrictas. Además, los aerogeneradores continúan aumentando en tamaño para lograr mayores rendimientos por unidad. En consecuencia, estas turbinas son más ruidosas y potencialmente más molestas para las personas que viven cerca. Por lo tanto, la reducción del costo de la energía con baja emisión de ruido de las turbinas de viento es imprescindible para el desarrollo de energía eólica [1]. La acústica de las turbinas de viento es un campo muy extenso y complicado. Este documento ofrece una breve revisión general de los temas clave relacionados con la acústica de aerogeneradores de eje horizontal. Los temas discutidos aquí son las fuentes de ruido, los mecanismos de generación de ruido, ruido de fondo, propagación, mediciones de ruido de aerogeneradores, medición de ruido de perfiles aerodinámicos en túneles de viento, control de ruido y el impacto ambiental. El objetivo principal de este trabajo de revisión es presentar los últimos resultados de investigación y temas que todavía necesitan ser resueltos.

2. RUIDO DE TURBINAS DE VIENTO Los rotores en turbinas de viento se instalan adelante (rotor a barlovento) o atrás (rotor a sotavento) de la torre. Debido al fuerte ruido impulsivo producido por la interacción de la estela de la torre con el rotor, aerogeneradores modernos son de rotor a barlovento. La principal desventaja de este diseño es la necesidad de una góndola extendida para colocar el rotor lo suficientemente lejos de la torre para evitar que las palas golpeen. En las turbinas de viento, hay básicamente dos tipos de fuentes de ruido: mecánicas y aerodinámicas. Como se muestra en la Figura 1a, el ruido mecánico es generado principalmente por la caja de engranajes y el generador situado en el interior de la góndola. El ruido mecánico tiende a ser tonal y asociado con la rotación de los componentes. Mejoras en el diseño mecánico, el uso de amortiguamiento acústico y estructural, y aislamiento han reducido significativamente el ruido de las fuentes mecánicas. Por lo tanto, la emisión de ruido de las turbinas de viento modernas está dominada por el ruido aerodinámico. El ruido aerodinámico es producido por el flujo interactuando con las palas y se divide en tres grupos: el ruido de baja frecuencia, ruido de turbulencia de entrada, y el auto-ruido del perfil aerodinámico (Figura 1b) [2]. El ruido de baja frecuencia se genera cuando la pala encuentra deficiencias en el flujo como la interacción de la pala con la torre, flujo no uniforme producido por otras turbines o el terreno. Por el momento esta fuente no se considera importante. La fuente debido a la turbulencia de entrada es causada por la interacción de la turbulencia atmosférica con el borde de ataque de la pala. Este componente es de banda ancha y genera ruido a baja frecuencia (<500 Hz). Esta fuente se encuentra en el borde de ataque de la pala. La tercera fuente es el ruido debido a la interacción de la capa límite con el borde de fuga y puede ser de carácter tonal o de banda ancha. Hay varios mecanismos asociados con esta fuente dependiendo del comportamiento de la capa límite. Estos mecanismos consisten de la turbulencia en la capa límite interactuado con el borde de fuga, separación de flujo, desprendimiento de vórtices debido a inestabilidades de la capa límite laminar y por bordes de fuga truncados, y el flujo de vórtice turbulento en la punta de las palas [3]. Este último mecanismo ha sido prácticamente eliminado como fuente dominante con diseño apropiados

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[4]. Por lo tanto, la turbulencia de entrada interactuando con la pala y el auto-ruido son los principales contribuyentes al ruido de aerogeneradores de gran escala. Sin embargo, la importancia relativa de estos dos mecanismos aún no está claramente definida debido a la dificultad de separarlos en mediciones de campo o túneles de viento. La predicción de estos dos mecanismos es difícil y se ha basado principalmente en datos experimentales. Brooks et al. [3] desarrollaron un método semi-empírico basado en mediciones en túnel de viento de pequeños perfiles aerodinámicos NACA 0012. Durante las últimas dos décadas, esta herramienta (o versiones mejoradas) se ha utilizado en la mayoría de los intentos de predecir el ruido emitido por los aerogeneradores [3-5,6]. (a)

(b)

Figura 1: (a) Componentes mecánicos en la góndola (b) fuentes de ruido aerodinámico. La predicción de la emisión sonora de aerogeneradores y principalmente de parques eólicos es muy importante. Para largas distancias de propagación, las condiciones atmosféricas (estratificación térmica, viento, humedad, etc.) y terrenos irregulares se deben tener en cuenta. Actualmente la propagación del ruido de turbinas eólicas se basa principalmente en modelos simples de propagación sobre terrenos planos, principalmente para la predicción de ruido cerca de la turbina [7]. Hay varios métodos numéricos para la propagación del sonido en la atmósfera que potencialmente pueden ser utilizados para las predicciones de ruido de parques eólicos. Métodos comunes son la solución de la ecuación parabólica (PE), el modelo FFP (“Fast Field Program”) y el trazado de rayos (ray-tracing) [810]. Los dos primeros métodos se basan en la solución numérica de la ecuación de onda y por lo tanto el tiempo de cálculo es excesivo para un espectro completo necesario en aplicaciones de turbinas de viento. Modelos de trazado de rayos se basan en una aproximación de alta frecuencia de la ecuación de onda y son computacionalmente más rápidos [10]. Este método tiene dos problemas principales: las predicciones de intensidad infinita en puntos de enfoque (“caustic points”) y cero en las zonas de sombra. Estas dificultades se pueden superar mediante la introducción de diferentes modificaciones al método. Algunas regulaciones de emisión de ruido de turbina eólica (principalmente en Europa) dictan que el efecto de enmascaramiento por ruido de fondo tiene que ser incluido [11]. Por lo tanto, el modelado y la síntesis del ruido de vegetación también son muy importantes. En las zonas rurales, el ruido de fondo es principalmente la interacción del viento con la vegetación. Los factores que afectan el ruido de vegetación son la velocidad y dirección del viento, tipo y superficie de vegetación o árboles y densidad del follaje [12]. El primer modelo de predicción semi-empírica de ruido de vegetación fue desarrollado por Fégeant [13]. El modelo es aplicable para diferentes especies de árboles y geometrías de vegetación y fue validado experimentalmente mediante mediciones en túnel de viento [14]. El

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modelo de Fégeant se ha ampliado recientemente incluyendo el efecto de la turbulencia con mejores resultados [15]. El desarrollo de un modelo para la predicción de ruido de parques eólicos, incluyendo todos los efectos descriptos anteriormente, aún no se ha publicado en la literatura.

3. MEDICIONES DE RUIDO Las mediciones e identificación de las fuentes sonoras son fundamentales para el control de ruido. Mediciones de campo del ruido de la turbina eólica pueden ser difíciles debido a la baja relación señal-ruido (ruido del aerogenerador relativo al ruido de fondo). A bajas frecuencias, la principal fuente de ruido de fondo es la fluctuación de la presión hidrodinámica sobre el micrófono en flujo turbulento. Debido a las dificultades de mediciones de campo, la caracterización del ruido aerodinámico depende en gran medida de mediciones de perfiles aerodinámicos en túneles de viento. Estas mediciones también son difíciles debido principalmente a las fuentes parásitas del túnel y los bajos niveles sonoros de los modelos. 3.1 Mediciones de Campo Mediciones de campo con micrófonos son adecuadas para determinar el cumplimiento con la regulación de ruido. La norma principal D/2 Flujo para la evaluación de ruido de la turbina de viento es el estándar IEC 61400-11 [16]. En esta norma, se define una metodología uniforme para medir en forma consistente y precisa las emisiones acústicas de aerogeneradores. Como H se muestra en la Figura 2, las mediciones se realizan cerca de la turbina con el fin de minimizar la influencia de los efectos del terreno, las condiciones atmosféricas o el ruido inducido por el viento. Para tener en cuenta el Ro = H+D/2 tamaño del aerogenerador, el micrófono se Micrófono ubica a una distancia de referencia Ro basada en las dimensiones de la turbina eólica. Las Figura 2: Colocación del micrófono según lo mediciones se toman con el micrófono colocado la norma IEC 61400-11 y micrófono con sobre una placa en el suelo usando una (o dos) pantalla de viento. pantallas de viento (Figura 2). La norma proporciona un método para calcular la corrección por ruido de fondo, el nivel de potencia acústica aparente (ref. 1 pW) y otros parámetros. El nivel de potencia de sonido aparente es la potencia producida por una fuente puntual equivalente colocada en el centro del rotor que tiene la misma respuesta que el micrófono usado en las mediciones. Estas mediciones no permiten la identificación de las fuentes y por lo tanto no se utilizan como una herramienta de investigación o para el control de ruido. Con el fin de estimar la ubicación de diferentes fuentes de ruido en la turbina de viento, se utilizan técnicas avanzadas tales como mediciones con arreglo de micrófonos. Para aplicaciones de turbinas de viento, se han realizado sólo un puñado de medidas de localización de las distintas fuentes sonoras. Las primeras mediciones se realizaron utilizando una antena parabólica para altas frecuencias y un arreglo de micrófonos lineal para bajas frecuencias [17,18].

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Actualmente, mediciones se llevan a cabo con arreglos de micrófonos planos (a) (b) (2-dimensiones) como se observa en la Figura 3. Esta figura muestra la medición de una turbina de viento de 58 m de diámetro con un arreglo de 148microfonos [19]. Los datos del arreglo de micrófonos fueron procesados mediante dos métodos diferentes. En el Arreglo de micrófonos primer método, las fuentes de ruido en el plano del rotor fueron localizadas Figura 3: Mediciones con arreglo de micrófonos utilizando un “beamforming” (148 micrófonos) de una turbina GAMESA G58 convencional. Por lo tanto, el ruido de 58 metros de diámetro [19]. emitido por la góndola puede ser separada del ruido de las palas. También se puede determinar en qué parte de la pala se genera el ruido (Figura 4a). El segundo método de procesamiento utiliza tres mallas centradas en las palas que permiten localizar el ruido en cada pala individualmente (Figura 4b). Por ejemplo, la figura muestra que la pala que fue limpiada genera menos ruido que las otra dos palas (una sucia y la otra limpia pero con la capa límite forzada). Aunque más poderosas, las mediciones de turbinas de viento con arreglos de micrófonos también tienen limitaciones. El arreglo de micrófonos no tiene la resolución necesaria para separar las fuentes de ruido en los bordes de ataque y fuga (Figura 4b). Debido al mismo problema de resolución, mediciones con arreglos de micrófonos están limitadas a frecuencias medias y altas. La caracterización acústica de la turbina de viento a baja frecuencia sigue siendo un reto y es necesario debido al efecto de molestia de los componentes de ruido de baja frecuencia modulados en amplitud por debajo de 300 Hz. (a)

(b) Capa límite forzada Sin tratamiento

Limpia

Figura 4: Mapas de ruido (a) promedio en el plano del rotor y (b) para cada pala [19]. 3.2 Pruebas en Túneles de Viento Aunque las mediciones de campo son importantes, la caracterización acústica de perfiles aerodinámicos para aerogeneradores depende en gran medida de mediciones en túneles de viento. Estas mediciones son difíciles debido al tamaño de los perfiles y la necesidad de ensayar en condiciones de flujo realísticas. Una reciente innovación en la tecnología de túneles de viento acústicos ha hecho posible hacer mediciones aerodinámicas y acústicas de secciones de palas de turbina de viento para condiciones de flujos más reales [2022]. Esta nueva tecnología consta de una sección de prueba híbrida construida con tela de Kevlar tensada que guía el flujo de aire (como en una sección de prueba de pared rígida) mientras que permite pasar el ruido producido por el perfil aerodinámico hacia afuera del flujo y ser medido con precisión (Figura 5a). Este concepto híbrido ofrece importantes

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ventajas sobre los túneles de viento acústicos convencionales (“open jets”). La ventaja aerodinámica principal es que minimiza el problema de interferencia lo cual permite pruebas en todo el rango de ángulos de ataque, desde cero sustentación hasta separación. Acústicamente, permite el uso de arreglos de micrófonos cerca del modelo reduciendo el efecto de las fuentes de ruido parásitas desde el túnel y una mejor resolución de los mapas de ruido. Las capacidades de este túnel han permitido por primera vez la caracterización de álabes de turbina de viento en condiciones casi reales. La Figura 6a muestra el rango de ángulos de ataque y velocidad del flujo (número de Reynolds basado en la cuerda) probados para perfiles de turbinas de viento modernas de 0,91 m de cuerda [22]. En esta misma figura, también se muestran los rangos usados en pruebas anteriores utilizados para el desarrollo de códigos semi-empíricos para la predicción del ruido aerodinámico [3,23]. La Figura 6b muestra un mapa de ruido típico en el nuevo túnel hibrido que indica claramente la presencia de una fuente en el borde de fuga. Sección de prueba convencional - Open-Jet Jet-catcher

(a)

(b)

Pared de Kevlar Flujo

Perfil aerodinámico Sección de prueba hibrida Paredes de Kevlar Arreglo de micrófonos Perfil aerodinámico

Figura 5: Túnel de viento acústico híbrido para pruebas aerodinámicas y acústicas de perfiles aerodinámicos de turbinas de viento. (a)

(b)

Flujo

Airfoil model

Trailing edge noise

Figura 6: (a) Rango de ángulos de ataque y número de Reynolds (cuerda) de perfiles aerodinámicos probados en varios túneles y (b) ejemplo de un mapa acústico mostrando ruido en el borde de fuga. Aunque el concepto de túnel de viento híbrido permite la obtención de datos de ruido de perfiles aerodinámicos de turbinas de viento en condiciones realísticas, aún tiene limitaciones. La relación señal-ruido y resolución del arreglo de micrófonos no permite extraer datos fiables de ruido a frecuencias inferiores a 500 Hz. Por lo tanto, todavía hay una necesidad de desarrollar algoritmos de procesamiento de arreglos de micrófonos para medir la emisión de ruido a bajas frecuencias. Otro tema no resuelto todavía es cuantificar el efecto

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que la turbulencia en el flujo de entrada tiene en el ruido del borde de fuga. Mediciones preliminares de ruido (realizadas por el autor pero no publicadas) con turbulencia en el flujo han mostrado un incremento de 3-4 dB en el ruido de borde de fuga en comparación con el caso de flujo limpio.

2. CONTROL DE RUIDO Como se muestra en la Figura 7, el ruido aumenta con el tamaño de las turbinas eólicas [24]. Esta figura también muestra la mejora significativa en la reducción de ruido de la turbina durante las últimas 2 décadas. Los esfuerzos para reducir el ruido han incluido ubicar el rotor delante de la torre (rotor a barlovento), reducción de la velocidad máxima de la punta de las palas, operación a velocidad variable, diseño de palas más silenciosas, bordes de fuga modificados, y uso de dispositivos para modificar el flujo [2]. Algunos de estos métodos se discuten brevemente. El ruido aerodinámico es proporcional a la quinta potencia de la velocidad relativa del flujo. Por lo tanto, las grandes turbinas eólicas Figura 7: Potencia sonora en función del modernas limitan las velocidades de rotación diámetro del rotor [24]. del rotor. Sin embargo, hay efectos aerodinámicos y estructurales negativos por la (b) (a) reducción de la velocidad del rotor, tales como aumento de la cuerda del perfil y más alto torque en el tren de engranajes. Otro método para reducir el ruido de las turbinas de viento es el uso de perfiles aerodinámicos más silenciosos [25-29]. El diseño Figura 8: Pala (a) original (47.5 m) y (b) de perfiles se concentra en reducir la fuente de pala silenciosa (51 m) [29]. ruido del borde de fuga. Esta fuente depende del espesor de la capa límite turbulenta en el borde de fuga. Por lo tanto, el enfoque básico para Sin diseñar palas de bajo ruido es usar perfiles que Modelo minimizan el espesor de la capa límite. La reducción de ruido que se obtiene es en el rango de 1 a 4 dB. De particular interés es la Con borde de fuga dentado y poroso investigación realizada por Hayashi et al. [29] ya que compara las geometrías de las palas originales y el diseño silencioso (Figura 8). En la figura se puede observar que la nueva pala tiene menor cuerda, más ángulo de paso, secciones más delgadas y la punta de la pala no es derecha. Figura 9: Ruido del borde de fuga con y Perfiles aerodinámicos con bordes de fuga sin tratamiento de borde de fuga poroso: dentado (“serrated”) han sido un método de perfil DU96, 4° AoA, 3.8 millones número control de ruido muy exitoso. Varias de Reynolds (cuerda). investigaciones experimentales se han llevado a cabo durante las últimas tres décadas [30-33]. Los resultados típicos muestran una reducción de ~ 4 dB en las bandas de octava por debajo de 1250 Hz y aumento de ruido por encima de 2000 Hz. Recientemente, tratamientos de borde de fuga porosos han atraído mucha atención.

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Este concepto no es nuevo y se propuso hace algunas décadas como un método para la reducción de ruido de compresores axiales. Uno de los primeros experimentos fue la implementación de extensiones porosas en bordes de fuga en placas [34]. Pruebas adicionales se han realizado más recientemente en perfiles aerodinámicos [35]. La Figura 9 muestra un resultado ilustrativo de bordes de fuga dentados y porosos en un modelo DU96 probado en el túnel de viento de Virginia Tech. Los resultados muestran reducción en todas las frecuencias. Este concepto aún no se ha aplicado en la práctica.

3. IMPACTO AMBIENTAL El problema asociado con el ruido de turbinas eólicas se ha estudiado ampliamente, en particular en los últimos años. A medida que la tecnología ha avanzado, los aerogeneradores se han tornado más silenciosos, pero el ruido sigue siendo una preocupación. Las turbinas de viento no son muy ruidosas, con niveles sonoros típicos alrededor de 40-45 dBA a una distancia de aproximadamente 300 metros. El ruido aerodinámico de banda ancha es responsable de la modulación en amplitud observada en grandes turbinas [36] y es considerado actualmente como la principal causa de molestia para los residentes cercanos a los Aviones parques eólicos [37]. Recientemente, también ha recibido mucha atención el infrasonido [38]. Sin Trafico embargo, la generación de este componente de ruido no se entiende perfectamente, hay muy Turbina de viento Trenes pocas mediciones y no hay evidencia clara de los efectos de molestia. La percepción del público sobre el impacto del ruido de las turbinas de viento es principalmente un efecto subjetivo de molestia [39]. Como se muestra en la Figura 9, el ruido de Figura 9: Porcentaje de residentes turbina eólica es más agravante que otras fuentes fastidiados dentro de casas por ruido de de ruido industrial y transporte (al mismo nivel) turbinas de viento y por ruido de debido a la característica de amplitud modulada transporte [40]. de las turbinas [40-41]. Muchas de las quejas de ruido de turbinas de viento son dentro de casas y durante la noche, cuando los niveles de fondo son más bajos. El problema del ruido de turbinas de viento en el interior es más complicado debido al efecto de la dinámica estructural, en particular a bajas frecuencias donde la respuesta en resonancia domina. Por lo general, la estructura proporciona mucha reducción de transmisión sonora en las frecuencias medias y altas. A frecuencias más bajas (<400 Hz), sin embargo, las resonancias del sistema pueden resultar en un aumento de los niveles de ruido dentro de la estructura comparado con el nivel en el exterior [42]. La disponibilidad de códigos numéricos para predecir y sintetizar el ruido de aerogeneradores, incluyendo la amplitud modulada, en el interior de casas es limitada.

5. CONCLUSIONES Aunque las turbinas de viento son una fuente de energía limpia y renovable, el ruido es una de las cuestiones claves que dificulta o limita su progreso en el futuro. En este trabajo, los temas clave relacionados con la acústica de aerogeneradores se han revisado brevemente y referencias han sido proporcionadas. En general, el mecanismo de generación de ruido en las

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turbinas eólicas se entiende bien y en su mayor parte es predecible, en particular el componente de ruido propio. Todavía hay una necesidad de mejorar los modelos de ingeniería para la componente de turbulencia en el flujo, así como también su impacto sobre el ruido propio. La separación de las fuentes en los bordes de ataque y fuga del perfil aerodinámico en mediciones de campo y en túneles de viento todavía es deseable y necesaria. Métodos para reducir el ruido aerodinámico continúan siendo un tema de investigación. El desarrollo de modelos para predecir el ruido total de parques eólicos es muy importante. Estas herramientas deben tener en cuenta el efecto de la turbulencia atmosférica, turbinas en la estela de otras turbinas, las condiciones atmosféricas, terreno irregular, el ruido de enmascaramiento por vegetación, y los efectos de absorción del suelo. Es deseable también tener la capacidad de predecir y sintetizar el comportamiento de modulación de amplitud. Estos modelos son esenciales para la evaluación del impacto ambiental, tanto en exteriores como en interiores, y el diseño de parques eólicos eficientes con baja emisión de ruido. .

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Acontecimientos recientes en la dispersión acústica desde los cardumenes de peces con vejiga natatoria C. Feuillade 1 Instituto

de Física, Pontifícia Universidad Católica de Chile, Av. Vicuña Mackenna 4860, Santiago, Chile, chris.feuillade@gmail.com

RESUMEN La dispersión acústica de peces individuales, y de cardúmenes, es un tema importante en la investigación pesquera y las aplicaciones navales. En general, la dispersión de un pez individual es relativamente débil, excepto en las frecuencias bajas, donde la dispersión es dominada normalmente por la respuesta de resonancia de la vejiga natatoria, que puede aumentar significativamente las señales dispersas en comparación con la reflexión especular. El mecanismo primario de la dispersión es la vibración monopolar de la vejiga natatoria en su frecuencia de resonancia. La resonancia de la vejiga natatoria es físicamente similar a la de una burbuja de aire, y esta similitud se ha utilizado con éxito para modelar la dispersión de peces con vejiga natatoria. De manera análoga, la dispersión de baja frecuencia de un cardumen está estrechamente relacionada con la dispersión de una nube de burbujas. Usualmente, los cardúmenes contienen muchos peces poco espaciados de tamaño similar, y del volumen similar de la vejiga natatoria. Cerca de la frecuencia de resonancia de un pez individual, los procesos de dispersión múltiples entre los peces llegan a ser muy importantes, y las interacciones coherentes de los campos dispersos de los diferentes peces causan grandes variaciones en la amplitud total de la dispersión. Por tanto, la descripción exacta de la dispersión de los cardúmenes es un problema complejo. Esta presentación ofrecerá una breve introducción e historia del problema de la dispersión acústica de un pez y de cardúmenes, para luego dar cuenta de la evolución reciente en este campo de investigación. Se incluirá una discusión sobre la importancia de este problema para las aplicaciones de SONAR, así como sus implicaciones para la acústica pesquera. (Apoyado por ONR Grant N00014-11-1-0161). KEYWORDS: Dispersión Acústica, Cardumenes de Peces, Nube de Burbujas, SONAR, Acústica Pesquera.

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1. INTRODUCCIÓN

Debido a las propiedades salinas del medio oceánico, las ondas de luz y radio son fuertemente atenuadas en dicho medio, por lo que no pueden ser utilizadas para propósitos de vigilancia o comunicación de largo alcance. El sonido, sin embargo, puede propagarse grandes distancias en el agua con muy baja atenuación, siendo usado para detectar y localizar objetos en el mar pese a las dificultades que implican la reverberación, el ruido de fondo y la propagación sonora en un medio altamente variable. La tecnología SONAR (por la siglas en inglés de SOund Navigation And Ranging) utiliza el sonido para explorar el océano. El sistema SONAR pasivo detecta y localiza señales acústicas generadas por otras fuentes submarinas, mientras el SONAR activo produce señales para ensonificar objetos, e identificar y caracterizar la reflexión acústica producida por el objeto. Una excelente introducción a la Acústica Submarina se encuentra en el conocido libro de Urick[1]. En el campo de la Acústica Submarina se ha hecho extensivo el uso del decibel, definido como: Intensidadout (dB) , (1) Intensidadin donde las intensidades están referenciadas a un sonido de presión 1 µPa. Los efectos del campo acústico sobre un sistema SONAR están típicamente descrito por un grupo de parámetros (todos expresados en dB) que se relacionan mediante las ecuaciones de SONAR [1, Ch. 2], las que describen el diseño y desempeño del sistema. Para un sistema SONAR limitado por la reverberación, la ecuación es: Variación de intensidad = 10 log10

SL − 2T L + T S = RL + DT ,

(2)

donde los nombres de los parámetros están dados por sus siglas en inglés: SL - “Source Level", es la intensidad de la fuente acústica; T L - “Transmission Loss" , la pérdida por propagación entre la fuente y el objeto a detectar; T S - “Target Strength" es la capacidad del objetivo de dispersar el sonido ; RL - “Reverberation Level" el nivel de reverberación del medio ; y DT - “Detection Threshold", es la relación señal ruido mínima necesario para detectar el objetivo. Tradicionalmente, la acústica submarina ha estudiado diversos métodos disponibles para medir o calcular los parámetros de entrada de la ecuación de SONAR. Por ejemplo, una gran área de estudio ha desarrollado diferentes modelos matemáticos para el cálculo de la pérdida por propagación, llevando a mejores estimaciones del T L. El estudio de la dispersión acústica de peces es parte de una área de investigación enfocada a desarrollar un mejor entendimiento de los niveles de reverberación oceánica RL. La dispersión acústica de un pez individual y de cardúmenes de peces continúa siendo un tema importante de investigación, tanto en aplicaciones pesqueras como navales. En baja frecuencia, la dispersión de un pez con vejiga natatoria está dominada por la resonancia de su vejiga, lo cual puede amplificar significativamente el nivel de la señal recibida en comparación con la reflexión especular. La Figura 1 muestra un dibujo esquemático de una vejiga natatoria, en este caso de un Bacalao Atlántico.

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Figura 1: Representación esquemática de un Bacalao Atlántico (Gadus Morhua) y su vejiga natatoria (“vn"). Notar la forma, localización y orientación de la vejiga. Una vejiga natatoria se comporta de manera similar a un burbuja de aire en el agua, lo que llevó a Marshall [2] a pensar que la dispersión acústica de peces con vejiga natatoria es la causa de los altos niveles de reverberación en aguas profundas. Hoy en día es sabido que el mecanismo principal es la vibración monopolar de la vejiga cuando es excitada en su frecuencia monopolar de resonancia. Esta dispersión resonante de los peces con vejiga es la mayor causa de reverberación de volumen y contribuye fuertemente al valor de RL en el océano al menos hasta los 10 kHz [3, 4, 5].

2. UNA BURBUJA DE AIRE ESFÉRICA

Las características físicas de la resonancia de la vejiga natatoria son similares a las de una burbuja de aire en el agua, lo que ha llevado al uso de modelos esféricos para describir la dispersión resonante de peces con vejiga natatoria. El comportamiento acústico de una burbuja esférica de aire en el agua fue descrito por Minnaert,[6] y desarrollado por Devin,[7] usando un método que identifica la respuesta monopolar como la solución de un ecuación diferencial “masa-resorte” de segundo orden: mν¨ + bν˙ + κν = −P0 eiωt. .

(3)

En esta ecuación, la variable ν (llamada volumen diferencial) es la diferencia entre el volumen instantáneo y el volumen de equilibrio (4πa3 /3), para una burbuja de radio a. El coeficiente m(= ρ/4πa) se conoce como masa radiante [8], donde ρ es la densidad del agua. El parámetro κ(= 3γPA /4πa3 ) es la rigidez adiabática, donde γ es la constante del gas y PA es la presión ambiente en el agua. El coeficiente b describe el amortiguamiento del movimiento de la burbuja, mientras que P y ω representan la amplitud y frecuencia, respectivamente, del campo de presión externo aplicado a la burbuja (P lleva un signo menos, dado que una reducción de la presión lleva a un incremento del volumen de la burbuja).

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Si se asume solución armónica ν = νeiωt para la Eq. (3), el campo acústico dispersado por la burbuja es predominantemente monopolar e isotrópico. El campo de presión dispersado en (r,t) está dado por : [9] ρe−ikr ν¨ . (4) ps (r,t) = 4πr El parámetro k = ω/c, es el número de onda, donde c es la velocidad de propagación del sonido en el agua. Luego, ps (r,t) =

ei(ωt−kr) ρe−ikr −ρω 2 ν¨ = ν ei(ωt−kr) = f P0 , 4πr 4πr r

(5)

donde f = a/[(ω02 /ω 2 ) − 1 + iδB ] es la función de dispersión de la burbuja, o vejiga natatoria, y δB es el parámetro de amortiguamiento de la burbuja, que comprende términos radiativos, viscosos y térmicos: b ω0 δB = = δr + δv + δt = , (6) mω ωQ donde se introduce el “factor de calidad” Q, definido en la frecuencia de resonancia como Q = mω0 /b = 1/δB (ω0 ), es decir, en la frecuencia de resonancia ω0 , Q es el recíproco de δB .

3. UNA BURBUJA DE AIRE NO ESFÉRICA

Como lo muestra el ejemplo de la Figura 1, la vejiga natatoria no tiene una forma esférica, entonces ¿cómo se justifica el uso de modelos basados en burbujas esféricas? Dado que la acción monopolar domina fuertemente la respuesta de dispersión en baja frecuencia, generalmente se asume que dado que la longitud de onda en la frecuencia de resonancia es mucho mayor que las dimensiones del objeto, la onda dispersada no puede resolver la forma exacta de la vejiga, por lo que ésta es relativamente poco importante. Luego se incorporan al modelo esférico los parámetros físicos que determinan la amplitud de la dispersión y el amortiguamiento de la vejiga. Para poner a prueba el supuesto de predominancia monopolar, en un reciente artículo [10] se usó el método de Condición de Borde Extendido (EBC por sus siglas en inglés), también conocido como el método de “Matriz -T”. Mediante este método se puede calcular la dispersión acústica en baja frecuencia de objetos llenos de aire en el agua, altamente deformados y con simetría axial, como sería el caso de un esferoide prolato, similar a una vejiga natatoria. La elongación del esferoide prolato se expresa en términos de la razón de aspecto α entre el semieje mayor y el menor. Es bien sabido que deformar una burbuja esférica en un esferoide prolato lleva a un incremento en su frecuencia de resonancia [11, 12], lo que puede ser fácilmente incorporado en un modelo esférico de vejiga natatoria. El punto de interés es la distribución de la amplitud de la dispersión acústica, en función del ángulo azimutal, para una burbuja de aire elongada. Consideremos dos casos. En el primero, se estudió la variación de la dispersión acústica cuando la fuente y el receptor están en la misma posición angular. Esto es llamado también caso “monoestático” En el segundo

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Tabla 1: Razón entre las amplitudes de dispersión acústica, para burbujas de aire en forma de esferoide prolato. Razón de aspecto α 1 10 40

Monoestático Biestático (θ = 0◦ ) Biestático (θ = 90◦ ) 1 1 1 1.0021 1.0010 1.0010 1.0212 1.0104 1.0102

caso, se estudió la amplitud de la dispersión cuando la fuente y el receptor están en diferentes posiciones angulares (caso biestático) La Tabla 1 muestra la razón entre la amplitud de la dispersión a θ = 90◦ y a θ = 0◦ para diferentes valores de α y para los casos monoestático y biestático, donde θ es el ángulo entre la dirección del campo incidente y el eje mayor del esferoide prolato. En todos los casos, los objetos fueron ensonificados en su correspondiente frecuencia de resonancia. La segunda columna muestra el resultado del caso monoestático. La razón de la amplitud de dispersión se incrementa desde 1 para α = 1, a 1.0021 para α = 10 (un incremento del 0.21%), y a 1.0212 para α = 40 (un incremento de sólo 2.1%). La tercera y cuarta columna de la Tabla 1 muestran el resultado del caso biestático, para θ = 0◦ y θ = 90◦ respectivamente. Las amplitudes de dispersión son uniformemente bajas en comparación al caso monoestático, con un valor máximo de ≈ 1.1%. En general, la variación azimutal de la distribución de dispersión permanece esencialmente esférica aun para burbujas altamente deformadas (aun para α = 40, la variación máxima es sólo ≈ 2%). Dado que la razón de aspecto de la vejiga natatoria es típicamente mucho menor que esto (α ∼ 5 − 7), la distribución azimutal será aun más isotrópica, y la vejiga será mejor representada por un modelo de dispersión esférica, con sus parámetros correctamente ajustados para representar mejor la frecuencia de resonancia observada y las propiedades de amortiguamiento.

4. DISPERSIÓN ACÚSTICA DE UN CARDUMEN DE PECES CON VEJIGA NATATORIA

Aun cuando la dispersión acústica de peces individuales continúa siendo un importante campo de investigación, en los últimos años también se ha prestado interés al problema de la dispersión resonante de cardúmenes y agrupaciones de peces con vejiga natatoria [13, 14]. Un cardumen consiste en un grupo denso de peces de tamaño similar [15, 16], por lo que en las frecuencias en las que todos los peces resuenan juntos, los procesos de dispersión múltiple entre peces se vuelven significativos y complejos. La longitud de onda acústica en la frecuencia monopolar de resonancia de una vejiga natatoria es generalmente mucho mayor que el largo del pez. Dado que los peces se organizan típicamente dejando un espacio entre ellos equivalente al largo de un pez [17], los campos de dispersión acústica de peces vecinos interactuarán de forma coherente, es decir, considerando las diferencias

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Figura 2: Esquema de un grupo de peces resonando todos simultáneamente. de fase. Esta característica, que depende de la organización espacial de los peces en el cardumen, debe ser correctamente incorporada al modelo, junto con los efectos de interacción acústica entre los peces, para predecir certeramente los niveles de dispersión de retorno del cardumen. En 1996 se desarrolló un modelo[18] de dispersión acústica en baja frecuencia para cardúmenes, usando un formalismo matemático basado en la solución de un sistema de ecuaciones diferenciales acopladas. Las soluciones en estado estacionario se obtienen resolviendo la ecuación matricial Mv = p, donde v = {v1 , . . . , vn , . . . , vN } y p = {−P1 eiφ1 , . . . , −Pn eiφn , . . . , −PN eiφN } son vectores columna que contienen las amplitudes de la oscilación del volumen de cada vejiga, en estado estacionario, y los campos externos aplicados a ellas (donde Pn y φn son la amplitud y fase del campo externo incidente a la vejiga n-ésima), respectivamente. Si hay N peces en el cardumen, M es una matriz de N × N cuyos elementos son: Mnn = κn − ω 2 mn + iωbn ;

Mn j =

−ω 2 ρe−iks jn 4πs jn

(n 6= j) .

(7)

Cada término en la diagonal [M j j ( j = 1, . . . , N)] describe el comportamiento resonante de un vejiga individual. Los parámetros mn , bn , κn , etc., varían para permitir diferentes valores de radio, amortiguamiento, etc., permitiendo así representar un rango diverso de peces (y sus propiedades) dentro del cardumen. Cada término fuera de la diagonal [Mn j ( j, n = 1, . . . , N), n 6= j)] describen el acople acústico entre dos de las vejigas, donde s jn es la separación entre los centros de las vejigas j-ésima y n-ésima. La solución de la ecuación matricial (v = M−1 p) permite la descripción del campo de dispersión estacionario del cardumen en función de la amplitud y frecuencia del campo de presión externo. Una vez encontradas las soluciones vn para las vejigas individuales, el campo de presión total dispersado por el cardumen se obtiene, para cualquier ángulo azimutal, usando la suma coherente: ps = −

−ikrn ] −ρω 2 [ ∑N ρω 2 N vn e−ikrn P0 n=1 vn e ≈ f =⇒ f (k, θ , φ ) = , s s ∑ rn 4π n=1 r 4πP0

(8)

donde rn es la distancia entre la vejiga n-ésima y un receptor puntual ubicado en campo lejano. La dispersión acústica del cardumen estará afetado por las interacciones coherentes de los campos de dispersión de los peces individuales. Por esta razón, se debe incluir un término de fase e−ikrn para cada vejiga, en la suma de la Eq. (8). El lado derecho de la Eq. (8) define la función de dispersión de todo el cardumen [tal como fue hecho previamente para una sola burbuja

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en Eq. (5)]. Esta definición asume que el receptor está en campo lejano, por lo que se puede substituir r1 , r2 , . . . , rN ≈ r en el denominador, y tratar el cardumen como una fuente de dispersión puntual. Los ángulos θ y φ se incluyen en el argumento para indicar que el campo disperso por el cardumen generalmente es anisotrópico. El campo de presión acústico resultante puede obtenerse para un receptor ubicado en cualquier posición relativa el cardumen, y para cualquier ángulo biestático respecto a la fuente, incluyendo los casos de dispersión de retorno y dispersión en dirección posterior, es decir, la misma dirección del campo incidente. Las variaciones de vn en estado estacionario, fueron inicialmente definidas en las ecuaciones de [18], para incluir todas las interacciones acústicas entre vejigas natatorias. Por lo tanto, el uso de vn (obtenido mediante v = M−1 p) para calcular la presión total dispersada por el cardumen (Eq. 8), incluye ya los efectos de la interacción múltiple.

5. COMPARACIÓN CON DATOS

En la comparación con datos aquí presentada, se usó el modelo de Love [19], el cual considera el amortiguamiento de la carne del pez, representando la vejiga como una burbuja rodeada por una delgada capa viscosa. En este modelo, en vez del parámetro Q en la Eq. (6), se introduce un nuevo parámetro H dependiente de la frecuencia, consistente también en tres términos (radiativo, viscoso y térmico) que son: 1 1 1 1 = + + . (9) H Hr Hv Ht De acuerdo a Love, en baja frecuencia (donde el modelo es típicamente aplicado), las pérdidas debido a efectos térmicos son mínimas y pueden despreciarse. Las expresiones para Hr y Hv son [19]: ω0 c ω0 ρa2 Hr = 2 ; Hv = , (10) ω a 2ξ donde ξ es la viscosidad de la carne del pez que rodea a la vejiga natatoria. Las siguientes figuras muestran la comparación entre resultados obtenidos con la Eq. (8) y datos de dispersión de retorno y dispersión posterior [20]. En la Figura 3, se usaron los datos de dispersión de retorno de un cardumen de anchoas, publicados por Holliday [14]. Los parámetros de entrada del modelo de dispersión, esto es, el largo del pez, la profundidad, espaciamiento, tamaño y forma del cardumen, fueron tomados del artículo de Holliday. El eje vertical muestra el Target Strength (TS, definido previamente junto con otros parámetros del SONAR) de un cardumen de anchoas con respecto a la frecuencia, y se relaciona con la función de dispersión como: TS( f ) = 20 log10 |fs (k, π, 0)| , [dB] (11) donde fs (k, π, 0) es la función de dispersión acústica del cardumen evaluada en la dirección contraria a la del campo incidente, es decir, la dispersión de retorno. Nótese la correspondencia entre los datos y el modelo. Los efectos de interacción acústica entre peces hace que desaparezca, en este caso, un peak observable en la frecuencia de resonancia teórica de una anchoa individual. La interferencia entre los campos de dispersión acústica de los diferentes peces lleva a una variación

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5 0 ï5

TS, [dB]

ï10 ï15 ï20 ï25 ï30 ï35 ï40 ï45 1

2 3 Frecuencia, [KHz]

4

Figura 3: Variación de TS de un cardumen de anchoas. Los datos medidos están marcados con •, mientras que la línea sólida muestra la predicción del modelo de dispersión. La linea segmentada vertical indica la frecuencia de resonancia de una anchoa individual. del campo total respecto a la frecuencia, que se observa en los diferentes peaks y valles de la respuesta (efecto Bragg). La posición exacta de cada pez varía instante a instante, pero el comportamiento general de la curva es replicado por el modelo de dispersión. La Figura 4 muestra 4

Coeficiente de absorción, [dB/m]

3.5 3 2.5 2 1.5 1 0.5 0 0

1

2 Frecuencia, [kHz]

3

4

Figura 4: Variación del coeficiente de absorción de un cardumen de sardinas. Los puntos marcados con • fueron extraídos de los datos publicados por Diachok[21], y la linea sólida muestra la predicción del modelo de dispersión. La línea vertical indica la frecuencia de resonancia de una sardina individual. una comparación con datos de dispersión posterior de un cardumen de sardinas, obtenidos por Diachok [21]. Los parámetros de entrada del modelo fueron extraídos del artículo de Diachok. El eje vertical muestra el coeficiente de absorción αs [dB/m] del cardumen de sardinas, con respecto a la frecuencia, y se relaciona con la función de dispersión mediante el teorema de la extinción , el cual introduce la definición del “área de extinción" , en m2 , como: σe =

4π Im{fs (k, 0, 0)}, k

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(12)


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donde “Im” es la “parte imaginaria de”, y fs (k, 0, 0) es la función de dispersión del cardumen evaluada en la dirección posterior, esto es, la dirección del campo incidente. Nótese que los peak y valles del efecto Bragg que se observan en la dispersión de retorno (por ej., Figura 3), no están presentes en este caso. La predicción del modelo de dispersión claramente replica los datos, y puede ser usado para estimar abundancia de peces en el cardumen.

6. CONCLUSIONES

Se ha presentado una breve introducción al problema de la dispersión resonante de peces y cardúmenes, como también algunas aplicaciones y resultados recientes. El tema de la dispersión acústica de peces tiene importantes aplicaciones para el uso general de SONAR y en particular, para su aplicación en acústica pesquera.

7. AGRADECIMIENTOS

Este trabajo fue financiado por la Office of Naval Research (ONR) de los EE.UU., bajo el proyecto N00014-11-1-0161.

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Detecção e contribuição dos outliers para avaliações subjetivas de som S.N.Y. Gergesa,b & R.A. Diasb a

Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), Engenharia Mecânica, Instituto Federal de Santa Catarina (IFSC) / Mecatrônicas, Florianópolis, SC, Brasil.

b

RESUMO: A avaliação subjetiva da percepção do ruído tem um papel importante na tomada de decisão em muitas aplicações no campo da acústica, como a avaliação da percepção de ruído (aborrecimento) em comunidades localizadas nas proximidades dos aeroportos e estudos sobre o ruído do tráfego, a qualidade de som do produto, ruído ambiental e da atenuação de ruído do protetor auditivo, entre outros muitos aplicativos. A percepção subjetiva de ruído por um grupo de avaliadores humanos é geralmente associada a uma grande variabilidade, como observado através do valor do alto desvio padrão. Esta grande variação entre os indivíduos é devido à sua variabilidade em termos de sua experiência, atitudes e expectativas, idade, estado de espírito pessoal, a sensibilidade ao ruído, o medo do mal conectado com a fonte, a avaliação pessoal da fonte, capacidade de enfrentamento em relação ao ruído, a confiança ou o abuso de poder das autoridades competentes, e uma história de exposição ao ruído, entre outros fatores. Alguns avaliadores prestar maior atenção e dar uma resposta mais precisa, enquanto outros podem não se concentrar corretamente sobre a tarefa e pode proceder à avaliação simplesmente para o pagamento que recebem. Em geral, uma pequena quantidade dos avaliadores dar respostas que diferem da maioria dos outros sujeitos. Estes poucos avaliadores tendem a ter uma influência considerável sobre os resultados finais e são a principal fonte do alto desvio padrão. Assim, eles serão aqui considerados como "outliers". A avaliação subjetiva da percepção de ruído é um tema muito amplo, que tem vasta aplicação no campo da acústica. KEYWORDS: Sound perception, outliers.

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1. INTRODUCTION The subjective evaluation of noise perception plays an important role in decision making in many applications in the field of acoustics, such as the evaluation of noise perception (annoyance) in communities located near airports and studies on traffic noise, product sound quality, environmental soundscapes, sleep disturbance and hearing protector noise attenuation. The subjective perception of noise by a group of human evaluators usually shows a large variability, as observed through the standard deviation. This is because the subjects differ in terms of their experience, attitudes and expectations, age, personal state of mind, sensitivity to noise, fear of harm connected with the source, personal evaluation of the source, coping capacity with respect to noise, trust in or lack of confidence in the relevant authorities and history of noise exposure, among other factors. Some subjects pay greater attention to the assessment and provide amore accurate response while others may not concentrate properly on the task and may perform the evaluation simply for the payment they receive. In general, a small amount of the subjects give responses which differ from that of most of the other subjects. These few subjects tend to have a considerable influence on the final results and are the main source of the high standard deviation. Thus, they will be considered herein as “outliers”. This is a very broad topic which has extensive application in the field of acoustics.

2. STATISTICAL DETERMINATION AND DETECTION OF OUTLIERS There are different methods available for the detection of outliers [1] including the ChartBox, Mismatch Model, Dixon test, Grubbs test and Z–score. In the study reported herein the Mismatch model, applying the Bootstrap method, was used to investigate the statistical distribution and identify the outliers and also to evaluate the quantitative effect on the final results when they are removed from the dataset. These few subjects considered as outliers, who generally represent around 3 to 5 out of 20 to 30 subjects in the cases presented herein, are not true outliers, but their subjective evaluation is very different from that of the other subjects. The objective of this paper is to demonstrate how to detect these outlier subjects and evaluate their effect on the final results by eliminating them. Some real cases are described herein to show the application of the Bootstrap statistical technique to the identification of outliers and to evaluate their contribution to the results. 2.1 Bootstrap method The Bootstrap method was introduced by B. Efron in 1979 [2] and its use in statistical sciences spread widely within a couple of decades. This method involves taking the original dataset of N elements and sampling from it, using a computer, to generate a new sample with size N/2. Elements are then exchanged randomly between these two datasets (each of size N/2). This process is repeated a large number of times and for each of these bootstrap samples the final parameter (for example, the mean) is computed. The histogram of this final parameter is obtained, with the mean value and standard deviation, together with the contribution of the N original elements to the final parameter. The statistical distribution is then observed and some outliers will show a non-Gaussian distribution. The outliers can also be identified and their contribution to the final results evaluated. If these outliers are

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eliminated and the distribution is recalculated, it becomes more Gaussian with a better estimation of the parameters. In this study, 20 subjective responses were obtained, with 3 to 7 questions given to each subject. The random selection of 10 subjects (out of 20) was applied. The procedure was repeated 20,000 times for each subject. The results were used to identify the outliers and their contribution to the final result. 3. SUBJECTIVE ASSESSMENT –RESULTS WITH OUTLIERS REPORTED IN THE LITERATURE A large number of publications reporting subjective surveys demonstrate that some subjects (outliers) are only very slightly disturbed by high levels of noise exposure. Some of these cases are described herein. Figure 1 shows the percentage of severe annoyance caused by aircraft noise as a function of the noise level (Ldn in dBA) [3] for different airports. It is clear that there are a few subjects with annoyance below 30% (marked with a circle below the line). These are considered as outliers since they represent a small percentage of the total number of subjects and their values differ greatly from those of the other subjects. This example shows that a few subjects can typically alter the final results if they are considered in the statistical evaluation. These few outliers usually give the response that the noise from the airport is not very annoying. This may be because they have a vested interest in the airport, for instance, they may own a business inside the airport, and wish to see its level of activity and capacity maintained or even increased.

Figure 1: Dose-response data for severe aircraft noise annoyance from several surveys using a cut-off point of 70–75% of response scale for definition of high annoyance (HA). Note that the four points (in red circle) with annoyance of less than 30% are considered as “outliers”. Another published example can be seen in Figure 2, which shows the percentage of highly sleep–disturbed subjects as a function of the sound pressure levels (LeqA) of road traffic noise [4]. In this case there is one (marked X) with a high level of exposure (70 dBA) and low disturbance (10%). This point on the curve is certainly an outlier, where perhaps the

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subject did not pay due attention and provided an accurate answer or maybe this subject has a vested interest in traffic noise, for example, they may have a commercial concern.

Figure 2: Percentage of the highly sleep-disturbed population (%HSD) as a function of LAeq.22-07 in response to road traffic noise. The solid line and the data points in the LAeq.22-07 range, 49–73 dBA, represent the CENVR results and the dashed line represents the European research result, Ref. [4]. The X point indicates an outlier. The following are four cases of different applications, which demonstrate how to identify outliers, delete them and quantify the effect of their contribution on the results. Case study 1: Hearing protector noise attenuation measurements Measuring the noise attenuation of hearing protector devices (HPDs) using the REAT “Realear Attenuation at Threshold” method [5,6] is based on subjective measurements, where each subject determines their open (without HPD) and closed (with HPD on) threshold levels. The subjective determination of the threshold levels shows a high variation between subjects even when they are qualified and familiarized with the method used to determine these threshold levels, as required by the standard. Some subjects pay greater attention and can determine their threshold with more accuracy than others. Some subjects simply do not pay attention and answer randomly depending on their mood and mental condition on that day. This paper shows a methodology to observe the statistical distribution and quantify the contribution of each subject to the final single number Noise Reduction Ratio (NRRsf) [5,6]. Eliminating a few subjects (the outliers) increases the NRRsf and reduces the variability of the measurements (from around ± 4 to ±1). The results for the measurement of 20 different brands of pre-molded earplugs are reported.

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Hearing protector noise attenuation measurements were taken according to ISO 48695/4869-1 [6] and ANSI 12.6-2008 [5], where the hearing threshold of a number of subjects was measured with and without the use ofa hearing protector and the difference gives the noise attenuation. Two fitting methods are considered in the standards: (i) supervised fitting (method Aas in ANSI S12.6-2008 or ISO 4869-1) and (ii) subject fitting (method B as in ANSI S12.6-2008 or ISO 4869-5). There is a high variability of the results obtained for the same HPD in the same laboratory due to the hearing protector fitting, especially for earplugs (compared with earmuffs). This measurement variability is higher for inexperienced subjects (method B) than for trained subjects (method A) and can reach ± 3 dB [5] or even a higher value. According to ANSI S12.6-2008 it is necessary to use at least twenty subjects for earplugs and ten subjects for earmuffs. Some subjects do not pay due attention to specifying their thresholds. In some cases, a few subjects with threshold levels very distant from the majority of the subjects can alter considerably (more than ±3 dB) the final noise attenuation values and the single number “Noise Reduction Ratio” NRR and NRRsf (NRRsf calculated using one standard deviation, see [7]). Considering the calculation method and the standard deviation for the NRRsf values, the statistical interpretation of this number is that under the conditions observed during usage at least 84% of the user population may obtain an attenuation of at least the value of NRRsf. The ISO 4869-2 standard states that a variation of less than ±3 dB is insignificant, but this is not supported by detailed research studies and is considered in most publications without the effect of the outlier subjects being investigated. This paper describes how to identify these outlier subjects, that is, those with very different results compared with most of the subjects, and investigates the effect of eliminating them on the final value of the single number noise attenuation NRRsf. In a real situation in the field, most HPD users receive training on each type of device and they are aware of permanent hearing loss if the HPD is not appropriately fitted and used for all work shifts. Therefore, the presence of these outliers can inhibit an evaluation of the real situation and it may be useful to consider their elimination from the final results in order to obtain a truly representative sample. The Real-ear Attenuation at Threshold (REAT) method is the gold-standard method, most commonly used and accepted worldwide for the measurement of hearing protector noise attenuation. This is a subjective measurement where the subjects determine their own threshold levels (with and without wearing the HP). The accuracy of this measurement is strongly dependent on the subject’s perception of the sound level at the ear and each subject has to concentrate to determine their own threshold level. Considering that this is a paid test, where the subject can earn between 10 to 50 USD for each test, there is no guarantee that the subject has properly determined their threshold. Some subjects pay greater attention than others and some may have background and/or education experience which allows them to provide better results. Therefore for each hearing protector brand measurement, especially for plug-type devices (which are more difficult to fit than earmuffs) there are sometimes a few subjects (generally not more than five) who show low accuracy in determining their threshold levels and this can result in large variations in the single number final noise attenuation NRRsf. In this paper, the results obtained for 20 different pre-molded earplug brands, using the subject fitting method (B) of ANSI S12.6-2008, based on evaluations by20 subjects, are shown and analyzed. In this section, the statistical distribution for each HPD brand is determined and a method is shown to detect the outliers and observe the final results for the NRRsf after eliminating the small number of outliers.

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Methodology A certain brand of earplugs was tested using the Bootstrap statistical methodology. For each group of 10 subjects (out of a total of 20 subjects) the NRRsf was calculated and this procedure was repeated 100,000 times for each HPD in order to plot the statistical distribution with high resolution. As an example, the following table shows the results for 20 subjects for one brand of premolded earplugs, two measurements (open and closed thresholds) being taken for each subject. The noise attenuation results are shown in Table 1 for the 20 subjects, reiterated twice for each subject. Table1: Noise attenuation results for 20 subjects, with two measurements each (open and closed thresholds) for an earplug HPD. O u v in te 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

125 1 9 ,1 7 1 4 ,5 1 9 ,6 7 17 -0 ,8 3 5 ,8 3 1 1 ,8 3 2 0 ,6 7 1 6 ,6 7 16 2 7 ,1 7 3 0 ,1 7 2 1 ,8 3 2 9 ,1 7 2 3 ,1 7 2 4 ,5 22 2 6 ,6 7 18 1 6 ,8 3 1 3 ,8 3 2 2 ,5 1 8 ,8 3 2 0 ,1 7 1 7 ,6 7 5 ,5 1 ,8 3 1 1 ,6 7 2 5 ,8 3 2 9 ,6 7 2 1 ,1 7 1 7 ,6 7 3 0 ,5 2 8 ,5 24 1 4 ,5 2 0 ,1 7 24 2 0 ,6 7 1 5 ,6 7

A te n u a ç õ e s m e d id a s (d B ) F re q ü ê n c ia c e n tra l (H z ) 250 500 1000 2000 17 21 2 2 ,6 7 2 7 ,8 3 1 8 ,6 7 2 1 ,3 3 2 2 ,5 2 7 ,8 3 20 21 1 9 ,3 3 2 9 ,5 1 9 ,8 3 2 3 ,6 7 2 0 ,1 7 3 0 ,5 3 ,6 7 2 ,5 6 ,5 5 ,5 2 6 ,6 7 5 ,1 7 6 ,1 7 24 2 4 ,8 3 19 2 6 ,3 3 2 3 ,3 3 2 8 ,1 7 2 3 ,5 2 6 ,3 3 1 7 ,3 3 1 6 ,6 7 1 6 ,8 3 2 8 ,6 7 18 2 2 ,6 7 2 4 ,5 2 3 ,6 7 2 8 ,3 3 3 2 ,8 3 2 9 ,5 3 0 ,5 3 0 ,6 7 35 3 1 ,5 2 9 ,6 7 22 1 6 ,6 7 22 2 7 ,3 3 3 1 ,6 7 3 5 ,6 7 26 2 8 ,8 3 2 4 ,6 7 2 5 ,8 3 24 31 2 8 ,1 7 3 1 ,1 7 2 6 ,1 7 3 4 ,3 3 2 5 ,1 7 3 0 ,3 3 2 9 ,6 7 2 6 ,6 7 2 1 ,3 3 2 9 ,3 3 2 8 ,6 7 2 8 ,6 7 2 2 ,8 3 2 4 ,8 3 2 2 ,1 7 24 1 8 ,5 1 9 ,1 7 2 1 ,3 3 2 4 ,3 3 1 4 ,6 7 1 0 ,8 3 1 5 ,1 7 25 2 5 ,6 7 28 2 4 ,6 7 3 8 ,5 2 6 ,8 3 2 8 ,6 7 27 2 5 ,5 2 5 ,3 3 29 2 7 ,3 3 26 1 8 ,5 2 3 ,3 3 2 2 ,5 3 0 ,1 7 4 ,8 3 1 0 ,1 7 1 3 ,5 2 8 ,3 3 8 ,6 7 1 5 ,8 3 1 5 ,8 3 1 9 ,1 7 1 9 ,5 1 7 ,8 3 2 ,6 7 1 1 ,1 7 24 2 5 ,1 7 2 3 ,8 3 32 2 7 ,8 3 2 7 ,8 3 24 3 1 ,8 3 1 5 ,3 3 21 2 0 ,5 27 18 21 2 1 ,6 7 2 3 ,3 3 2 5 ,8 3 3 0 ,6 7 25 2 8 ,8 3 2 7 ,3 3 3 0 ,1 7 27 3 2 ,3 3 2 9 ,8 3 3 4 ,5 2 4 ,6 7 24 1 7 ,6 7 1 7 ,8 3 21 2 4 ,1 7 2 0 ,3 3 2 6 ,3 3 2 1 ,1 7 2 3 ,1 7 2 4 ,6 7 29 2 7 ,8 3 28 2 2 ,8 3 32 2 6 ,5 2 9 ,5 21 2 2 ,1 7 2 1 ,1 7 2 2 ,5

4000 19 1 9 ,3 3 2 6 ,5 2 1 ,6 7 1 2 ,5 12 2 8 ,3 3 3 3 ,3 3 3 4 ,5 2 6 ,8 3 2 1 ,6 7 3 8 ,8 3 2 3 ,3 3 3 4 ,5 2 1 ,1 7 1 9 ,8 3 31 2 9 ,6 7 2 3 ,1 7 1 6 ,3 3 2 3 ,1 7 30 2 6 ,5 2 8 ,6 7 2 5 ,5 2 0 ,5 1 4 ,8 3 7 ,8 3 3 8 ,8 3 3 1 ,1 7 1 6 ,3 3 2 2 ,6 7 3 2 ,8 3 2 9 ,1 7 3 4 ,1 7 3 0 ,8 3 2 6 ,5 4 4 ,3 3 33 2 8 ,3 3

8000 2 8 ,8 3 3 9 ,1 7 4 7 ,6 7 3 5 ,8 3 6 ,5 1 ,6 7 4 0 ,8 3 4 4 ,3 3 4 0 ,1 7 3 7 ,1 7 4 1 ,1 7 3 8 ,5 2 0 ,6 7 4 6 ,1 7 3 8 ,6 7 4 1 ,5 42 4 1 ,3 3 4 0 ,3 3 27 3 2 ,6 7 5 0 ,8 3 5 0 ,3 3 4 6 ,6 7 31 29 3 1 ,3 3 3 1 ,3 3 3 8 ,1 7 4 0 ,1 7 2 4 ,8 3 2 1 ,5 4 7 ,1 7 4 5 ,8 3 4 6 ,3 3 4 6 ,1 7 45 5 1 ,1 7 4 9 ,3 3 3 6 ,1 7

Table 2 shows the results for the Bootstrap statistical analysis, considering 10 subjects, with 100,000 repetitions. The statistical distribution for the NRRsf shows a complex distribution, with four peaks for a range of NRRsf values from 11 to 20. In this case NRRsf=15 with a standard deviation of ±3 dB (right side of Table 1).

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Table2: Statistical distribution of NRRsf values for 100,000 trials generated from each one of 10 subjects x 100,000 times, for case1, showing NRRsf=15 dB and standard deviation =±3 dB.

Table 3 shows the effect of each subject on the final results for the NRRsf value. Crystal Ball software was used to evaluate the sensitivity of the result with respect to each subject. Table 3 shows that subject number 3 has a71.7 % contribution to the NRRsf value and subject 14 contributes 14%. On removing subjects 3 and 14 and recalculating the statistical distribution, a new distribution which is very close to Gaussian is obtained, as shown in Table 4, and the NRRsf value increased from 15 to 19 dB, while the standard deviation decreased from ±3 to ±1 dB. This process can be repeated and in Table 4 it can be observed that there is still a 27% contribution from subject 16, 15% from subject 10 and 13% from subject 01. It is recommended that in order to keep the results as representative as possible of a real situation a limited number of subjects is removed, where very few users are not able to fit the HPD very well. Therefore, in this study the removal was limited to not more than 30% of the effect on the NRRsf value. In this study, case 1 shows clearly that by observing the statistical distribution, calculated for each group of 10 subjects and repeated 100,000 times, it is possible to detect the extent to which the results deviate from a Gaussian distribution. Cristal Ball software was then used to identify the contribution of each subject to the NRRsf. The removal of only two subjects in case 1 increased the NRRsf from 15 to 19 dB and decreased the standard deviation from 3 to 1dB.

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Table 4: Case1 after removing the outliers (subjects 3 and 14), showing that the NRRsf increased from 15 to 19 dB and the standard deviation decreased from 3 to 1 dB.

Case Study 2: Noise in the vicinity of an airport Figure 3 shows a typical example of a residential area exposed to aircraft noise near an airport.

Figure 3: Aircraft noise in the vicinity of an airport A study was carried out in a residential area near an airport. Twenty subjects were interviewed and each was given 7 questions, as follows: 1. Considering approximately the past hour, how much did aircraft noise as a whole bother, disturb or annoy you?

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Please give a rank between extremely annoying (zero) and not at all (10) 2. How much does aircraft noise disturb you when you are watching TV? Please give a rank between extremely disturbing (zero) and not at all (10) 3. How much does aircraft noise disturb you during conversations? Please give a rank between extremely disturbing (zero) and not at all (10) 4. How loud was the last aircraft sound? Please give a rank between extremely loud (zero) and not loud at all (10) 5. How much does aircraftnoise disturb you during reading? Please give a rank between extremely disturbing (zero) and not at all (10) 6. How much does aircraft noise disturb you when you are sleeping? Please give a rank between extremely disturbing (zero) and not at all (10) 7. Would you like to move away from the airport to avoid aircraft noise and if so how far would you like to be? Please give a rank between I would like to be very near to the airport (e.g. because it is cheaper) (zero) and very far away (zero) These seven questions were applied to 20 subjects choosing randomly a residential area around an airport. The scores obtained are shown in Table 5. Note that a low score for the responses means that the noise is very annoying. Table 5: Scores for the responses of 20 subjects to the 7 questions. Questions 1 2 3 4 5 6 7 1.0 3.0 5.0 2.0 4.0 3.0 65.0 Subject 1 3.0 5.0 2.0 1.0 3.0 2.0 2.0 Subject 2 1.0 2.0 4.0 5.0 3.0 6.0 2.0 Subject 3 3.0 2.0 1.0 5.0 2.0 5.0 1.0 Subject 4 3.0 4.0 5.0 5.0 2.0 3.0 1.0 Subject 5 1.0 4.0 5.0 3.0 2.0 3.0 1.0 Subject 6 2.0 3.0 5.0 4.0 5.0 4.0 5.0 Subject 7 9.0 8.0 9.0 7.0 9.0 9.0 10.0 Subject 8 3.0 3.0 4.0 5.0 4.0 6.0 3.0 Subject 9 2.0 2.0 4.0 3.0 6.0 4.0 5.0 Subject 10 3.0 4.0 5.0 1.0 2.0 3.0 3.0 Subject 11 1.0 1.0 3.0 2.0 4.0 3.0 5.0 Subject 12 2.0 5.0 3.0 1.0 4.0 6.0 2.0 Subject 13 1.0 4.0 5.0 6.0 2.0 3.0 3.0 Subject 14 2.0 3.0 5.0 3.0 4.0 5.0 2.0 Subject 15 10.0 9.0 9.0 8.0 10.0 10.0 1.0 Subject 16 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 3.0 Subject 17 2.0 2.0 3.0 3.0 4.0 4.0 5.0 Subject 18 2.0 3.0 2.0 3.0 2.0 4.0 5.0 Subject 19 1.0 3.0 2.0 4.0 5.0 2.0 1.0 Subject 20

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Analysis carried out applying the Bootstrap statistical technique using Crystal Ball software for the data shown in Table 5 provided the results given in Figure 6. The mean value obtained was 2.2 and the standard deviation was0.5. Three peaks were observed in the statistical distribution. Also, two subjects (S21 and S13) were identified as having contributions of 58.3% and 33.2%, respectively. Table 6: Bootstrap statistical results

The two above-mentioned subjects were removed and the analysis applying the Bootstrap statistical technique was repeated. For the new results without these two outliers the mean value was 1.4 and the standard deviation was 0.1, while the statistical distribution was very close to normal as shown in table 7. Therefore, in this case, on identifying the outliers and removing them the mean decreased from 2.1 to 1.4 and the standard deviation from 0.5 to 1.0

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Table 7: Case 2 after removing the outliers.

Case 2 shows clearly that by observing the statistical distribution, calculated for each group of 10 subjects out of a total of 20 subjects, with 100,000 repetitions, it was possible to detect the normality of the results and the deviation from a Gaussian distribution. The Cristal Ball software could then be used to identify the contribution of each subject and detect two subjects with a large contribution to the final results. By removing these two outliers, the final results obtained better represent the real situation (a high level of annoyance). Case Study 3: Product sound quality evaluation Three different brands of hair dryers of 1100 watts each were evaluated in terms of noise quality. Special sound quality equipment for recording and playback, called “NoiseBook” produced by Head Acoustics, was used to record binaurally the noise and play it back to an evaluation jury (see Figure 4). The sound quality metrics parameters calculated were the sound pressure levels in dB and dBA, the loudness and the sharpness (see Figure 5).

Figure 4: Binary recording of sound using NoiseBook.

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Figure 5: Sound quality parameters, dB, dBA, loudness and sharpness for the three hairdryers tested. The results for the measurements shown in Figure 5indicate that hairdryer A is probably the least noisy, follow by C and then B. The difference between B and C is very small and these two hairdryers can thus be graded as similar. A subjective evaluation was carried out, using a panel of 20 women. Each answered the following three questions: 1- After listening through the binaural headset to the sound of each hairdryer (A, B and then C) please select a score between zero (low noise) to 10 (very noisy). 2- After listening through the binaural headset to the sound of each hairdryer (A, B and then C) please select a score between zero (I would like to purchase it) to 10 (I would not like to purchase it). 3- After listening through by the binaural headset to the sound of each hairdryer (A, B and then C) please select a score between zero (very efficient dryer) to 10 (very inefficient dyer). Table 8 shows the scores of subjective evaluations.

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Table 8: Scores selected by the 20 subjects for the three questions. Hairdryer/ Question

A

B

C

Q1

Q2

Q3

Q1

Q2

Q3

Q1

Q2

Q3

Subject 1 Subject 2 Subject 3 Subject 4 Subject 5 Subject 6 Subject 7 Subject 8 Subject 9 Subject 10 Subject 11 Subject 12 Subject 13 Subject 14 Subject 15 Subject 16 Subject 17 Subject 18 Subject 19 Subject 20

1.0 10.0 1.0 3.0 3.0 1.0 2.0 1.0 3.0 2.0 3.0 1.0 2.0 1.0 2.0 1.0 2.0 2.0 2.0 2.0

2.0 9.0 2.0 2.0 4.0 4.0 3.0 2.0 3.0 2.0 4.0 1.0 0.0 4.0 3.0 2.0 3.0 2.0 3.0 2.0

3.0 9.0 3.0 1.0 5.0 5.0 1.0 3.0 1.0 4.0 0.0 3.0 3.0 0.0 1.0 1.0 1.0 3.0 0.0 3.0

3.0 2.0 3.0 10.0 1.0 1.0 2.0 1.0 3.0 2.0 3.0 1.0 2.0 1.0 2.0 1.0 2.0 9.0 2.0 2.0

4.0 3.0 2.0 9.0 1.0 3.0 0.0 2.0 0.0 1.0 1.0 0.0 0.0 3.0 0.0 2.0 4.0 8.0 3.0 0.0

3.0 1.0 1.0 10.0 3.0 2.0 1.0 3.0 1.0 4.0 0.0 3.0 3.0 0.0 1.0 1.0 1.0 10.0 0.0 3.0

1.0 2.0 3.0 4.0 10.0 2.0 1.0 1.0 2.0 3.0 4.0 0.0 2.0 1.0 1.0 0.0 10.0 0.0 1.0 3.0

0.0 3.0 2.0 1.0 9.0 1.0 0.0 2.0 0.0 1.0 1.0 0.0 0.0 2.0 0.0 2.0 9.0 2.0 3.0 0.0

3.0 1.0 1.0 2.0 9.0 2.0 1.0 3.0 1.0 4.0 0.0 3.0 3.0 0.0 1.0 1.0 10.0 1.0 0.0 3.0

Table 8 shows the results obtained from the Bootstrap calculation for the statistical distribution, mean and standard deviation and the contribution of outlier subjects in the case of hairdryers A.

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Table 9: Bootstrap statistical results for hairdryer A with outliers (top curve) and without outliers (bottom curve).

From the results shown in table 9, it can be observed that after removing the outliers, the mean score for the best hairdryer (A) was 1.1 with a standard deviation of 0 (lowest average). Hairdryers B and C appear to be similar with mean values of 1.2 and 1.5, respectively. Once again, in this example, the potential of the Bootstrap technique to identify outliers and demonstrate their contribution to the final results was verified.

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Case Study 4: Traffic noise and sleep disturbance

Figure 6: Traffic noise near residential areas Noise is perceived by a specific auditory system in humans. It is therefore a phenomenon which is sensed and evaluated by everybody and this is why exposure to noise is one of the most common complaints, if not the most frequent complaint, of populations living in large cities. In these areas and their surroundings the sources of noise most frequently cited are traffic, followed by neighborhood noise and aircraft noise. Sleep is a physiological state that needs to be properly achieved to allow a living organism to recuperate normally. This state is sensitive to environmental factors that can interrupt it or reduce its duration. Ambient noise, for example, is comprised of external stimuli that are processed by a sleeping personâ&#x20AC;&#x2122;s sensory functions, with a non-conscious perception of their presence. Over the past 30 years, research into environmental noise and sleep has focused on different situations and environments and therefore the findings are variable. In this regard, some fundamental questions remain to be answered regarding the perception of noise by communities living near heavy traffic. A large number of subjective studies have been published in the literature, but again subjective evaluations lead to large standard deviations due to extreme responses by some subjects. A high class residential area in the city of Florianopolis, Santa Catarina State, in the south of Brazil was evaluated for sleep disturbances. This residential area has eight traffic lanes, and the residents mostly overlook a water front and a leisure walking track and cycle lane. The high density of the traffic results in sleep disturbance within the community. Research was carried out through interviews with community members who answered a questionnaire with the following five questions: 1- Do you suffer sleep disturbance due to traffic noise? Please give a rank between extremely difficult to sleep (zero) and easy to sleep (10)

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2- Do you have trouble conversing at home because of traffic noise? Please give a rank between extremely difficult to converse (zero) and easy to converse (10) 3- Do you have problems listening to TV programs at home because of traffic noise? Please give a rank between extremely difficult to listen (zero) and easy to listen (10) 4- Do you experience problems doing homework or studying because of traffic noise? Please give a rank between extremely difficult to study (zero) and easy to study (10) 5- Do you have a problem relaxing and thinking because of traffic noise? Please give a rank between extremely difficult to relax (zero) and easy to relax (10) Table 10 shows the scores between zero and ten given by twenty subjects. A low score means high traffic noise. Questions 1 2 3 4 5 Subject 1 1.0 2.0 3.0 2.0 0.0 Subject 2 10.0 9.0 9.0 10.0 9.0 Subject 3 1.0 2.0 3.0 4.0 1.0 Subject 4 3.0 2.0 1.0 1.0 0.0 Subject 5 3.0 4.0 0.0 2.0 3.0 Subject 6 1.0 4.0 1.0 5.0 1.0 Subject 7 2.0 0.0 1.0 4.0 4.0 Subject 8 1.0 2.0 3.0 3.0 1.0 Subject 9 3.0 3.0 1.0 2.0 5.0 Subject 10 2.0 2.0 4.0 1.0 2.0 Subject 11 3.0 4.0 0.0 2.0 2.0 Subject 12 1.0 1.0 3.0 2.0 3.0 Subject 13 2.0 1.0 1.0 0.0 0.0 Subject 14 1.0 4.0 0.0 1.0 4.0 Subject 15 2.0 3.0 1.0 4.0 2.0 Subject 16 1.0 2.0 1.0 5.0 1.0 Subject 17 2.0 3.0 1.0 5.0 3.0 Subject 18 2.0 2.0 3.0 3.0 5.0 Subject 19 2.0 3.0 0.0 2.0 0.0 Subject 20 2.0 2.0 3.0 5.0 0.0 The data in Table 10 were fed into the Bootstrap framework, the mean values and standard deviations were calculated and the statistical distribution observed. The results identified the outliers and indicated their contribution. After removing the outliers, the statistical distribution became very close to Gaussian and the results were refined. Table 11 shows the statistical distribution and the contribution of the outliers and table 12 shows the statistical distribution after removing the outliers.

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Table 11: Bootstrap statistical results for traffic noise with an outlier and its contribution.

Table 12: Bootstrap statistical results for traffic noise without the outliers.

Once again, in this case applied to a high level of traffic noise, it was possible to remove an outlier through the use of Bootstrap and obtain better results.

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4. SUMMARY AND CONCLUSIONS This paper demonstrates that with the use of the Bootstrap statistical method it is possible to detect abnormalities in subjective data and after removing outliers the results show a normal statistical distribution with more accurate final estimates. Four case studies have been presented: noise attenuation measurements for a pre-molded plug hearing protector, the annoyance of noise from an airport as perceived by the community in a neighboring residential area, the evaluation of the sound quality of hairdryers and sleep disturbance due to traffic noise. This methodology can be used in many other cases involving the analysis of subjective sound perception.

5. ACKNOWLEDGMENTS This research was carried out with the support of the Brazilian funding bodies for research (CNPq, CAPES and FINEP) and the Laboratory of Personal Protection Equipment (LAEPI) of NR Consultancy Ltd. The technical support by Rodrigo Mazza from Honeywell, for the Bootstrap Statistical technique, is greatly appreciated. A special acknowledgment is due to Rafael Gerges for carrying out some of the calculations.

REFERENCES [1] Outliers in Statistical Data, Second Edition, Vic Barnett and Toby Lewis, John Wiley & Sons, 1994 [2] B. Efron; Bootstrap Methods: Another Look at the Jackknife, Ann. Statist. Volume 7, Number 1 (1979), 1-26. [3] Van Kempen EEMM, Van Kamp I. Annoyance from Air Traffic Noise. Possible Trends in Exposure-Response Relationships. RIVM; Bilthoven, The Netherlands: 2005. Report 01/2005 MGO EvK, Reference 00265/2005. [4] Miedema HME, Oudshoorn CG. Annoyance from transportation noise: Relationships with exposure Metrics DNL and DENL and their confidence intervals. Environ. Health Perspect. 2001;109:409â&#x20AC;&#x201C;416. [5] ANSI S12.6- 2008 - Methods for Measuring the Real-Ear Attenuation of Hearing Protectors. [6] ISO 4869, 1-5, Acoustics -- Hearing protectors.

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Evolución del marco normativo internacional en acústica de la edificación M. Machimbarrenaa, B. Rasmussenb & P. Faustic a

Dpto. Física Aplicada, ETS Arquitectura, Universidad de Valladolid, Avenida de Salamanca s/n 47014 Valladolid España, mariao@opt.uva.es b SBi, Danish Building Research Institute, Aalborg University (AAU-CPH), Copenhagen, Denmark c Engineering Department, University of Ferrara; Via Saragat 1, 44100 Ferrara (FE), Italy

RESUMEN: Por fin en pleno siglo XXI la sociedad es consciente de la necesidad de incluir los conceptos de sostenibilidad y eficiencia energética en el sector de la edificación. Gracias a que existe un amplio consenso internacional, la mayor parte de los países desarrollados han establecido fechas límite a partir de las cuales todos los edificios nuevos deberán tener un consumo de energía casi nulo y para ello están desarrollando políticas y medidas financieras orientadas a cumplir los objetivos previstos. Así mismo, existe una gran preocupación a nivel internacional sobre el problema de la contaminación acústica desde el punto de vista medioambiental y también se han desarrollado políticas y medidas financieras destinadas conocer, valorar y mitigar el problema del ruido ambiental. En Europa las Directivas 2010/31/UE relativa a la eficiencia energética de los edificios y 2002/49/CE sobre evaluación y gestión del ruido ambiental desarrollan la política comunitaria en ambos aspectos. Sin embargo, el ruido en nuestras viviendas parece ser un tema “olvidado”. Si se observa el panorama internacional, existen muchos países en los que actualmente no existe legislación al respecto, y la que existe difiere sensiblemente de unos países a otros. Es precisamente el problema del ruido en las viviendas lo que ha motivado que tanto desde la red COST TU0901 (http://www.costtu0901.eu/) como desde el Comité ISO TC43/SC2 (acústica en la edificación) se esté investigando acerca de procedimientos alternativos de medida y evaluación del aislamiento acústico así como sobre la posible creación de un sistema de clasificación acústica de viviendas que pudiera ser adoptada a nivel internacional. Se trata pues de motivar el debate sobre la conveniencia de desarrollar políticas comunes en materia de Acústica de Edificios que pudieran ser integradas con las directrices relativas a la eficiencia energética de edificios y que a la postre redundaran en un beneficio a la sociedad y al ciudadano tanto en lo que a consumo energético respecta como en lo relativo a salud, confort y bienestar en el hogar.

KEYWORDS: Acústica de edificios, aislamiento acústico, normativa.

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1. ANTECEDENTES A mediados del siglo XX se planteaba por primera vez una inquietud en el ámbito internacional con respecto al ruido en los edificios y la necesidad de proteger a los usuarios frente al mismo. Es por ello que en 1960 se publica la primera normativa internacional relativa a la medida, tanto en laboratorio como in situ, del aislamiento a ruido aéreo e impacto: ISO Recommendation 140 [1]. Con el tiempo, y en función de los avances tecnológicos y las necesidades, la normativa evolucionó en forma de distintas versiones hasta que en 2006 existían hasta 18 partes diferentes que regulaban otros aspectos como fachadas, ruido debido a la lluvia, cómo medir mejoras al aislamiento debida a trasdosados o recubrimientos, transmisiones laterales etc. [2,3] La estructura y contenidos de la serie ISO 140 había pasado de un único documento de 11 páginas en 1960 a 18 documentos de aproximadamente 500 páginas en conjunto. Este hecho, junto con el nacimiento de nuevas normas dedicadas a caracterizar la transmisión por flancos [4], estimar el aislamiento de los elementos constructivos [5] y desarrollar nuevas técnicas de medida [6] motivó la revisión profunda de la serie ISO 140. El ISO TC43/SC2 acordó por tanto en 2006 abordar la revisión de la normativa de medida de aislamiento acústico (serie ISO 140). La primera fase de dicha revisión se centró en la revisión y actualización de todas las normas de medida de aislamiento acústico en laboratorio, las cuales fueron agrupadas en una nueva serie ISO 10140 [3,7] publicada en 2010. La normativa de medida in situ, se agrupará en la nueva serie ISO 16283 cuya parte 1 (ruido aéreo) ha sido aprobada recientemente [8]. La parte 2 (ruido de impacto) [9] verá la luz en los próximos meses y la parte 3 (fachadas) [10] se encuentra en proceso de revisión. Las partes 1, 2 y 3 de esta nueva serie sustituirán a las actuales ISO 140-4, ISO 140-7 e ISO 140-5 respectivamente. La ISO 140-14 también quedará incluida en las distintas partes de la serie ISO 16283. Tabla 1: Reestructuración de la serie ISO 1401 ISO 140-1 ISO 140-3 ISO 140-6 ISO 140-8 ISO 10140 ISO 140-10 partes 1 a 5 ISO 140-11 ISO 140-16 ISO 140-18 ISO 140-4 ISO 140-5 ISO 140-7 ISO 140-14

ISO 16283 partes 1 a 32

ISO 140-9 ISO 140-12

ISO 10848 parte 2

ISO 140-2

ISO 12999-1

1

La norma ISO 140-13 fue revisada y cancelada por la ISO 140-14:2004/Cor 1:2007. Las partes 15 y 17 nunca fueron publicadas y se incorporaron como revisiones a la ISO 140 1-3 e ISO 10848 respectivamente. 2 Parte 1 recién publicada. La parte 2 se publicará próximamente y la parte 3 se encuentra en desarrollo.

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Por lo que respecta a la ISO 140-2 relativa a la incertidumbre asociada a las medidas de aislamiento, recientemente se ha sustituido por la ISO 12999 [11]. Paralelamente, en el ámbito internacional han surgido nuevas inquietudes tales como la clasificación de productos de construcción, sostenibilidad de la edificación y cuestionamiento acerca de la idoneidad y variedad de descriptores objetivos de aislamiento acústico existentes. Por ejemplo, en algunos países del norte de Europa, los parámetros que caracterizan el aislamiento acústico de los elementos de construcción y/o de los elementos constructivos se evalúan considerando el comportamiento acústico de los mismos desde 50 Hz mientras que la normativa de medida [2,7] y evaluación del aislamiento [12] hasta ahora no incorpora procedimientos por debajo de 100 Hz, excepto en forma de recomendaciones. Por otra parte cabe señalar que ya en 2010, Rasmussen [13,14] denunciaba la gran variedad de descriptores de aislamiento existentes, valores límites exigidos y la necesidad de investigar en este campo con el fin de proponer nuevos descriptores de aislamiento armonizados que incorporaran debidamente las recientes y crecientes demandas de la sociedad. Así mismo puso en evidencia la disparidad y escasez de esquemas de clasificación acústica de viviendas existentes en Europa [14] provocando el debate al respecto. Tanto desde los organismos responsables de normalización, ISO TC43/SC2, como desde muy diversas instituciones y organizaciones se está trabajando para revisar la normativa a partir de la cual se pasa de valores medidos o estimados en frecuencias a valores únicos [12] que son los comúnmente manejados por proyectistas, constructores, legisladores y usuarios finales. En concreto, desde el grupo de trabajo COST TU0901 [15] se ha trabajado a lo largo de un periodo de 4 años para elaborar una propuesta de indicadores de aislamiento acústico consensuados entre un gran número de expertos así como una propuesta preliminar de esquema de clasificación acústica que pudiera ser adoptada a nivel internacional conforme cada país fuera desarrollando su propia legislación en materia de aislamiento acústico. Esta propuesta ha servido de base para la creación de un nuevo grupo de trabajo ISO TC43/SC2/WG 29 “Acoustic classification scheme for buildings" como se explicará más adelante.

2. ¿POR QUÉ ARMONIZAR DESCRIPTORES? 2.1 Descriptores posibles de acuerdo a ISO 717 y equivalencias Los descriptores de aislamiento acústico tratan de resumir en un valor único el comportamiento de las diversas soluciones constructivas. Sin embargo el aislamiento acústico es función de la frecuencia y por tanto se estima y mide bien en octavas o tercios de octavas. El hecho de convertir una información expresada en frecuencias en un valor global, conlleva algún tipo de hipótesis, que hará que el valor global resultante refleje en mayor o menor medida la realidad que se desea representar, en este caso el aislamiento. Según la normativa internacional en vigor, el procedimiento normalizado para calcular el valor global consiste en comparar la curva de aislamiento medida o estimada con una curva de referencia dada siguiendo un determinado procedimiento. El valor global obtenido por este procedimiento se identifica con el subíndice “w” [12]. Por lo que respecta a ruido aéreo y fachadas, la normativa incluye el cálculo de los denominados “términos de adaptación espectral” C y Ctr que dan cuenta respectivamente de cómo variarían los valores globales en el caso de que la fuente de ruido fuera predominantemente de un tipo (ruido rosa) o con más peso en bajas frecuencias (ruido de tráfico). Para ruido de impacto se introduce el cálculo del término de adaptación espectral CI para evaluar el comportamiento del forjado ante estímulos con alto contenido en bajas frecuencias. Otro procedimiento cada vez más utilizado es efectuar una ponderación espectral basada en las curvas normalizadas de ruido rosa y de ruido de automóviles, ponderadas A,

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eligiendo el rango de frecuencias de interés para la realización de la ponderación. Por ejemplo para el caso de querer calcular el valor global de una diferencia de niveles estandarizada medida entre 50 y 5000 Hz, se podrían calcular:

(1)

(2)

Donde en las ecuaciones (1) y (2) el subíndice “k” alude a cada banda de tercio de octava y los valores LA,k y LAtr,k se corresponden con las curvas normalizadas de ruido rosa y de automóviles, ponderadas A, respectivamente. El rango de frecuencias utilizado, por ejemplo, en España cuando se trabaja con ruido aéreo y/o fachadas es entre 100 y 5000 Hz, pero esto no es así en general, como se observará más adelante. Está demostrado [16–18] que al sumar los términos de adaptación espectral C y Ctr a los valores globales de aislamiento obtenidos por el procedimiento normalizado, los resultados son prácticamente idénticos a los obtenidos cuando se efectúa una ponderación espectral basada en las curvas normalizadas de ruido rosa y de ruido de automóviles ponderadas A, siempre y cuando el rango de frecuencias utilizado en ambos casos sea el mismo. Es decir, se cumple por ejemplo: Rw + C50-5000 ≈ RA 50-5000 Rw + Ctr 50-5000 ≈ Rtr 50-5000

Rw + C100-3150 ≈ RA 100-3150 Rw + Ctr 100-3150 ≈ Rtr 100-3150

Es precisamente la posibilidad de determinar los términos de adaptación espectral, entre otras cosas, lo que diversifica la oferta de indicadores de aislamiento acústico hasta límites insospechados. Tabla 2: Oferta de indicadores de aislamiento según ISO 7173 [13] ISO 717:2013  Descriptores para la  evaluación in situ del  aislamiento acústico  Descriptores básicos  (valores numéricos  únicos)  Términos de adaptación  espectral     Número total de  descriptores 

3

Aislamiento a ruido  Aislamiento  a ruido  aéreo entre recintos aéreo de fachadas  (ISO 717‐1)  (ISO 717‐1)  R'w  Dn,w  DnT,w  Sin corrección  C  C50‐3150  C100‐5000  C50‐5000  3 x 5 = 15 

R'45,w D2m,n,w  D2m,nT,w  Sin corrección  C  Ctr  C50‐3150  Ctr,50‐3150  C100‐5000  Ctr,100‐5000 C50‐5000  Ctr,50‐5000  3 x 9 = 27 

Nivel de ruido de  impacto  (ISO 717‐2)  L'n,w  L'nT,w  Sin corrección  CI  CI,50‐2500  2 x 3 = 6 

Para fachadas incluso se puede ampliar la oferta si se consideran los parámetros medidos según ISO 140-5

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La tabla 2 resume los indicadores que, de acuerdo a la normativa vigente (ISO 717-1 y 2), pueden ser utilizados para evaluar el aislamiento acústico a ruido aéreo, de fachadas e impacto. Como se puede observar, hay hasta 15 opciones para ruido aéreo, 27 para fachadas y 6 para impacto. Una oferta tan extensa no es compatible con el actual proceso de globalización en el que todos los sectores implicados en el producto “edificio” cada vez más necesitan hablar y entender un mismo lenguaje, tanto proyectistas, arquitectos, fabricantes de productos de construcción, legisladores y usuarios finales. 2.2 Importancia de los términos de adaptación espectral Según se deduce de la tabla 2, la gran diversidad de la oferta viene motivada en gran parte por la posibilidad de calcular los términos de adaptación espectral en distintos rangos de frecuencias. En la mayor parte de los países en los que existe normativa de obligado cumplimiento en materia de aislamiento acústico, los valores regulados se determinan a partir de 100 Hz. Sin embargo el uso de materiales de construcción cada vez más ligeros y con prestaciones acústicas a bajas frecuencias algo más bajas de lo habitual, ha motivado el debate sobre la necesidad de incluir el comportamiento de las soluciones constructivas por debajo de 100 Hz a la hora de calcular los valores globales correspondientes. Esto, que a priori parece razonable y trata de defender los intereses del usuario final, no es una decisión baladí y en ocasiones puede llegar a ser contraproducente. Las figuras 1 (medida en laboratorio) y 2 (medida in situ) muestran dos casos reales en los que el uso de los términos de adaptación espectral modifica significativamente el valor global asociado a la solución constructiva, y no en todos los casos es obvio que esa modificación beneficie al usuario final.

R [dB]

dB

Curva de referencia (ISO 717‐1)

80 70

RW

56

60

C100‐3150

‐4

C50‐3150

‐12

C50‐5000

‐11

C100‐5000

‐4

50 40 30 20 10 63

125

250

500

1000 2000

4000 Hz

Figura 1: Índice de reducción sonora y términos de adaptación espectral para una pared ligera de placas de yeso(en dB)

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L'n   con techo suspendido [dB] dB

L'n   sin techo suspendido [dB]

80 70

Con techo suspendido 

L’n,W

45

Cl,100‐2500

4

Cl,50‐2500

14

Sin techo suspendido 

60 50 40

L’n,W

55

Cl,100‐2500 

‐2

Cl,50‐2500

3

30 20 10 63

125

250

500

1000 2000 4000 Hz

Figura 2: Nivel de presión de ruido de impacto normalizado y términos de adaptación espectral para un forjado de madera con y sin techo suspendido (en dB). [19] La solución constructiva mostrada en la figura 1 no presenta buen aislamiento a ruido aéreo a bajas frecuencias y esto se ve corregido por el término C calculado en el rango de frecuencias que interese. Obsérvese que el índice de reducción sonora RA100-3150 ≈ Rw + C100-3150 = 52 dB, mientras que RA50-3150 ≈ Rw + C50-3150 = 44 dB. El hecho de modificar el rango de frecuencias empleado para calcular el término de adaptación espectral llega a modificar el valor del descriptor de aislamiento en 8 dB. Por otra parte, la figura 2 representa dos soluciones de forjado de madera con y sin falso techo suspendido ensayadas in situ. Como se puede ver, la inclusión del falso techo empeora ligeramente el comportamiento a bajas frecuencias y lo mejora a medias y altas. El término de adaptación espectral CI refleja el mal comportamiento a bajas frecuencias pero sin embargo, para el caso con falso techo, ignora la mejora introducida a frecuencias medias y altas. Esto se acentúa cuando se considera el término CI ,50-2500, calculado desde 50 Hz. No hay duda que en este caso el aspecto subjetivo y el tipo de fuente de impacto son determinantes para poder decir cuál es el mejor resultado entre los dos y si debe tenerse en consideración el término de adaptación espectral. 2.3 Uso de los descriptores en Europa y Latinoamérica Como se ha comentado en el apartado 2.1, la oferta de descriptores de aislamiento acústico es muy amplia y desafortunadamente, a la hora de legislar, no todos los países en los que existe legislación han optado por limitar el mismo descriptor. Existe abundante literatura en la que se exponen y comparan los descriptores y límites existentes en Europa [13,14,20]. La tabla 3 resume cuántos países usan alguno de los indicadores posibles.

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Tabla 3: Descriptores de aislamiento acústico utilizados en la normativa que regula las exigencias en 30 países en Europa. Junio 2013 [21]   Nº de países  16  3  1  6  2  1  1  ? 

Ruido aéreo  Ruido de Impacto   Descriptor  Nº de países  Descriptor  R'w  18  L’n,w   R‘w +  C  1  L’n,w + CI,50‐2500  R‘w + C50‐3150  8  L’nT,w  DnT,w  2  L’nT,w + CI  DnT,w + C  1  L’w   Variantes de los  DnT,A (≈ DnT,w + C)  ?  anteriores  DnT,w + Ctr   Variantes de los        anterior 

Por lo que respecta a los países de Latinoamérica, no existe mucha información de fácil acceso relativa a la normativa de aislamiento acústico en entornos residenciales. Se presenta a continuación datos de algunos países a título de ejemplo. En Argentina, por ejemplo, se encuentra en fase de revisión final la norma IRAM 4044 [22] que estable los valores mínimos de aislamiento a ruido aéreo y fachadas y máximos de nivel de ruido de impacto. En el borrador que actualmente se está debatiendo, se propone así mismo dos niveles distintos de protección frente al ruido, denominados Escala I y Escala II, siendo la I, el mínimo exigible y la II un nivel de protección ligeramente superior. Los valores exigidos varían en función de los espacios que se delimitan. Los descriptores elegidos en este caso son R’w, L’n,w y D2m,nT,w. A título de ejemplo se presenta en la tabla 4 algunos de los valores: Tabla 4: Argentina. Extracto de alguno valores límite propuestos en el documento de revisión de la norma IRAM 4044 (en fase de revisión final) Descripción

Escala I  R’w (dB) 

Escala II Escala I Escala II R’w (dB)  L’n,w (dB) L’n,w (dB)

VIVIENDAS MULTIFAMILIARES Entre viviendas linderas  ≥ 50 ≥56 ≤ 53 Entre viviendas y lugares públicos  ≥ 50 ≥56 ‐ Entre departamentos y espacios de uso común  ≥ 54 ≥60 ≤ 53 …….. (existen muchos más supestos)  HOSPEDAJE Entre habitaciones  ≥ 47 ≥53 ≤ 53 ………  SALUD Entre habitaciones o consultorios entre sí  …………  FACHADAS Cerramiento opaco  Cerramiento vidriado (hasta 20% del cerramiento       

≤ 39 ‐ ≤ 39 ≤ 46

Escala I  D2m,nT,w  (dB) 

Escala II  D2m,nT,w  (dB) 

‐ ‐  ‐ 

‐ ‐  ‐   

 

 

 

 

≥ 53 ≥ 36 

≥59 ≥42

En Méjico, las NMX /NOM son de aplicación voluntaria. Por lo que respecta a las condiciones acústicas de la vivienda, existe una norma [23] que regula los valores máximos permisibles en el interior de distintos recintos en función del uso de las mismas y del horario, con el fin de cumplir con unas condiciones de confort acústico mínimas. La tabla 5 muestra un resumen de los valores máximos permitidos en los locales con mayores necesidades de aislamiento en el caso del horario diurno (de 8-22), aunque la norma no especifica qué tipo de parámetro se regula. La norma contempla muchos más escenarios y horario nocturno.

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Tabla 5: Méjico. Valores máximos permitidos en los locales con mayores necesidades de aislamiento en el caso del horario diurno (de 8-22) en dB.[23] Residencial Sanatorios y Hospitales Docente Administrativo/Oficinas Dormitorios Estancias Dormitorios Aulas Sala Oficinas Despachos Lectura 40 45 30 40 35 45 40 Esta misma norma regula así mismo los valores mínimos de atenuación acústica RA,tr de vidrios y/o ventanas en función del tipo de ventana, la superficie del vidrio, el tipo de estancia en la que se encuentra y el nivel de ruido exterior Ld. A título de ejemplo cabe señalar que si se trata de un dormitorio en una vivienda particular (uso residencial privado) y el Ld< 60 dB, se exige que la ventana tenga un RA,tr > 20 dB independientemente del área de la ventana. No existe legislación respecto al aislamiento acústico a ruido aéreo e impacto requerido a las soluciones constructivas ni por tanto parámetro que regule las exigencias. En Méjico existe así mismo normativa que regula los niveles máximos de emisión de fuentes fijas en función del tipo de emisor, entorno y horario [24,25] así como de vehículos en general. En Brasil no existe ninguna ley de que regule el aislamiento a ruido aéreo e impacto, sin embargo existe una norma brasileña [26], que establece los valores mínimo exigibles a las fachadas, los cuales oscilan entre 20 dB < D2m,nT,w < 30 dB en función del nivel de ruido del espacio exterior (menos o más ruidoso). En Bolivia no existe normativa relacionada con el aislamiento acústico en la edificación, aunque sí existe legislación relacionada con el ruido ambiental orientada a preservar y mantener la salud de los ciudadanos [27–29]. En Chile, la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones [30] dedica el Título 4 (de la Arquitectura), Capítulo 1 (de la habitabilidad), Artículo 4.1.6 a especificar las condiciones de aislamiento acústico exigibles a los elementos constructivos y cómo verificar el cumplimiento de las exigencias. Establece como valores mínimos de aislamiento a ruido aéreo entre viviendas en general valores de Rw ≥ 45 dBA y niveles de presión de ruido de impacto normalizado Ln ≤ 75 dB, valores que no han sido actualizados desde Enero de 2006. La Ordenanza no incluye ninguna exigencia acústica para las fachadas. Por lo que respecta a la verificación del cumplimiento, la ordenanza es algo ambigua, permitiendo demostrar dicho cumplimiento bien utilizando alguna de las soluciones inscritas en el Listado Oficial de Soluciones Constructivas para el Aislamiento Acústico del Ministerio de Urbanismo y Vivienda, bien mediante informes de Ensayo (medidas de aislamiento acústico en laboratorio) o informes de Inspección (medidas de aislamiento realizadas in situ) A pesar de disponer información de muy pocos países de momento, se puede concluir que en Iberoamérica en general existe poca legislación relativa al aislamiento acústico de los edificios y, al igual que ocurre en Europa, los descriptores y límites exigidos son diferentes entre unos países y otros. Sería conveniente, en lo posible, unificar criterios al menos respecto a los descriptores a utilizar y en un futuro caminar hacia una convergencia en materia de aislamiento acústico en la edificación. 2.4 Propuestas preliminares y futura revisión ISO 717 Tanto en el seno de ISO como desde el proyecto COST TU0901 se ha trabajado en lanzar alguna propuesta de indicadores y de procedimiento de evaluación de valores globales que pudiera ser comúnmente aceptada. Son muchos los trabajos publicados en los últimos

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años en esta línea, entre los cuales cabe destacar las propuestas realizada por el coordinador del grupo de trabajo en ISO encargado de actualizar la ISO 717 [31]. Esta propuesta sin embargo no ha salido adelante por el momento y se ha pospuesto la modificación de la norma ISO 717 en espera de más resultados científicos sobre la necesidad, efectos y forma de incorporar el comportamiento de las soluciones constructivas a bajas frecuencias en el cálculo de los valores globales de aislamiento [32–34]. En todo caso, como fruto del trabajo de COST TU0901 se ha redactado una propuesta de indicadores [35] así como una propuesta de traducción entre los descriptores existentes y los propuestos [36]. Como se ve en la tabla 4, se propone mantener la posibilidad de determinar los valores únicos desde 50 Hz o desde 100 Hz, aunque se hace la recomendación de converger a un único parámetro evaluado desde 50 Hz en las sucesivas modificaciones de normativa que se emprendan.

Tabla 4: Resumen descriptores propuestos COST TU 0901 [35]

3. SUSTITUCIÓN DE ISO 140-4 POR ISO 16283-1 Ante la perspectiva de que en un futuro el cálculo de los valores globales de aislamiento incorpore los valores en las bandas de tercio de octava por debajo de 100 Hz, era necesario adaptar la normativa de medida de forma que incorporara un procedimiento válido para aquellas situaciones en las que el campo no puede considerarse difuso, solventando también el problema de la medida del tiempo de reverberación a bajas frecuencias. Desde hace casi dos décadas existen propuestas de procedimientos para realizar medidas de niveles de presión en habitaciones por debajo de 100 Hz [37] y desde entonces ha habido numerosas publicaciones orientados al estudio del comportamiento de los cerramientos y el campos sonoro en habitaciones a bajas frecuencias [38–42]. El conjunto de estos y otros estudios ha dado lugar a alguna de las propuestas que hoy se encuentran en la serie ISO 16283. El objetivo de la serie ISO 16283 es por lo tanto el de solventar los vacíos que las normas ISO 140-4, 5 y 7 presentaban por lo que respecta a la medida del aislamiento en situaciones en las que el campo no es difuso y así como mejorar el procedimiento de medida con el objetivo de reducir la incertidumbre. En las situaciones en las que se estima que el campo no es difuso, se introduce un protocolo de medida específico que es de uso obligado sólo en salas cuyo volumen sea menor de 25 m3 y sólo cuando se desee registrar los datos de medida por debajo de 100 Hz. La elección del volumen 25 m3 es de compromiso; de hecho el problema de no existencia de campo difuso a bajas frecuencias también se da en salas más grandes y lo que se ha tratado con esta elección es de reducir el número de situaciones en las que el uso del procedimiento específico de bajas frecuencias es necesario. El Anexo D de la antigua ISO 140-4, establece que cuando se trata de medir hasta 50 Hz, hay que aumentar el número de posiciones de fuente y de micrófonos, las distancias mínimas y los tiempos de promedio. Indica así mismo

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que en todo caso no se puede esperar condiciones de campo difuso a bajas frecuencias para salas con volúmenes de menos de 50 m3. Así mismo, la norma ISO 16283 incorpora nuevas propuestas de escaneado manual para el muestreo del campo sonoro y solventa la medida del tiempo de reverberación a bajas frecuencias, proponiendo utilizar el valor del Tr medido en la octava de 63 Hz, para las tres bandas de tercio de octava de 50 Hz, 63 Hz y 80 Hz. 3.1 Procedimiento por defecto (novedades) Siempre que se trate de medidas en salas de más de 25 m3, el procedimiento de medida es bastante similar al descrito en la norma ISO 140 (aunque no idéntico). Por lo que respecta al muestreo espacial del nivel presión sonora, añade nuevas propuestas de escaneado manual. La figura 3 muestra los cuatro tipos de trayectorias de escaneo manual adicionales propuestos en la norma ISO 16283-1: Trayectoria circular, helicoidal, cilíndrica y en tres semicírculos, ya estudiadas previamente por Hopkins [43,44]. Este procedimiento no está especialmente indicado si el ruido de fondo es excesivamente variable en el tiempo que puede durar un escaneado (1 minuto si se quiere muestrear por debajo de 100 Hz).

Figura 3: Diferentes tipos de trayectorias de escaneo manual de micrófonos [8]  3.2 Procedimiento específico de bajas frecuencias El nivel de presión sonora promedio a bajas frecuencias se determina usando los datos obtenidos mediante alguno de los procedimientos “por defecto” junto con datos adicionales obtenidos mediante lo que se denomina “procedimiento específico de bajas frecuencias”. Este procedimiento obliga a medir (en salas de V<25 m3) en las esquinas de la sala (Fig. 4) y obtener lo que se denomina un nivel de presión en la esquina (Lesquina) para las banda de tercio de octava de 50, 63 y 80 Hz. El valor de Lesquina depende de si se usa un solo altavoz o varios simultáneamente. En todo caso, y para cada banda de tercio de octava, se debe medir el nivel de presión sonora en cuatro esquinas, dos de ellas en la parte superior de la sala y dos de ellas en la inferior. Fig. 4: Procedimiento medida esquina [8] Cuando están funcionando varios altavoces simultáneamente se toma como nivel de presión acústica de la esquina el mayor de los valores medidos en cada una de los tercios de octava (50, 63, 80 Hz), independientemente de en qué esquina se ha medido. Cuando funciona un único altavoz y se sitúa en varias posiciones, se determina el valor del nivel de presión acústica de esquina de cada banda de 50, 63 y 80 Hz, a partir de la ecuación (3):   

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(3)

Donde q representa el número de posiciones de fuente y cada uno de los sumandos del numerador se corresponde con el valor de nivel de presión sonora máximo obtenido de entre las cuatro esquinas en las que se haya medido, para la banda de tercio de octava de que se trate, en la “q-ésima” posición de fuente. Por último, para calcular el valor del nivel de presión sonora a bajas frecuencias, se combina el nivel de esquina Lesquina con el valor L obtenido en el tercio de octava correspondiente por el procedimiento elegido por defecto (micrófonos fijos, barridos automatizados, barridos manuales…) mediante la expresión:

(4)

En todos los casos se especifican distancias mínimas, tiempos de medidas, etc. Así mismo, por lo que respecta a la medida del tiempo de reverberación, la norma propone utilizar el tiempo de reverberación de la octava de 63 Hz, para las tres bandas de tercio de octava inferiores (50, 63 y 80 Hz) dada la dificultad de medida en tercios de octava. Las tablas 5 y 6 resumen, para un caso real dos habitaciones de 26,1 m3, los resultados obtenidos utilizando el procedimiento de bajas frecuencias junto con el procedimiento por defecto de puntos fijos o el de escaneado mediante tres semicírculos. Tabla 5: Escaneado mediante puntos fijos+ procedimiento esquinas. Frecuencia Hz

L1 [dB]

L1esq [dB]

L1LF [dB] L2 [dB]

L2esq [dB]

L2LF [dB]

50

84,4

88,9

86,4

49,9

54,7

52,1

63

86,0

92,6

89,4

50,5

57,1

53,9

80

88,0

98,0

94,0

44,6

48,6

46,4

Tabla 6: Escaneado mediante tres semicírculos + procedimiento esquinas. Frecuencia Hz

L1 [dB]

L1esq [dB]

L1LF [dB] L2 [dB]

L2esq [dB]

L2LF [dB]

50

85,3

88,9

86,8

46,9

54,7

51,1

63

84,8

92,6

89,1

48,5

57,1

53,4

80

86,8

98,0

93,9

41,1

48,6

45,2

Donde L1 se corresponde con el valor medio de nivel de presión sonora obtenido en la sala emisora por el procedimiento indicado, L1esq se corresponde con el valor resultante de la ecuación (3) usando dos posiciones de fuente, y L1LF, con el valor resultante de la ecuación (4). La misma nomenclatura aplica para L2, con la salvedad de que L2 lleva incorporada la corrección de ruido de fondo en los casos que ha sido necesario.

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Como se puede observar, los valores de esquina son siempre superiores a los obtenidos por el procedimiento por defecto, y al combinar ambos, el valor resultante para las bandas de tercio de octava inferiores resulta algo superior al que se hubiera obtenido si tan sólo se tuviera en cuenta el método de baja frecuencia. El hecho de añadir el muestreo específico de bajas frecuencias en las esquinas, por tanto, compensa la escasa distribución de modos propios a esas frecuencias, por lo que respecta al muestreo del campo sonoro, sin embargo esto no siempre se ve reflejado en la determinación del aislamiento. En aquellas situaciones en las que tanto la sala emisora como la receptora son de tamaños parecidos (y pequeños), la corrección del nivel de presión a bajas frecuencias se aplica en ambas salas y el resultado final de aislamiento apenas se ve afectado por tratarse esencialmente de una diferencia de niveles entre ambas salas. Las figuras 5 y 6 reflejan bien este punto excepto a 80 Hz, frecuencia para la cual el incremento de presión obtenido al medir en las esquinas en la sala receptora no es del mismo orden que el obtenido en la sala emisora y el aislamiento resultante a esa frecuencia “mejora” al incorporar el método específico por bajas frecuencias, lo cual, en el caso que nos ocupa, tiene poco sentido. Dada la escasa experiencia en el uso de esta norma y concretamente en el uso del procedimiento específico de bajas frecuencias, es interesante fomentar la investigación en esta línea.

Figuras 5 y 6: DnT - Método por defecto (puntos fijos/escaneado) y añadiendo la corrección utilizando el procedimiento específico de bajas frecuencias. 3.3 Otros cambios relevantes incluidos en la nueva ISO 16283-1 Además de lo anteriormente expuesto, la nueva ISO 16283 incorpora algunas especificaciones adicionales introducidas con el fin de minimizar los posibles errores de medida. Algunos de estos cambios pueden afectar directamente a procedimientos prácticos de medida. En caso de utilizarse un único altavoz y un micrófono, lo cual es lo más habitual en el caso de mediciones in situ, el procedimiento debe ser el siguiente: Se mide el nivel de presión sonora tanto en el recinto fuente como en el recinto receptor para la primera posición de

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altavoz. Se calcula el nivel de presión acústica promediado energéticamente en ambos recintos para la primera posición de altavoz y se realizan las correcciones por ruido de fondo necesarias. A continuación se calculan las diferencias de niveles o índice de reducción sonora para la primera posición de altavoz. Los niveles de ambos recintos deben medirse antes de mover el altavoz. Se cambia la posición de altavoz y se repite el procedimiento. Es decir las diferencias de niveles o índices de reducción sonora se calculan por separado para posición de altavoz y se promedian después para las distintas posiciones de altavoz. Sin embargo, en la antigua ISO 140-4 y su correspondiente parte de la ISO 140-14, los promedios energéticos del nivel de presión sonora tanto en la sala emisora como en la receptora se podían efectuar para distintas posiciones de altavoz. Esto puede ser de poca importancia si el ruido de fondo es despreciable, pero puede dar lugar a resultados distintos si el ruido de fondo afecta de forma diferente a las distintas posiciones de micrófono. Es más, con el fin de reducir al máximo el posibles efecto de la distribución modal de la sala cuando se mide usando posiciones fijas de micrófono, la ISO 16283 especifica que en ningún caso dos posiciones de micrófono pueden estar situadas en el mismo plano con respecto a los límites del recinto. Esto quiere decir que cada posición de micrófono debe seleccionarse modificando la altura del mismo y verificando la distancia a las paredes. Por lo que respecta a las posiciones de altavoz, aplican las mismas condiciones.

4. ESQUEMAS DE CLASIFICACIÓN ACÚSTICA DE EDIFICIOS Un esquema de clasificación acústica sirve para describir distintos niveles de calidad o “clases” por lo que respecta a protección frente a diversos tipos de ruido en las viviendas. 4.1 Usos y ventajas de los esquemas de clasificación acústica de viviendas Cuando compramos una lavadora, es habitual preguntar cómo está etiquetada respecto al consumo energético (A-G). En Europa es normativo que todas las viviendas que se vendan o alquilen cuenten con un Certificado de Eficiencia Energética el cual asigna una clase energética mediante el etiquetado análogo al del consumo (A-G) [45]. ¿Por qué no plantearse un Certificado de Eficiencia Acústica y su consecuente asignación de clase y etiquetado? ¿Qué ventajas reales aporta? • La clasificación acústica de viviendas es una potente herramienta para describir las condiciones acústicas y de protección frente al ruido tanto de viviendas de nueva construcción como ya existentes. Proporcionan información objetiva y normalizada acerca de las propiedades acústicas a los posibles usuarios ya en calidad de compradores o inquilinos. • Es así mismo una herramienta comercial y posible marca de calidad que los promotores y constructores pueden utilizar, garantizando una determinada calidad acústica de la vivienda. • Puede servir de herramienta para catalogar un edificio antiguo desde el punto de vista acústico antes y después de efectuarse una reforma. Este hecho puede propiciar el esfuerzo adicional que supone incorporar los conceptos de aislamiento acústico cuando se aborda una reforma o rehabilitación lo cual es necesario desde el momento en que se piensa en el proyecto de reforma. • La existencia de un esquema de clasificación acústica sirve también de herramienta a los legisladores a la hora de definir las exigencias mínimas de aislamiento acústico en su país.

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Ante las iniciativas actuales relativas a la clasificación del ambiente interior (indoor climate classification) y /o de sostenibilidad, las prestaciones acústicas son parámetros que deben ser tenidos en cuenta. Para ello es bueno disponer de un esquema internacionalmente aceptado pues de momento las prestaciones acústicas se incorporan a estas clasificaciones de forma no suficientemente coordinada con las legislaciones vigentes o con los diversos esquemas de clasificación acústica existentes. Un etiquetado acústico de las viviendas es muy fácil de asimilar por el público y el sector de la construcción en general dada su analogía con el etiquetado térmico, y ayudará a integrar las especificaciones acústicas de los edificios al mismo nivel que el resto de parámetros de calidad de los edificios tanto nuevos como renovados.

4.2 Esquemas existentes en Europa En lo sucesivo, se entiende que un esquema de clasificación acústica es un conjunto de al menos tres clases con distintas prestaciones acústicas frente a un mismo evento. En Europa hay diez países que cuentan con un esquema de clasificación acústica de edificios según se resume en la tabla 7. Para cada esquema se detalla el nombre de las clases, el año de publicación desde la primera versión y si existe o no relación directa con los correspondientes códigos de edificación nacionales. Cada uno de los esquemas, determina las clases en función de determinados aspectos acústicos y no siempre son iguales. La referencia [46] describe en detalle los esquemas y criterios de clases utilizados, mientras que las referencias [47,48] se centran más en el aspecto relacionado con las fachadas. Se puede encontrar información completa acerca de los esquemas de clasificación acústica en la referencia [49]. A pesar de que puedan parecer análogas, como por ejemplo NL e IT, en realidad son muy distintos. Incluso los esquemas de los países nórdicos difieren mucho más de lo a la vista de la nomenclatura y número de clases parece [48]. Si se comparan los datos de los diez esquemas de clasificación acústica existentes en Europa y los criterios adoptados para definir las clases [46] se observan diferencias significativas: • Diversidad de número de clases (entre 3 y 5) y nomenclatura de las mismas. • Rango y posición de las clases así como “escalones” entre clases. • Descriptor de aislamiento acústico utilizado para definir las clases, incluyendo el uso o no de los términos de adaptación espectral a bajas frecuencias según ISO 717:2013.[12] • Mismo o distinta definición de las clases para viviendas en altura (pisos) o unifamiliares (casas bajas adosadas o aisladas) • Relación directa con exigencias normativas o no. 4.3 Aspectos relevantes a la hora de elaborar un esquema de clasificación acústica La propuesta desarrollada en el seno de COST TU0901 se basa en el estudio de los esquemas de clasificación acústica de viviendas ya existentes, así como en otras publicaciones y por supuesto el debate basado en la experiencia y necesidades observadas. Antes de pasar a definir las distintas clases hubo que seleccionar los descriptores de aislamiento acústico que se iban a emplear y proponer una traducción entre los descriptores propuestos y los existentes en los distintos países [35,36].

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Tabla 7 – Esquemas de clasificación acústica existentes en Europa y relación con Códigos de la Edificación hasta Julio 2014 -[49] País

Nomenclatura   de las clases(1) 

Año de publicación 

Link CE/   CA  DS 490 (2007)  +  SFS 5907 (2004)  –  IST 45 (2011)  +  NS 8175 (2012)  +  SS 25267 (2004)  +  STR 2.01.07 (2003)  +  UNI 11367 (2010)  –  VDI 4100 (2012) (3)  –  ÔNORM B 8115‐5 (2012) –  NEN 1070 (1999)  –  Reference  (última versión) 

BC   Comentario Refiere  a CA  Clase C    No existente  CE = Clase C Clase C    Clase C    No existente  CE ~ Clase C Clase C    No existente  CE ~ Clase III No existente    No existente  CE = Clase C No existente  CE ~ Clase III

DK A / B / C / D  2001/2007  FI  A / B / C / D  2004  IS  A / B / C / D  2003/2011  NO  A / B / C / D  1997/2005/2008/2012  SE  A / B / C / D  1996/1998/2004/(*)  LT  A / B / C / D / E 2003  IT  I / II / III / IV  2010  DE (2)  III / II / I  1994/2007/2012  AT  A / B / C / D / E 2012  NL  I / II / III / IV / V 1999  COST  A / B / C / D / E / F  Propuesta 2013  ISO/TC43/SC2 (2013)  N/A  No existente  (4)  TU0901  y npd  Abreviaturas: CE = Código Edificación (exigencias normativas); CA = Esquema de clasificación acústica  (1) Las clases se indican en orden descendente:  i.e. la mejor clase es la primera.  (2) Además, la Sociedad Alemana de Acústica (DEGA) ha publicado una recomendación (DEGA‐Empfehlung  103, “Schallschutz im Wohnungsbau – Schallschutzausweiz”, DEGA, March 2009) para etiquetado acústico  de las viviendas. El sistema tiene 7 clases desde  A*hasta F y un código de colores  (3) La versión revisada de VDI 4100 publicada en 2012 cambió los descriptores de R’w y L’n,w a DnT,w y L’nT.  También  se elevaron las exigencias de las clases y ahora todas las clases exceden los valores mínimos  exigidos por la normativas (con anterioridad, la clse inferior se correspondía con la exigencia normativa).  (4) Propuesta preparada por TU0901 [50]. Ahora New Work Item en ISO [51,52] .   (*)  Borrador ftSS 25267 con un nuevo esquema de clasificación acústica en proceso de encuesta. 

La propuesta completa puede encontrarse en la sección 5.4 de la referencia [50], y es idéntica al ISO NWIP in N1218 [51]. Las características principales del esquema de clasificación acústica de viviendas propuesto desde COST TU0901 son: •

Incluye, al igual que la mayoría de las normativas de edificios, criterios relativos al aislamiento a ruido aéreo, impacto, ruido de tráfico y de otras fuentes de ruido exterior, ruido de instalaciones y tiempo de reverberación en zonas comunes como cajas de escaleras o rellanos. • Se establecen seis clases A-F, con escalones de 4dB entre clases. De momento para cada clase se puede optar por calcular los descriptores de aislamiento acústico desde 100 Hz o desde 50 Hz. • Los descriptores propuestos se basan en la normativa existente [12] aunque se opta por una nomenclatura simplificada para evitar que un criterio se indique como la suma de dos términos. Las tablas 8 y 9 representan parte de la propuesta de COST TU0901 a modo de ejemplo. 4.4 Normalización en ISO/TC 43/SC 2: aspectos de debate Generar una propuesta de esquema de clasificación acústica de viviendas que pudiera ser utilizada en el ámbito internacional ha supuesto indagar a fondo acerca de los esquemas existentes y la filosofía subyacentes en cada una de ellos. A pesar de haber elaborado una propuesta, sin embargo ha quedado patente que algunos aspectos necesitan ser investigados y debatidos en mayor profundidad:

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• • • • • • • •

Los parámetros que delimitan las clases acústicas ¿deben determinarse incluyendo el comportamiento a bajas frecuencias para todas las clases, sólo para las más exigente o en ninguna de ellas? ¿Son adecuados los límites y rango (A-F) de las clases propuestas? Cuando se trata de valores límite de aislamiento a ruido aéreo e impacto frente a escaleras o zonas comunes, deben ser más o menos estrictos que entre viviendas? ¿Es necesario regular el tiempo de reverberación en escaleras y/o zonas comunes? ¿Cuántos/qué descriptores utilizar para el ruido de instalaciones? ¿Cómo englobar todas las posibles fuentes? Por lo que respecta a la fachada, ¿es mejor limitar el nivel de ruido en el interior, o exigir un aislamiento mínimo de fachada en función del nivel de ruido exterior? ¿Debería incluirse el nivel de ruido exterior en los esquemas de clasificación acústica? ¿Cómo elaborar un procedimiento de verificación de cumplimiento con una determinada clase?

Tabla 8 – Aislamiento a ruido aéreo entre viviendas y/o otros espacios. Límites de las Clases(1),(2) [51]. Tipo of espacio  Entre viviendas y recintos de  actividad (3)  Entre viviendas diferentes o vivienda y  una habitación externa a la vivienda. 

Class A  DnT,50 (dB) 

Class B  DnT,50 (dB) 

Class C  DnT,50 (dB) 

Class D  DnT,50 (dB) 

Class E  DnT,50 (dB) 

Class F  DnT,50 (dB) 

≥ 68 

≥ 64 

≥ 60 

≥ 56 

≥ 52 

≥ 48 

≥ 62 

≥ 58 

≥ 54 

≥ 50 

≥ 46 

≥ 42 

NOTAS

(1) DnT,50 = DnT,w + C50‐3150  (2) Como alternativa al parámetro DnT,50, se puede utilizar el descriptor más comúnmente utilizado DnT,100 = DnT,w + C. En  caso de utilizar DnT,100, las clases se denominarán X100 , eg. B100, C100 etc.  (3) Se consideran recintos de actividad a aquellos espacios que puedan compartir instalaciones como calderas,  servicio de lavanderías comunales, o recintos comerciales como cafés, tiendas, talleres…  Sin embargo en cada caso se debe estimar los niveles de emisión y diseñar el aislamiento adecuadamente,  por ejemplo en salas de fiestas o discotecas. Las oficinas no se consideran recintos ruidosos. 

Tabla 9 – Niveles de presión de ruido de impacto en viviendas. Límite de las Clases(1),(2),(3) [51] Clase A  Clase B  Clase C  Clase D  Clase E  Clase F  Tipo of espacio  L'nT,50 (dB)  L'nT,50 (dB)  L'nT,50 (dB)  L'nT,50 (dB)  L'nT,50 (dB)  L'nT,50 (dB)  En viviendas. Ruido de recintos de  ≤ 38  ≤ 42  ≤ 46  ≤ 50  ≤ 54  ≤ 58  actividad colindantes (4)  En viviendas. Ruido de otras  ≤ 44  ≤ 48  ≤ 52  ≤ 56  ≤ 60  ≤ 64  viviendas colindantes  En viviendas:  - De escaleras y zonas comunes  ≤ 48  ≤ 52  ≤ 56  ≤ 60  ≤ 64  ≤ 70  - De balcones, terrazas o baños  pertenecientes a otras viviendas  NOTAS 

(1) L'nT,50 = L'nT,w+ CI,50‐2500  (2) L'nT,w debe cumplir los mismos límites.  (3) Como alternativa al parámetro L’nT,50, se puede utilizar el descriptor más comúnmente utilizado L’nT,100  = L’nT,w + CI. En  caso de utilizar L’nT,100 las clases se denominarán X100 , eg. B100, C100 etc.  (4) Se consideran recintos de actividad a aquellos espacios que puedan compartir instalaciones como calderas,  servicio de lavanderías comunales, o recintos comerciales como cafés, tiendas, talleres…  Sin embargo en cada caso se debe estimar los niveles de emisión y diseñar el aislamiento adecuadamente,  por ejemplo en salas de fiestas o discotecas. Las oficinas no se consideran recintos ruidosos. 

La propuesta de esquema de clasificación acústica de viviendas elaborada por COST TU0901 se finalizó en Noviembre de 2013 y fue remitida por DIN (Deutsches Institut für Normung -Instituto Alemán de Normalización) al ISO/TC 43/SC 2 y al CEN/TC126 que son los correspondientes comités Internacional y Europeo de Normalización en el ámbito de la acústica en la edificación. En Marzo de 2014 dicha propuesta se aprobó

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como “Working Item (WI)” [52] y en Mayo se decidió que el desarrollo fuera liderado por ISO. Como consecuencia se creó un grupo de trabajo (WG29) en Septiembre de 2014 que hasta la fecha cuenta ya con expertos nominados desde 20 países diferentes y se espera que a finales de 2014 comience su andadura.

5. CONVERGENCIA TERMO/ACÚSTICA: NECESIDAD DE LEGISLACIÓN AL RESPECTO Como colofón a todo lo anteriormente expuesto, se quiere destacar la necesidad de impulsar la noción de aislamiento acústico de la mano del aislamiento térmico en los edificios. Es evidente que la eficiencia energética y sostenibilidad en la construcción son dos aspectos fundamentales desde un punto de vista económico y social y por ello son prioritarios en el ámbito legislativo. Sin embargo no se debe olvidar que, aunque la prestación acústica de nuestras viviendas no la percibamos cada mes a la hora de pagar la factura de la energía consumida, sin embargo la pagamos cada día en forma de calidad de vida, descanso, intimidad ante nuestros propios sucesos sonoros, salud y ausencia de estrés. Es más, solventar un problema acústico puede resultar hasta más costoso que solventar un problema térmico una vez que la vivienda ha sido construida. Por otra parte, algunas de las soluciones adoptadas en aras de una mejor eficiencia energética podrían llegar a perjudicar las prestaciones acústicas de un edificio [53,54] por lo cual se recomienda un planteamiento holístico del edificio. Es de desear que en lo sucesivo los legisladores entiendan la necesidad de incorporar el aislamiento acústico en futuras normativas relacionadas con las exigencias y prestaciones de los edificios. Es de desear igualmente que a la hora de legislar se tenga en cuenta la globalización en la estamos inmersos y se procure racionalizar la normativa de forma que sea lo más “global” posible y por tanto inteligible fácilmente por proyectistas, constructores, fabricantes de materiales de construcción y usuarios finales de todo el mundo.

6. AGRADECIMENTOS A COST por propiciar el marco para el debate entre científicos de toda Europa y a todos los miembros de COST TU0901 por las muchas horas de trabajo en común que han permitido recopilar abundante información sobre el panorama en materia de acústica de edificios en Europa así como lanzar propuestas de trabajo a los organismos internacionales responsables de que la acústica en la edificación no se quede obsoleta y avance de la mano de otros aspectos tan relevantes como la eficiencia energética, el consumo cero y la sostenibilidad en general.

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Caracterización Acústica de Superficies a Través de Coeficientes de Absorción, Difusión y Dispersión. N. Bastiána, A. Camposb a

Silentium, Ingeniería del Silencio, José Ananías 207 A, Santiago, Chile, nbastian@silentium.cl Acústica del Pacífico, Calle Porta 170, Oficina 403, Lima, Perú, acampos@tecnologiasacusticas.com

b

RESUMEN: Uno de los parámetros más utilizados en la acústica arquitectónica para describir el comportamiento acústico de un recinto es el tiempo de reverberación, que está directamente relacionado con el coeficiente de absorción de las distintas superficies que conforman el recinto. Sin embargo, la estandarización de mediciones de la incidencia aleatoria del coeficiente de absorción, según la ISO 354 y ASTM C423-09, todavía no entrega una respuesta certera, por lo cual, es un parámetro que normalmente está basado en incertidumbre y error. Debido a esto, y a la falta de información que brinda un sólo parámetro, ha sido de gran interés en la comunidad científica estudiar otros coeficientes que caractericen acústicamente las superficies, de los cuales han surgido los coeficientes de difusión y dispersión, parámetros que pueden ser medidos según las normativas ISO 17497-2 e ISO 17497-1, respectivamente. Con estos coeficientes, se puede analizar de manera más concreta el comportamiento del campo sonoro a través de la difusividad. En este trabajo, se hace un estudio del estado del arte de esta materia, entregando recomendaciones para el diseño acústico de espacios arquitectónicos utilizando estos 3 coeficientes.

KEYWORDS: Acústica Arquitectónica, Coeficiente de Absorción, Coeficiente de Difusión, Coeficiente de Dispersión, Difusidad.

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1. INTRODUCCIÓN Cuando una onda incide sobre una superficie, ésta puede ser transmitida, absorbida o reflejada; la cantidad de energía que se transmita, absorba o refleje depende de las propiedades acústicas de la superficie. Las ondas reflejadas pueden ser redirigidas por una superficie larga y plana (reflexión especular) o dispersas por una superficie difusa. Cuando una parte importante de las ondas reflejadas son espacial y temporalmente dispersas, se le denomina reflexión difusa, y la superficie es denomina un difusor. En la figura 1 se muestran las características espaciales y temporales de superficies absorbentes, especularmente reflectantes y difusas [1].

Figura 1: Características espaciales y temporales de superficies absorbentes, especularmente reflectantes y difusas. Fuente: [1] Desde hace más de 100 años, desde que Wallace Sabine fundó la acústica arquitectónica, ha habido un esfuerzo considerable respecto a estudiar la absorción de superficies. En todo este tiempo, se ha logrado tener una gran biblioteca de coeficientes de absorción basadas en metodologías estandarizadas de medición y también, tener un conocimiento razonable respecto a cómo se deben aplicar y diseñar materiales absorbentes. Este desarrollo continua, y en las últimas décadas muchos diseños innovadores de materiales absorbentes se han llevado a cabo, además de descubrir nuevas formas de predecir y medir materiales absorbentes. En control de ruido, el foco principal de atención es naturalmente en absorbentes que transformen energía, sin embargo, en acústica arquitectónica, tanto materiales absorbentes como difusores tienen un rol importante en crear una buena acústica. Sin embargo, los descubrimientos científicos más importantes sobre el rol de las superficies difusoras (reflexión difusa), han sido desarrollados muy recientemente. En los últimos 30 años, se han desarrollado estudios importantes en métodos de diseño, optimización, predicción, medición y cuantificación de superficies difusas, lo que ha implicado un mejor conocimiento sobre la materia [1]. Por otra parte, en el año 1985 se publicó la normativa ISO 354 (revisada por última vez el año 2003 [2]), que define cómo realizar mediciones en laboratorio del coeficiente de absorción. Posterior a esto, en el 2004 se publicó la normativa ISO 17497-1 [3], que define cómo realizar mediciones en laboratorio del coeficiente de dispersión. De forma similar, recientemente (en el año 2012) se publicó la normativa ISO 17497-2 [4], que define cómo realizar mediciones en laboratorio del coeficiente de difusión.

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2. CARACTERIZACIÓN ACÚSTICA DE SUPERFICIES Hasta el momento, existen tres incidencias métricas aleatorias para caracterizar superficies acústicas, los coeficientes de absorción, difusión y dispersión [5]. 2.1 Coeficiente de Absorción El coeficiente de absorción de una superficie es la relación que hay entre la energía absorbida por la superficie y la energía incidente en la misma. Normalmente sus valores fluctúan entre 0 1, los cuales representan que no hay absorción y que la superficie es completamente absorbente, respectivamente. Valores mayores que 1 se pueden encontrar frecuentemente en mediciones con incidencia aleatoria, los que teóricamente es imposible. Eso usualmente ocurre debido a los efectos de difracción de los ejes. El coeficiente de absorción puede ser definido por un ángulo específico de incidencia o incidencia aleatoria si se requiere [1] El coeficiente de absorción no es una propiedad intrínseca del material, porque depende de las condiciones de medición. No puede ser calculado y debe ser medido en escala completa. El coeficiente de absorción se puede determinar a través de la normativa ISO 354 [2] y la normativa ASTM C423-09 [6]. Además, la normativa ISO 10534-2 [7] describe la medida del coeficiente de absorción bajo incidencia normal en un tubo de impedancia [8]. 2.1.1 Método de Medición en Tubo de Impendacia. Para poder determinar la absorción y reflexión sonora de una muestra de material bajo condiciones de incidencia normal, es necesario primero producir una onda plana en el laboratorio. Esto se puede realizar en un tubo rígido, donde el sonido es guiado internamente y forzado a propagarse en la dirección axial del tubo. Este tubo, utilizado para determinar las propiedades acústicas de una muestra ubicada al final de éste, se denomina tubo de impedancia o tubo de Kundt. Mientras el diámetro del tubo sea pequeño, respecto a la longitud de onda, se propagarán ondas planas en dirección axial [9]. En la figura 2 se muestra un sistema para medir coeficiente de absorción e impedancia de un tubo.

Figura 2: Sistema para medir coeficiente de absorción e impedancia en un tubo. Fuente: [9] Cabe destacar que el rango de frecuencias está limitado por la frecuencia cut-on más baja. El principio de medición se basa en que el campo sonoro dependiente del coeficiente de reflexión de la muestra está compuesto por ondas progresivas y ondas estacionarias. En el caso de reflexión completa se producen sólo las ondas estacionarias. Cuando la reflexión no es total se genera una distribución espacial del valor efectivo de presión con máximos y mínimos. El cociente entre el mínimo y el máximo de presión es un indicador de la absorción

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de la muestra: si el cociente es cercano a cero, entonces la absorción es muy baja; por el contrario, cocientes cercanos a 1 implican valores elevados de absorción [9]. 2.1.2 Método de Medición en Cámara Reverberante. Al utilizar materiales absorbentes para un acondicionamiento acústico es necesario conocer el coeficiente de absorción, este se puede medir con incidencia aleatoria bajo condiciones de laboratorio. Esas mediciones se pueden realizar en una sala reverberante, la cual al estar vacía tiene un tiempo de reverberación dado por [9]: (1) ( en segundos, en m3 y en m2). En están contenidas todas las pérdidas en la sala reverberante, incluidas la de propagación. Si se ubica en la sala una superficie absorbente (que en una sala reverberante normal de m3 debe ser de aproximadamente m2) el área de absorción equivalente se eleva a [9]: (2) Si se asume que el cubrimiento de una parte de la superficie de la sala reverberante tiene un efecto muy pequeño. En el ejemplo con m3, superficies límites m2 y una superficie del material a medir de m2, estrictamente se debería corregir el valor de en un 5%. Sin embargo, los tiempos de reverberación no son en absoluto medibles con esa precisión, la tolerancia de medida es mucho mayor. Entonces se puede dejar fuera de consideración este error por recubrimiento. En la situación con mayor absorción se mide el tiempo de reverberación [9]: (3) El área de absorción equivalente de la muestra está dada por [9]: (4) Por lo tanto, el área de absorción de la muestra se puede obtener midiendo los tiempos de reverberación y con y sin la muestra. A partir de esto se puede determinar el coeficiente de absorción [9]: (5) ( : Superficie de la muestra). Puede suceder que mediante este procedimiento se obtengan coeficientes de absorción , los cuales físicamente no debieran ocurrir. La razón de esto es que la suposición de distribución espacial uniforme no se cumple estrictamente. En los bordes del material de espesor finito se pueden producir siempre efectos de difracción, provocándose una concentración o aumento de presión en las cercanías de estos bordes cuando se cubren con algún material que refleja sonido. De esta manera se miden coeficientes de absorción ligeramente mayores a los que realmente existen [9].

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En la figura 3 se muestra una medición del coeficiente de absorción según la normativa ISO 354.

Figura 3: Medición del coeficiente de absorción según ISO 354: Cuánto sonido incidente es absorbido (debe ser medido en escala completa). Fuente: [5] 2.2 Coeficiente de Difusión El coeficiente de difusión es una medida de la uniformidad del sonido reflejado por una superficie, el propósito de este coeficiente es habilitar el diseño de difusores y permitir a los consultores acústicos evaluar el rendimiento de potenciales superficies para diseño de recintos. Este coeficiente es una simplificación del verdadero comportamiento de las reflexiones medidas, debido a la cantidad de datos que se puede llegar a obtener si es que analizan todas las fuentes y receptores posibles [1]. En 2001 el grupo de trabajo SC-04-02 de la Audio Engineering Society (AES) público un documento basado en revisiones previas del comité internacional de acústicos, el cual describe el método para medir y caracterizar que tan uniformemente dispersa el sonido una superficie, luego de cierta revisiones, se añadió a la norma ISO 17497-2: 2012 [4]. 2.2.1 Método de Medición y Reducción de Datos El coeficiente de difusión se extrae en principio de una medición de dispersión mostrada como un patrón polar, debido a que es un coeficiente dependiente de la frecuencia, se utilizan bandas de tercio de octava para mostrar el resultado, este proceso tiene la ventaja de suavizar algunas características de la representación polar y mostrar los datos de una manera más general. Se han desarrollado una variedad de métodos para calcular el coeficiente de difusión a partir de la distribución polar: desviación estándar [10], directividad [11], percentiles y auto correlación [12], entre otros. Tras una serie de pruebas comparativas, se ha demostrado que la función de auto correlación ofrece mejores resultados que los otros métodos de reducción de datos. La medición está basada en el posicionamiento de 37 micrófonos separados cada 5° formando una semiesfera, un altavoz envía una señal MLS para cada receptor y ángulo asociado. Posteriormente es necesario realizar una de-convolucion de cada muestra para obtener la respuesta al impulso del elemento bajo análisis en cada ángulo. Es posible además, para añadir mayor precisión, reducir a 2.5° los intervalos entre micrófonos y posiciones del altavoz [4]. Una superficie que dispersa sonidos uniformemente a todos los receptores, posee altos índices de auto correlación espacial, por lo tanto, las superficies que concentran energía reflejada en una sola dirección poseen los índices más bajos. Para calcular el coeficiente de difusión direccional es necesario utilizar la siguiente fórmula [5]:

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Figura 4: Medición del coeficiente de difusión según la normativa ISO 17497-2: Cuan uniforme es el sonido incidente difundido (puede ser medido en escala o calculado). Fuente: [5] (6) Donde es un conjunto de Niveles de presión sonora expresado en decibeles en un patrón polar, es el número de micrófonos y es el ángulo de incidencia. El comportamiento de difusión en la muestra se ve perjudicado en bajas frecuencias debido a la difracción de los bordes. Así, se produce un efecto del incremento del coeficiente mientras se reduce la frecuencia. Para evitar la confusión de los valores del coeficiente de difusión, se debe introducir un valor normalizado, que se remite a la medición de una superficie plana como referencia, la ecuación (7) se utiliza para hallar el coeficiente de difusión normalizado [5]: (7) Donde y son los coeficientes de difusión espacial y de referencia respectivamente, siguiendo estos pasos, se obtienen resultados concretos del coeficiente sin estar involucradas interferencias externas.

Figura 5: Coeficientes de difusión para 4 productos comerciales. (A) Sin normalizar,(B) Normalizado. La línea continua negra en (A) muestra el coeficiente de difusión de la superficie plana. Fuente: [5] 2.3 Coeficiente de Dispersión El principio del coeficiente de dispersión es el separar el sonido reflejado en componentes especulares y difusos. Los componentes especulares son una proporción de la energía que es reflejada en la misma dirección que se reflejaría en una superficie larga y plana. Los componentes difusos, dan la energía reflejada en una manera no especular, como se muestra

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en la figura 6. El coeficiente tiene un significado físico claro, y la definición es muy útil en modelos de acústica geométrica, porque estos tienden a tener algoritmos diferentes para las componentes especulares y difusas, por lo cual el separar los términos imita a los métodos de modelación. Por lo anterior, es posible definir el coeficiente de dispersión (s), como la proporción de la energía no reflejada de forma especular. Esta definición no toma en cuenta cómo la energía difusa es distribuida, ya que es determinado por el coeficiente de difusión [5][8].

Figura 6: Gráfico mostrando cómo el sonido incidente, normalizado a 1, puede ser especularmente y difusamente reflejado. El coeficiente de dispersión (s), determina la distribución. Fuente: [5] 2.3.1 Método de Medición en Tabla Giratoria El coeficiente de dispersión, al igual que el coeficiente de difusión, generalmente depende de la frecuencia y el ángulo de incidencia. De forma similar al coeficiente de absorción de incidencia aleatoria obtenido en una cámara reverberante, un coeficiente de dispersión de incidencia aleatoria puede ser definido. El material de prueba debe ser circular con un diámetro mínimo de N-1 x 3.0 m, si una factor de escala de 1:N es utilizado. La profundidad del material debe ser menor que el diámetro de la muestra dividido 16 [8]. Se deben realizar cuatro mediciones de tiempo de reverberación. con una tabla giratoria estacionaria sin muestra. con la tabla giratoria girando sin muestra. con la tabla giratoria estacionaria con la muestra. con la tabla giratoria girando con la muestra [8]. A continuación, se presentan las ecuaciones para calcular el coeficiente de dispersión (s) [5]: (8) (9) (10) Donde es el coeficiente de absorción de Sabine, es el coeficiente de absorción especular, es la atenuación del aire con la tabla giratoria estacionaria sin muestra, es la atenuación del aire con la tabla giratoria girando sin muestra, es la atenuación del aire con la tabla giratoria estacionaria con la muestra, es la atenuación del aire con la tabla giratoria girando con la muestra, es la velocidad del sonido en cada escenario, es la energía especular y es la energía total.

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En la figura 7 se muestra una medición del coeficiente de dispersión acorde a la normativa ISO 17497-1.

Figura 7: Medición del coeficiente de dispersión según la normativa ISO 17497-1: Cuánto sonido incidente es reflejado fuera de la zona especular (puede ser medido en escala o calculado). Fuente: [5]

3. ANÁLISIS Y DISCUSIÓN De los parámetros expuestos anteriormente, se puede ver una diferencia considerable en los fenómenos físicos que describen cada uno, por lo cual, cada parámetro puede ser utilizado para describir distintos comportamientos acústicos de recintos. El coeficiente de absorción es utilizado para calcular el tiempo de reverberación y también la inteligibilidad de la palabra, parámetros que son muy utilizados en el acondicionamiento acústico clásico de recintos como colegios, auditorios, entre otros. Por otro lado, los coeficientes de difusión y dispersión son muy útiles en la acústica geométrica, lo que implica que son parámetros preponderantes al utilizar teoría de rayos para predecir el comportamiento acústico de un recinto de forma más eficiente. Por lo anterior, y debido al gran incremento de la utilización de software de modelación para realizar trabajo de acondicionamiento en interiores, es importante entender la diferencia entre cada coeficiente y tener mediciones en laboratorio de distintos materiales, como difusores QRD, difusores cilíndricos, etc. En la tabla 1 se entrega un análisis comparativo entre cada coeficiente, comentando sobre la normativa que se utiliza para realizar mediciones, su ventajas y desventajas, entre otros. Tabla 1: Comparación entre coeficientes. Fuente: Elaboración Propia. Simbolo

Normativa

Cálculo Analítico

Tipo de Medición Debe ser medido a escala completa

Coeficiente de Absorción

α

ISO 354 o ISO 10534-2

No

Coeficiente de Difusión

ISO 17497-2

Puede ser medido a escala

Coeficiente de Dispersión

s

ISO 17497-1

Puede ser medido a escala

Descripción Cuánto sonido incidente en la superficie es absorbido Cuan uniforme es el sonido incidente difundido Cuánto sonido incidente es reflejado fuera de la zona especular

Si bien la tabla 1 es un breve resumen de algunas de las características de cada parámetro, es importante destacar que la metodología de medición del coeficiente de absorción es bastante más simple y expedita que la metodología de medición de los coeficientes de difusión y dispersión. Durante muchos años parámetros como la difusión fueron analizados con simples inspecciones visuales; parámetros como el “Indice de superficie difusiva” (ISD) [13], que fue usado durante un periodo largo de tiempo por la mayoría de consultores, fue la única forma de catalogar la difusión en salas de concierto y auditorios.

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Otro factor determinante que cabe destacar, es que existen muy pocos fabricantes que han realizado mediciones de los coeficientes de absorción para elementos difusores (QRD, PRD, SKYLINE), esto es debido a que se trata con materiales como la madera, que cuenta con densidades muy variables dependiendo del lugar de donde procede. Por lo anterior, es recomendable que cada zona o país cuente con una base de datos de este tipo de mediciones. Por otra parte, la inserción de parámetros acústicos en programas computacionales, tiene la desventaja que al insertar una gran cantidad de elementos difusores diseñados para un proyecto en específico, se tienen que usar bases de datos de absorción de materiales que no necesariamente concuerdan con las del proyecto y esto puede derivar a una inexactitud al momento de la simulación. Finalmente, se debe destacar la importancia de los coeficientes de difusión y dispersión, que dejan de lado la teoría estadística que asume que la propagación de onda en un recinto es homogénea y abarcan los parámetros psicoacústicos de los receptores.

4. CONCLUSIONES Se presentaron los coeficientes de absorción, difusión y dispersión, parámetros característicos de superficies acústica utilizadas en acústica arquitectónica. Existen normativas internacionales para realizar las mediciones de estos parámetros en laboratorio, lo que implica que es posible elaborar una base de datos de distintos tipos de materiales. Se vislumbra que dentro de unos años, será de vital importancia conocer los parámetros de difusión y dispersión de materiales para el acondicionamiento de recintos, ya que estos elementos cada vez van tomando más importancia dentro de la acústica virtual, un ejemplo claro de esto es el método de auralización en los software comerciales de modelación de propagación en interiores, que son lo que actualmente se utilizan para el diseño arquitectónico y están basados en acústica geométrica. Finalmente, existe un gran desconocimiento sobre los coeficientes de difusión y dispersión en Sudamérica, por lo cual, la mayoría de los especialistas no se preocupan de los mismos cuando realizan diseños de recintos como teatros o auditorios. Dan un especial énfasis en el tiempo de reverberación e inteligibilidad de la palabra, parámetros que no son suficientes para evaluar si un recinto es acústicamente bueno o no, ya que sólo dependen del coeficiente de absorción de las superficies que conforman el recinto. Lograr una distribución homogénea en los recintos, o eliminar reflexiones molestas, se pueden lograr utilizando materiales con características de difusión o dispersión.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Cox, T. & D’Antonio, P. Acoustic absorbers and diffusers: Theory, design and application, 2 ed., Taylor & Francis Editions, London (2009). [2] ISO 354: 2003. Measurement of sound absorption in a reverberation room. International Organization of Standardization, Switzerland (2003). [3] ISO 17497-1: 2004. Sound scattering properties of surfaces. Part 1: Measurement of the randomincidence scattering coefficient in a reverberation room. International Organization of Standardization, Switzerland (2004). [4] ISO 17497-2: 2012. Sound scattering properties of surfaces. Part 2: Measurement of the directional diffusion coefficient in a free field. International Organization of Standardization, Switzerland (2012). [5] D’Antonio, P. The state of the art in the measurement of acoustical coefficients. 161st Meeting Acoustical Society of America, Vol.12, 015008, Washington, United States (2011).

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[6] ASTM C423-09. Standard test method for sound absorption and sound absorption coefficients by the reverberation room method. American Society for Testing Materials, United States (2009). [7] ISO 10534-2: 1998. Determination of sound absorption coefficient and impedance in impedance tubes. Part 2: Transfer-function method. International Organization of Standardization, Switzerland (1998). [8] D’Antonio, P. The state of the art in measurement and characterization of the absorption, diffusion and scattering coefficients. Inter-Noise 2012, New York, United Stated (2012). [9] Michael Möser y José Luis Barros (2009). Ingeniería acústica: Teoría y aplicaciones. 2da edición. Springer-Verlag Berlin Heidelberg. [10] T. J. Cox. Optimization of profiled diffusers. J. Acoust. Soc. Am., 97(5), 2928–41 (1995). [11] J. Angus, A. C. Marvin, J. Clegg and J. F. Dawson. A practical metric for evaluating sound diffusers. Proc. 98th Convention Audio Eng. Soc., preprint 3955 (D5) (1995). [12] T. J. Hargreaves, T. J. Cox, Y. W. Lam and P. D’Antonio. Surface diffusion coefficients for room acoustics: Free field measures. J. Acoust. Soc. Am., 108(4), 1710–20 (2000). [13] Haan, C.N. & Fricke, F.R. Surface diffusivity as a measure of the acoustic quality of concert halls. Proc. Of Australia and New Zealand Architectural Science Association Conference, Sydney (1993).

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Rediseño acústico óptimo de recintos industriales M.E. Sequeiraa,b & V.H. Cortíneza,b a

Centro de Investigaciones en Mecánica Teórica y Aplicada (CIMTA), Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Bahía Blanca,11 de Abril 461, Bahía Blanca, Argentina, martins@frbb.utn.edu.ar vcortine@frbb.utn.edu.ar b Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Tecnológicas (CONICET), Argentina, http://www.conicet.gov.ar

RESUMEN: El control del ruido en ambientes industriales se ha convertido en una actividad profesional de creciente importancia. El enfoque más eficiente para evitar situaciones indeseadas de contaminación acústica es el diseño acústico como un aspecto inherente al proyecto completo de la planta, aunque esta situación no siempre se contempla adecuadamente. En tal sentido, el control de ruido consiste primeramente en la determinación inicial de las condiciones acústica preexistentes, a los efectos de identificar los sectores problemáticos. Entonces pueden realizarse modificaciones adecuadas que permitan llevar las características del ruido ambiental a niveles aceptables. Por otra parte, el diseño de sistemas de control se basa en la utilización iterativa de modelos predictivos que permitan estimar la eficiencia de diferentes soluciones técnicas. Por consiguiente, es altamente deseable la utilización de modelos no solo precisos, sino que presenten tiempos de cómputo bajos. En este artículo se presenta una metodología computacional para abordar el problema de rediseño óptimo de recintos industriales multi-fuente. Para ello, se formula una aproximación bidimensional de la ecuación de difusión acústica para alta frecuencia y tanto el problema de identificación como el de diseño óptimo se resuelven a partir del modelo mencionado en conjunto con el algoritmo de optimización Recocido Simulado. KEYWORDS: modelo de difusión acústica bidimensional, ruido industrial, algoritmo de recocido simulado, control pasivo.

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1. INTRODUCCIÓN El ruido industrial está invariablemente asociado a los procesos productivos y representa un problema ocupacional que afecta a los operarios de las plantas [1]. El enfoque más eficiente para evitar situaciones indeseadas de contaminación acústica es el diseño acústico como un aspecto inherente al proyecto completo de la planta. Sin embargo, en muchas ocasiones se detectan situaciones de ruido intolerable cuando una planta industrial ya está en funcionamiento. En estos casos, es necesario determinar primeramente las condiciones acústicas iniciales para luego efectuar las modificaciones necesarias que permitan alcanzar un ambiente acústico adecuado. En este trabajo se presenta un enfoque computacional para abordar el problema de rediseño óptimo de recintos industriales multi-fuente. Este concepto se define como la metodología que permite mejorar las condiciones acústicas preexistentes en ambientes interiores, y consta de dos partes fundamentales, por un lado la identificación de los distintos parámetros acústicos involucrados en el escenario inicial y por el otro, el diseño óptimo de mejoras en función de ciertas variables de diseño y restricciones impuestas. Ambos enfoques (identificación y diseño) se formulan como un problema de optimización matemática [2]. Existen numerosas técnicas de optimización para efectuar los procesos aludidos. En particular, las técnicas heurísticas son algoritmos exploratorios que presentan la ventaja de convergencia global y no dependen de las condiciones iniciales de las variables de diseño [3,4]. En este sentido, el método de Recocido Simulado (Simulated annealing) es una técnica de fácil implementación y gran robustez [2]. A fin de estimar los efectos (niveles de ruido) de las diferentes soluciones técnicas durante el proceso de optimización, es altamente deseable utilizar modelos acústicos no solo precisos, sino también con tiempos de cálculo relativamente bajos. En el rango de alta frecuencia, es posible emplear distintos modelos como, por ejemplo, fórmulas analíticas simplificadas o el método de trazado de rayos [5,6]. En particular, una formulación interesante de predicción acústica fue desarrollada hace algunos años bajo la denominación de Modelo de Difusión Acústica MDA [7]. Esencialmente consiste en una extensión de la teoría de campo reverberante. Recientemente, los autores han desarrollado una formulación aproximadamente equivalente en dos dimensiones de dicho modelo, denominado Modelo de Difusión Acústica Simplificado MDAS, que presenta tiempos de cómputo aproximadamente 50 veces más rápidos y una precisión prácticamente equivalente [8]. Esto último lo hace especialmente atractivo para caracterizar el ruido en el contexto de rediseño planteado. A partir de lo expuesto, se propone la utilización del MDAS en conjunto con la técnica de optimización Recocido Simulado para implementar el enfoque de rediseño acústico considerando señales de alta frecuencia en un recinto industrial multi-fuente.

2. FORMULACIÓN GENERAL DEL ENFOQUE DE REDISEÑO 2.1 Formulación del problema de identificación El problema de identificación consiste en la determinación de los niveles de potencia sonora Lw jf de cada fuente j, y de los coeficientes de absorción α techo kf de los materiales interiores de cada superficie k del techo, para cada banda de frecuencias f. La metodología consiste en minimizar una función objetivo FO que evalúa la diferencia, en un sentido de mínimos cuadrados, entre los valores del nivel sonoro total Lp obtenidos mediante medición directa en diferentes puntos del recinto ubicados en posiciones r = (x, y, z) y aquéllos estimados a partir

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del modelo acústico. A los efectos de validar la eficacia del enfoque de identificación propuesto, los niveles directos son determinados utilizando el programa de trazado de rayos CATT-Acoustic™. Consecuentemente, el problema de optimización resultante se formula de la forma: ( Lw jf + , α techo kf + ) = arg min FO

(1)

donde la función objetivo FO se expresa de la siguiente manera:

FO =

N

( Lp (ri )[medido] − Lp (ri )[estimado] ) 2

i =1

N

(2)

siendo N el número total de puntos receptores i. La minimización de la función objetivo está sujeta a las siguientes restricciones: max ⎧⎪ Lmin w jf ≤ Lw jf ≤ Lw jf ⎨ min max ⎪⎩αtecho kf ≤ αtecho kf ≤ αtecho kf

(3)

max min donde Lmin y α techo max representan los valores mínimos y máximos adoptados w jf , Lw jf , α techo kf kf

del nivel de potencia sonora y del coeficiente de absorción, respectivamente. 2.2 Formulación del problema de diseño El enfoque de diseño óptimo contempla como variables de diseño los valores de pérdida de transmisión PTjf, que podrán variar en función de tipo de encapsulamiento adoptado para cada fuente sonora j, y los coeficientes de absorción α techo kf de cada superficie k del techo, que dependerán de la configuración del panel multicapa utilizado, para cada banda f. Dicho panel estará compuesto por una cámara de aire, una de material absorbente y un panel perforado. En consecuencia y asumiendo que el costo de cada panel multicapa es proporcional al sub-área del techo que se propone tratar y al espesor del material absorbente utilizado, y que el costo de cada encapsulamiento depende del grado de pérdida de transmisión que posee cada cerramiento, el problema de optimización se formula de la siguiente manera: (ea + , em + , p%+ , d + , PTjf + ) = arg min FO

(4)

donde ea , em , p% y d son el espesor de la cámara de aire, el espesor del material absorbente, la porosidad y el diámetro de los agujeros del panel perforado, respectivamente. La función objetivo FO se corresponde con el costo de instalación y se expresa en la forma: em k Sk

Ns

FO(ea , em , p%, d , PT ) = ∑ k =1

M

+ ∑ C j ( PTj )

Nf

∑α f =1

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techo kf

/4

j =1

(5)


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siendo Ns el número total de superficies k del techo que se pueden tratar acústicamente, Sk es el área de la superficie k, M es la cantidad de fuentes sonoras j factibles de acondicionar acústicamente mediante un encapsulamiento y Cj es el costo por unidad de encapsulamiento para cada fuente, según la pérdida de transmisión PTj de cada tipo de cerramiento. La minimización de la función (5) está sujeta a las siguientes restricciones: et = e p + em + ea ≤ 0.15m

(6)

⎡ Nf Lpf (r ) ⎤ Lp (r ) = 10log10 ⎢ ∑10 10 ⎥ ≤ 85 dB ⎣⎢ f =1 ⎦⎥

(7)

donde et es el espesor total del panel absorbente multicapa, e p es el espesor del panel perforado y Nf = 4 el número de bandas consideradas.

3. MODELOS DE PROPAGACIÓN SONORA 3.1 Modelo de panel absorbente multicapa

A los efectos de realizar el enfoque de diseño planteado, se adoptó como solución tecnológica sobre la superficie del techo, la utilización de paneles absorbentes multicapa compuestos por: una cámara de aire, una capa de material absorbente y un panel perforado. Este tipo de configuración presenta la ventaja de mejorar el rendimiento acústico de los absorbentes y ampliar el rango de frecuencias de absorción. Para obtener la impedancia total del sistema, se utilizó el modelo de matriz de transferencia para ondas planas con incidencia normal [9]. El panel multicapa propuesto se muestra esquemáticamente en la Figura 1.

Figura 1: Esquema de panel multicapa adoptado La impedancia en la superficie de la cámara de aire (Z1) se expresa de la siguiente manera:

Z1 = −iZ 0 cot(ka ea )

(8)

donde Z 0 = ρ c es la impedancia característica del aire (siendo ρ la densidad del aire y c la velocidad del sonido) y ka = ω / c es el número de onda del aire (donde ω es la frecuencia angular). Luego, la impedancia en la superficie del material absorbente (Z2) se obtiene a partir de la siguiente ecuación:

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Z2 =

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−iZ1Z m cot(km em ) + Z m2 Z1 − jZ m cot(km em )

(9)

donde Zm y km son la impedancia característica y el número de onda complejo, respectivamente, del material absorbente considerado. Dichos parámetros se estiman con el modelo de Delany y Bazley [10], utilizando como datos la resistividad al flujo R y la frecuencia. Para caracterizar la impedancia acústica específica del panel perforado (Zp) se utiliza el modelo de Beranek and Vér [11]. Finalmente, la impedancia acústica normal global (Z3) del panel multicapa queda definida de la siguiente manera: Z3 = Z 2 + Z p

(10)

Una vez estimado el valor de la impedancia acústica global, el coeficiente de absorción sonora se determina a partir de la siguiente expresión: Z − ρc α techo (ea , em , e p , p %, d , R) = 1 − 3 Z3 + ρ c

2

(11)

3.1 Modelo de Difusión Acústica (MDA)

El MDA es un enfoque energético que permite caracterizar la distribución sonora proveniente del campo reverberante en recintos. La hipótesis fundamental del modelo fue propuesta por Picaut et al., [7] y radica en que la propagación sonora se puede modelar como la propagación de las partículas dentro de un medio dispersivo, asumiendo que la densidad de dispersión es grande y la reflexión de energía es dominante frente a la absorción. Este modelo presenta la ventaja que puede ser resuelto fácilmente mediante el Método de los Elementos Finitos MEF. A partir de lo expuesto, es posible expresar la respuesta estacionaria de la distribución de la densidad de energía sonora wf (r ) , en una posición dada r y debido a una fuente puntual de frecuencia f, mediante el siguiente sistema de ecuaciones [12,13]: − D∇ 2 wf (r ) + σ f wf (r ) = qf (r ) en Vr ∂w (r ) D f + Af wf (r ) = 0 sobre S r ∂n

(12) (13)

donde ∇ 2 representa el operador laplaciano, Vr y Sr son el volumen y el área de las superficies del recinto, D es el coeficiente de difusión acústica, σ f wf (r ) es un término que describe las pérdidas de energía por unidad de volumen dentro del recinto, Af es un factor de absorción de las superficies, qf (r ) representa la potencia sonora por unidad de volumen generada por la fuente sonora considerada y n es el vector normal exterior a cada superficie. Para simular la acústica en un recinto con obstáculos distribuidos en su interior (máquinas, bancos de trabajo, estanterías, etc.), se asume que la configuración es análoga a un medio de propagación que contiene una combinación de objetos dispersores representando, por un lado, a las superficies interiores del recinto y por el otro, a los obstáculos ubicados dentro del mismo [14]. En estos casos, los obstáculos se modelan estadísticamente y el

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coeficiente de difusión D = cλ r λ fitt / 3(λ r +λ fitt ) , donde λ r es el camino libre medio del recinto y λ fitt es el camino libre medio de los objetos distribuidos en el interior (fittings). El término disipativo σ f = cα fitt f / λ fitt + mf c , contempla la contribución de la atenuación debida a la atmósfera y a los obstáculos, donde m es el coeficiente de atenuación atmosférica y α fitt es el coeficiente de absorción de los obstáculos [15,14]. La ecuación (13) corresponde a las condiciones de borde sobre las superficies interiores, donde el factor Af puede adoptar diferentes expresiones a fin de modelar cada superficie interior con el rango completo de posibles coeficientes de absorción. En este trabajo, se utiliza un factor de absorción modificado, propuesto por Jing y Xiang [13]. La dependencia con la frecuencia queda establecida en los distintos términos de absorción considerados. El nivel de presión sonora total Lpf se determina sumando las contribuciones del campo directo y del reverberante estacionario, este último obtenido a través de la solución del sistema de ecuaciones (12) y (13). El campo acústico así resultante se define [12]: ⎧ ρ c ⎡ q (r ) ⎤⎫ Lpf (r ) = 10 log10 ⎨ 2 ⎢ ∫ f 2 e − r / λfitt dVs + cwf (r)⎥ ⎬ V ⎦⎭ ⎩ Pref ⎣ s 4π r

dB

(14)

donde r = ||r – rs|| expresa la distancia entre un punto receptor y un punto arbitrario de la fuente rs en el subdominio de la fuente Vs y Pref = 2 × 10-5 Pa. El término correspondiente al campo directo (primer término) de la ecuación (14) está formulado de manera general. En este trabajo, se considera cada fuente sonora como puntual con una potencia constante Ws (W0 = 10−12 vatios). De esta manera la potencia sonora volumétrica, para la frecuencia f, queda expresada de la siguiente manera: M

M

qf = ∑ Wsf δ (r − rs j ) = ∑ ⎡10 ⎣ j =1 j =1

( Lw jf − PTjf /10)

× W0 ⎤ δ (r − rs j ) ⎦

(15)

3.2 Modelo de Difusión Acústica Simplificado (MDAS)

El modelo de difusión acústica tridimensional MDA puede ser reducido (aproximadamente) a un modelo bidimensional, mediante la aplicación del método de Kantorovich [16]. Ésta es una técnica bien conocida de reducción de ecuaciones diferenciales que ocupa una posición intermedia, desde el punto de vista de la precisión lograda, entre la solución exacta de un problema determinado y una solución aproximada que se obtiene a partir de los métodos de Ritz y Galerkin. En tal sentido, la densidad de energía reverberante se puede aproximar, en su forma más simple, como el producto de dos funciones particulares, una, correspondiente a la variación de la energía en el plano y, la otra, considerando la variación en la altura [8]. De esta manera, resulta:

wf (r ) ≈ w f (r ) = Gf (x,y ) × Z (z )

(16)

donde Gf (x,y ) es una función desconocida y Z (z ) es una función seleccionada a prori a los efectos de aproximar la variación energética vertical. La forma más simple de efectuar la

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aproximación mencionada es mediante el polinomio de segundo grado Z (z )= 1+a1 z +b1 z 2 , donde los coeficientes a1 y b1 se determinan a partir de las condiciones de borde mixtas, definidas en los planos horizontales extremos inferior y superior (piso y techo) del recinto:

∂Z ( z ) = Ainff Z ( z ) sobre Sinf ∂z ∂Z ( z ) D = − Asupf Z ( z ) sobre Ssup ∂z D

(17) (18)

Los subíndices inf y sup hacen referencia a la superficie inferior y superior del recinto, respectivamente. Luego, sustituyendo la expresión aproximada (16) en la ecuación diferencial (12) del MDA, se obtiene la función error o residual ε V , definida como: − D∇ 2 w f (r )+σ f w f (r ) − qf (r ) = ε V (r, w ) en Vr .

(19)

Esta función residual es igual a cero, cuando w se corresponde con la solución exacta. Razonando de la misma manera, la integral del producto entre la función residual y una función arbitraria ψ debe ser igual a cero para que la solución del problema sea exacta, es decir, se debe cumplir la condición de ortogonalidad entre ε V y ψ [16]:

Vr

ε V (r, w ) ψ (r )dVr = 0

(20)

De acuerdo a la metodología utilizada, la función ψ se expresa de la siguiente forma:

ψ (r ) = Z ( z )φ ( x, y )

(21)

donde φ es una función arbitraria. Sustituyendo la ecuación (21) en (20) y reemplazando la función residual (19) en la expresión resultante, se obtiene la siguiente expresión integral [8]:

H

0

⎧⎪ ⎡ ∂w f (r ) ⎫⎪ ⎤ − D∇ 2 w f (r )+σ f w f (r ) − qf (r ) ⎥ Z ( z ) ⎬ dz = 0 ⎨⎢ ⎪⎩ ⎣ ∂t ⎪⎭ ⎦

(22)

donde H es la altura del recinto. Operando de la misma manera con la ecuación correspondiente a las condiciones de borde del MDA (13), la expresión integral resulta:

∫ {[ D∇w (r) +A w (r) ] Z ( z )}dz = 0 H

0

f

f

f

(23)

Reemplazando la expresión de la densidad de energía aproximada (16) en las ecuaciones (22) y (23) y reordenando las expresiones, se obtiene el siguiente sistema de ecuaciones, correspondiente a la formulación bidimensional del MDA [8]:

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H H ⎛ d2 Z ( z) ⎞ − ∫ D Z ( z ) 2 dz ∇ 2pGf ( x, y ) + ( ∫ D ⎜ Z ( z ) ⎟ dz − 2 0 0 ⎝ dz ⎠

H

0

H

0

D Z ( z ) 2 dz

(24) H

σ f Z ( z ) dz )Gf ( x, y ) = ∫ qf Z ( z ) dz en Ω r 2

0

∂Gf ( x, y ) + Gf ( x, y ) ∫ cAlat f Z ( z ) 2 dz = 0 sobre Γ r 0 ∂n H

(25)

donde Ω r y Γ r representan el dominio en el plano horizontal y el perímetro del recinto, respectivamente. Finalmente, el nivel de presión sonora total se obtiene a partir de la expresión (14).

4. TÉCNICA DE RECOCIDO SIMULADO Es una técnica heurística de optimización combinatoria basada en la generación aleatoria de soluciones factibles cuya principal característica es la de evitar que la búsqueda de la solución finalice en óptimos locales [17]. El algoritmo comienza definiendo una configuración inicial de las variables X0 dentro de la región factible del problema. A partir de esto, se genera sucesivamente una nueva configuración X´, determinada en un dominio reducido N(X) del entorno de la configuración actual X. La región factible se establece a partir del conjunto de configuraciones que cumplen con las restricciones impuestas del problema. En cada iteración, la nueva configuración X´ es aceptada como actual, de acuerdo a la evaluación del cambio en la función objetivo ΔFO = FO(X´) – FO(X). Si el cambio es negativo (ΔFO ≤ 0), la nueva configuración será admitida como la solución actual. En caso contrario (ΔFO > 0), la aceptación del incremento será determinada en función del criterio probabilístico prob(ΔFO, T ) = exp -( ΔFO /T) > num , donde T es un parámetro de control de convergencia y num es un número aleatorio generado dentro del intervalo [0,1]. En consecuencia, las configuraciones con un valor de la función objetivo muy bajo son aceptadas incondicionalmente, mientras que las configuraciones con un valor de la función objetivo mayor son aceptadas con más probabilidad al principio, cuando el parámetro T es grande, pero a medida que avanza el proceso (y T se va reduciendo), se hacen menos probables. Así, el algoritmo permite aceptar configuraciones peores que la actual, con el fin de escapar de los mínimos locales. La función T, que determina y controla la convergencia del algoritmo, juega un rol fundamental en la eficiencia del método. En este trabajo, se utiliza una nueva función [18], cuyo principal objetivo es obtener un equilibrio entre el tiempo final de ejecución y el número de búsquedas. De esta manera se plantea Ta +1 = Ta / 1 + Ta2 . Al inicio del algoritmo se define una temperatura inicial T0 y el sistema progresa de una temperatura Ta a otra Ta +1 cuando un número de iteraciones n se ha completado. Finalmente, el proceso se repite hasta que la temperatura alcance un valor final predefinido (criterio de convergencia establecido). El esquema general del algoritmo ha sido presentado por los autores en otro trabajo [6].

5. EJEMPLO NÚMERICO Se consideró un recinto industrial multi-fuente de 4 m de altura con 6 fuentes puntuales omnidireccionales ubicadas a una altura de 1 m cada una. Se contempló una densidad de objetos (fittings) distribuidos en la mitad del recinto, correspondiente a un camino libre medio entre obstáculos λ fitt = 5.85 m. Se adoptaron 32 puntos receptores para valorar la función

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objetivo en el enfoque de identificación y 26 de ellos fueron utilizados para evaluar la restricción impuesta en la etapa de diseño óptimo ( Lp (r) ≤ 85 dB). Los puntos receptores se ubicaron a una altura de 1.5 m. El nivel sonoro total se evaluó contemplando las bandas de octava de 250 a 2000 Hz. Se adoptó un coeficiente de absorción atmosférica m = 0.0003, 0.0005, 0.001, 0.003 m-1, para las bandas de 250, 500, 1000 y 2000 Hz, respectivamente. Los coeficientes de absorción de las superficies del recinto en la situación inicial son: 0.07, 0.08, 0.08, 0.09 (piso y paredes), 0.10, 0.12, 0.15, 0.14 (fittings) y 0.10, 0.15, 0.25, 0.30 (techo) para las bandas de 250, 500, 1000 y 2000 Hz, respectivamente. El esquema del recinto y las ubicaciones de las fuentes y puntos receptores se presenta en la Figura 2. Las características acústicas de las fuentes sonoras se muestran en la Tabla 1.

Figura 2: Esquema del recinto analizado con la ubicación de las fuentes sonoras (•) y los puntos receptores ( D ;×) utilizados en el rediseño. Los puntos representados por (×) se consideran únicamente en el esquema de identificación Tabla 1: Niveles de potencia Lw y coordenadas de las fuentes Nivel de potencia sonora Lw (dB) Fuente Coordenadas (m) sonora 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz x y S1 15.6 17.5 100 105 93 90 S2 3.1 11 102 106 98 100 S3 32 11 105 110 103 101 S4 43 11 104 109 100 102 S5 15.6 2.5 107 111 103 105 S6 43 4 104 109 100 102 El enfoque propuesto de rediseño se implementó integrando los programas Matlab® y FlexPDE®, este último basado en el MEF. En la etapa de diseño, las características absorbentes de los paneles multicapa se obtuvieron implementando la rutina mencionada en la sección 3.1 en Matlab®. El campo sonoro se caracterizó resolviendo las ecuaciones diferenciales correspondientes al MDAS en FlexPDE®. El proceso de optimización se realizó en entorno Matlab® vinculando iterativamente la soluciones del MDAS y la técnica de Recocido Simulado.

5.1 Identificación El primer paso consistió en definir el dominio de búsqueda factible de las variables. Los rangos adoptados fueron: 80 ≤ Lw j ≤ 120 y 0.05 ≤ α techok ≤ 0.7. Los cálculos se realizaron para la banda de octava de 1000 Hz. Es claro que el mismo procedimiento se puede utilizar

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considerando cualquier banda de octava dentro del rango de frecuencias medias y altas donde el MDAS tiene validez. La Tabla 2 muestra los resultados del proceso de identificación. La solución óptima se encontró cerca de las 4500 iteraciones con un valor de la FO = 0.97 dB. El tiempo de cómputo empleado fue de aproximadamente 1.2 horas. Tabla 2: Resultados del proceso de Identificación para 1000 Hz Variable LwS1 LwS2 LwS3 LwS4 LwS5 LwS6 αtecho (dB) (dB) (dB) (dB) (dB) (dB) Valores medidos 93 98 103 100 103 100 0.25 Valores estimados 93 99.9 103.7 99.9 103.1 100.2 0.42 Diferencia absoluta 0.0 1.9 0.7 0.1 0.1 0.2 0.18

5.2 Diseño óptimo Se seleccionó la superficie del techo factible de recibir tratamiento acústico, a partir de la incorporación de paneles absorbentes multicapa. Para ello, se dividió dicha superficie en 4 sub-aéreas iguales: techo1, techo2, techo3 y techo4 (ver Figura 2). Se adoptaron los siguientes valores para las variables involucradas: 0 m ≤ ea ≤ 0.10 m, 0 m ≤ em ≤ 0.15 m, 5% ≤ p % ≤ 40%, 0.002 m ≤ d ≤ 0.02 m, e p = 0.001 m y R = 20000 Rayls/m, correspondiente a una lana mineral con una densidad de 100 kg/m3 [19]. Por su parte, el tratamiento sobre las fuentes sonoras contempló un encapsulamiento del tipo “ideal”, es decir, la aislación total en función de las bandas consideradas. En la Tabla 3 se muestra los distintos grados de pérdida de transmisión PT utilizados y el costo económico hipotético asociado de cada uno de ellos. Los resultados del proceso de optimización se presentan en la Tabla 4. La solución óptima se alcanzó alrededor de las 495 iteraciones con un valor de FO = 99.49 y un tiempo de computo de 4.1 horas. En la Figura 3, se muestra una comparación entre los niveles sonoros totales antes y después de la optimización. Se observa que los niveles no superan el límite preestablecido ( Lp (r ) < 85 dB) una vez implementado el tratamiento acústico. Tabla 3: Grado de pérdida de transmisión y costo económico hipotético adoptado Pérdida de transmisión (PT) Costo económico Grado hipotético ($) 250 (Hz) 500 (Hz) 1000 (Hz) (2000 Hz) 1 10 17 19 24 20 2 17 25 29 30 30 3 22 30 34 40 40 Tabla 4: Tipo de tratamiento acústico seleccionado Coeficiente de absorción (α) Variables de diseño Superficie 250 (Hz) 500 (Hz) 1000 Hz 2000 Hz ea (m) em (m) p% (%) Techo 1 0.38 0.82 0.98 0.94 0.031 0.038 19.5 Techo 2 0.75 0.89 0.86 0.96 0.073 0.055 29.2 Techo 3 0.13 0.51 0.9 0.48 0.041 0.013 16.5 Techo 4 0.15 0.49 0.86 0.49 0.054 0.01 28 Pérdida de transmisión (PT) Fuente 250 (Hz) 500 (Hz) 1000 Hz 2000 Hz S1 a S6 10 15 19 24

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d (m) 0.004 0.011 0.013 0.016


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Figura 3: Situación actual (a) y Situación optimizada (b)

6. CONCLUSIONES Se ha presentado un método efectivo para efectuar la identificación de las condiciones acústicas interiores y el diseño óptimo de distintas soluciones técnicas en un recinto industrial multi-fuente. La metodología propuesta emplea el modelo de difusión acústica bidimensional MDAS para caracterizar el campo sonoro en el rango de alta frecuencia en conjunto con la técnica de optimización Recocido Simulado. El enfoque de identificación se resolvió satisfactoriamente a partir de la minimización de una función objetivo que evalúa la diferencia, en un sentido de mínimos cuadrados, entre los niveles sonoros obtenido mediante medición directa (CATT-Acoustic™) y aquéllos estimados a partir del MDAS. Así fue posible determinar los niveles de potencia sonora de las fuentes y los coeficientes de absorción de las superficies interiores del techo. En la etapa de diseño óptimo, se estableció como función objetivo reducir el costo de implementación de distintas soluciones técnicas basadas en el encapsulamiento de las fuentes sonoras y la utilización de paneles multicapa sobre la superficie del techo, limitando el espesor del material absorbente utilizado y procurando mantener los niveles sonoros por debajo de cierto valor límite prefijado. Dicho enfoque fue resuelto adecuadamente utilizando el método de matriz de transferencia, para caracterizar las propiedades absorbentes de los paneles multicapa y el MDAS para estimar la distribución sonora en el recinto. El esquema de rediseño planteado permite obtener soluciones óptimas de carácter global empleando tiempos de cómputo relativamente bajos, a efectos de poder resolver el enfoque en tiempos razonables desde el punto de vista de las aplicaciones prácticas.

7. AGRADECIMENTOS Este trabajo es parte del proyecto “Modelos Matemáticos en Ingeniería Ambiental” (Director: Dr. V.H. Cortínez, Secyt, Universidad Tecnológica Nacional). La participación de M.E. Sequeira se ha llevado a cabo gracias a una beca posdoctoral otorgada por CONICET.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Gerges, S.N.Y. & Arenas, J.P. Fundamentos y Control del Ruido y Vibraciones, NR Editora, Florianópolis (2004).

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Rehabilitación acústica de las fachadas de recintos en los alrededores del Aeropuerto Adolfo Suarez Madrid-Barajas .

César Díaz, Antonio Pedrero & Mª A Navacerrada, Grupo de Investigación en Acústica Arquitectónica. Universidad Politécnica de Madrid. ETS de Arquitectura. Avenida Juan de Herrera nº 4, 28040 Madrid, España. cesar.diaz.sanchidrian@upm.es

RESUMEN: El aeropuerto Internacional Adolfo Suarez Madrid-Barajas está entre los aeropuertos europeos con mayor tráfico aéreo y en los últimos años ha estado sometido a trabajos de ampliación. A partir de los estudios de las evaluaciones de Impacto Ambiental de los años 1996 y 2001, ha sido necesario realizar actuaciones de mejora del aislamiento acústico a ruido aéreo en edificaciones de usos residencial, docente, sanitario y cultural situadas en el entorno del aeropuerto. El número de viviendas afectadas por la huella sonora del aeropuerto en las que se han realizado obras de mejora del aislamiento acústico es aproximadamente de 13.000. Este proyecto es uno de los mayores trabajos de mediciones acústicas in situ realizados en el mundo. En esta comunicación se muestra la metodología utilizada en el trabajo y se realiza un estudio de los resultados obtenidos en la rehabilitación de edificaciones de uso residencial. Los ensayos acústicos fueron realizados por el Laboratorio de Acústica y Vibraciones de la ETS de Arquitectura UPM, mediante la aplicación de la Norma UNE-EN ISO 140-5:1999.

KEYWORDS: Aislamiento a ruido aéreo de fachadas de recintos, rehabilitación acústica, fachadas, planes de aislamiento acústico.

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1. INTRODUCCIÓN Como resultado de los procedimientos de evaluación de impacto ambiental a los que son sometidos los proyectos de ampliación de los aeropuertos en España por parte del Ministerio de Medio Ambiente y Medio Rural y Marino, la entidad Aena Aeropuertos lleva a cabo la realización de Planes de Aislamiento Acústico (PAA) en edificios situados en el entorno de aquellos aeropuertos de su red en los que se determina que es necesario realizar actuaciones de mejora del aislamiento acústico a ruido aéreo. Estos planes de aislamiento acústico tienen como objetivo minimizar las molestias que ocasiona en el entorno de los aeropuertos el ruido producido por las aeronaves en sus operaciones de despegue, aterrizaje, rodadura, pruebas de motores, circulación de vehículos en las plataformas, etc. Los Planes de Aislamiento Acústico (PAA) se realizan en aquellas viviendas y edificaciones de usos docente, sanitario y cultural que requieran una especial protección contra la contaminación acústica, que estando incluidas dentro de la envolvente de las isófonas del aeropuerto correspondiente, (en el caso de este aeropuerto entre 52 dBA y 82 dBA), dispongan de licencia de obra con fecha anterior a la publicación en el Boletín Oficial del Estado de la resolución que le sea de aplicación, con vistas a conseguir que en el interior de los citados inmuebles se cumplan los objetivos de calidad acústica para ruido aplicables al espacio interior habitable que se recogen en la tabla B del anexo II del Real Decreto 1367/2007, de 19 de octubre, por el que se desarrolla la Ley 37/2003, del Ruido, de 17 de noviembre, en lo referente a zonificación acústica, objetivos de calidad y emisiones acústicas, Tabla 1, [1]. En la realización de estos planes de aislamiento se determinan las viviendas que están incluidas en la zona de afección. Los titulares de estas viviendas solicitan que su vivienda se incluya en el PAA. Si esta es incluida, posteriormente se realizan mediciones in situ del aislamiento acústico a ruido aéreo de las fachadas de los recintos afectados y se determina si la vivienda tiene necesidades de aislamiento acústico suplementario. Cuando la vivienda tiene necesidad de mejora del aislamiento acústico se redacta el proyecto correspondiente y una vez aprobado por la oficina de Gestión del PAA, se realizan los trabajos de rehabilitación acústica por parte de empresas especializadas. Posteriormente se realiza un muestreo de mediciones acústicas de comprobación para verificar el cumplimiento de los niveles sonoros de inmisión en los recintos. En el caso del aeropuerto objeto de este trabajo, de las aproximadamente 14.000 viviendas con derecho a solicitar mejora del aislamiento acústico, hasta la fecha se han realizado actuaciones de mejora en el 95% de ellas. El nivel de presión acústica en el interior del recinto, se determina a partir de la ecuación (1), [2]:

L2,nT = L1,2m – D2m,nT dB

(1)

Donde: L2,nT es el nivel de presión acústica medio espacio-temporal en el recinto receptor, estandarizado a un tiempo de reverberación de 0,5 s; L1,2m el nivel de presión sonora exterior a 2 m frente a la fachada, en nuestro caso el valor de la curva isófona que afecta a la fachada y D2m,nT, es la Diferencia de niveles estandarizada, [3], correspondiente a un valor de referencia

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del tiempo de reverberación en el recinto receptor, que se define mediante la ecuación (2), que es la magnitud que se mide in situ para cada recinto: D 2 m , nT  L1, 2 m  L 2  10 lg

T T0

(2)

dB

T es el tiempo de reverberación en el recinto receptor y T0 es el tiempo de reverberación de referencia; T0 = 0,5 s. A partir de los valores obtenidos en la ecuación (1), se calcula el nivel de inmisión en el recinto, en dB ponderados A, producidos por el ruido ambiental, para determinar si se cumplen los objetivos de calidad acústica de la Tabla 1. En los países de la Unión Europea existen diferentes parámetros acústicos para caracterizar el aislamiento acústico a ruido aéreo, algunos utilizan los índices globales ponderados A [ 4], o los ponderados de acuerdo con la Norma ISO 717-1.2013, [5]. Los rangos de frecuencias empleados varían de 100 Hz a 3150 Hz; de 50 Hz a 3150 Hz, y de 50 Hz o 100 Hz a 5000 Hz. Se puede probar que los niveles globales de inmisión en dBA en los recintos son prácticamente los mismos utilizando el rango de frecuencias de 100 Hz a 3150 Hz o el rango de frecuencias ampliado de 100 Hz a 5000 Hz [6]. En todos los casos en los que se ha realizado la rehabilitación se ha mejorado el aislamiento acústico a ruido aéreo de las fachadas. Con la sustitución de ventanas sin clasificar con vidrios sencillos por otras con carpinterías más estancas con unidades de vidrio aislante, se ha reducido de forma muy importante la demanda energética de los recintos y mejorado sustancialmente las condiciones de habitabilidad y confort en su interior.

Tabla 1. Objetivos de calidad acústica para ruido aplicables al espacio interior habitable de edificaciones destinadas a vivienda, usos residenciales, hospitalarios, educativos o culturales (1) Uso del edificio

Vivienda o uso residencial

Hospitalario

Educativo o cultural

Tipo de recinto

Índices de ruido Ld

Le

Ln

Estancias

45

45

35

Dormitorios

40

40

30

Zonas de estancia

45

45

35

Dormitorios

40

40

30

Aulas

40

40

40

Salas de lectura

35

35

35

((1) Los valores de la tabla, se refieren a los valores del índice de inmisión resultantes del conjunto de emisores acústicos que inciden en el interior del recinto (instalaciones del propio edificio, actividades que se desarrollan en el propio edificio o colindantes, ruido ambiental transmitido al interior).

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2. RESULTADOS EXPERIMENTALES La fachada es la parte visible de los edificios que cumple diferentes funciones. Desde el punto de vista del proyecto presenta el aspecto compositivo, de adaptación al entorno, de expresividad y personalidad del edificio. Los materiales elegidos, la relación entre partes ciegas y los huecos definen su aspecto exterior. Debe garantizar la protección térmica, acústica, de iluminación, de estanqueidad, resistencia al fuego y de estabilidad para alcanzar unas condiciones de habitabilidad. Para garantizar lo anterior las fachadas adoptan diferentes tipologías, desde cerramientos de una capa a multicapas. Se suelen llamar fachadas de un recinto a los cerramientos exteriores cuya inclinación respecto a la horizontal sea mayor de 60º. En los recintos estudiados la parte ciega de las fachada no está ventilada, y la mayoría son de fábrica de ladrillos, insertadas en estructuras porticadas. Muchas de ellas están formadas por dos hojas. La hoja exterior es de medio pie (o un pie) de ladrillo cerámico perforado, visto o enfoscado, la hoja interior es de ladrillo hueco. Tambien se han realizado mediciones acústicas en edificios con fachadas cuya parte ciega es un muro de mamposteria de espesor superior al de las de fábrica de ladrillos. Por su composición y masa por unidad de superficie, en general, la parte ciega de las fachadas objeto de estudio presenta un índice de reducción acústica frente al ruido de tráfico, RAtr entre 40 y 50 dBA. En este apartado se realiza un estudio comparativo de los valores medidos de la Diferencia de nivel estandarizada de las fachadas de recintos de viviendas de uso residencial en dos escenarios: en su situación original y después de la rehabilitación. En total se analizan 1328 casos, con diferentes sistemas de apertura y tipos de vidrios. No se analizan casos donde el número de ensayos de un sistema de apertura y tipos de vidrios es inferior a 8. Dado el elevado número de recintos estudiados y las diferentes combinaciones de sistemas de apertura y tipos de acristalamiento, se muestran en las Tablas 2, 4, 5 y 6 los resultados globales de las mediciones acústicas realizadas agrupándolas según el tipo de rehabilitación acústica efectuada. En cada tabla se muestra, en las dos primeras columnas el sistema de apertura del hueco de fachada en las ventanas o balconeras antes y después de la rehabilitación (deslizante o batiente). La gran mayoría de las ventanas originales tienen caja de persiana de obra, con la tapa de registro hacia el interior del recinto. En la tercera y cuarta columnas se indica si los vidrios son sencillos, VS, o unidades de vidrio aislante, UVA. La quinta columna expone el número de ensayos analizados de cada categoría. La sexta y séptima columnas muestran los valores globales de la Diferencia de niveles estandarizados ponderados DnT,w y DnT+ Ctr en dB obtenidos en la fachada original. La octava y novena columnas presentan los valores globales cuando la fachada ha sido rehabilitada. La mejora obtenida con la rehabilitación a ruido de tráfico aéreo se observa fácilmente para cada situación, restando los valores de las columnas 9 y 7. 2.1 Fachadas de recintos en donde se han sustituido las ventanas sencillas En este apartado se analizan 198 casos en los que en la fachada se ha sustituido la ventana sencilla original por otra ventana sencilla clasificada respecto a su permeabilidad al aire. En la Tabla 2 se muestran los resultados globales de las mediciones acústicas realizadas en recintos

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en donde se ha sustituido la ventana sencilla. La mejora de la diferencia de niveles estandarizada ponderada a ruido de tráfico DnT,w + Ctr para las diferentes configuraciones varía entre 2 y 9 dB. En la Tabla 3 se exponen los datos geométricos de los recintos objeto de estudio en este subapartado y que son bastante parecidos a los casos que se analizarán posteriormente. Tabla 2. Resultados de la diferencia de niveles estandarizada ponderada en fachadas de recintos donde se han sustituido las ventanas originales. Ventana, sistema de apertura Original Rehabilitada Deslizante

Deslizante

Batiente

Batiente

Deslizante

Batiente

Fachadas de recintos con ventanas sustituidas Vidrios Original Nº casos Original Rehabilitada DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) VS VS 8 27 25 VS UVA 9 23 22 UVA UVA 13 27 25 VS VS 14 27 26 VS UVA 9 26 24 UVA UVA 46 33 29 VS UVA 53 25 24 UVA UVA 46 27 25

Rehabilitada DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) 29 27 30 28 32 29 35 32 36 33 38 34 36 32 34 30

Tabla 3. Datos geométricos de los recintos en los que se han sustituido las ventanas originales. Ventana, sistema de apertura Original Rehabilitada Deslizante

Deslizante

Batiente

Batiente

Deslizante

Batiente

Vidrios Original VS VS UVA VS VS UVA VS UVA

Fachadas de recintos con ventanas sustituidas Nº casos Volumen, m3 Área de la fachada, m2 Área del hueco, m2 Rehabilitada Promedio Desv. est. Rango Promedio Desv. est. Rango Promedio Desv. est. Rango VS 8 26,5 9,6 (13,8; 45,9) 11,8 5,3 (4,7; 17,6) 2,2 1,6 (1; 6) (0,9; 1,6) UVA 9 33,6 15,1  (17,8; 60,9) 10,7 3,6 (5,6; 17,5) 2,6 1,7 (1,5; 14,1) UVA 13 49,6 21,6 (21,0; 86,6) 15,8 9 (7,4; 36,6) 4,8 4,2 VS 14 32,3 9,5 (20,6; 57) 14,2 5,9 (5,3; 24,6) 1,7 0,7 (0,7; 3,5) UVA 9 26,6 5,4 (20,1;36,6) 12,3 5,4 (5,8;19,5) 1,4 0,3 (0,9; 1,3) UVA 46 37,8 21,2 (18,8; 85,3) 9,6 6,1 (2,3; 38,7) 2,4 1,3 (0,7;5,9) UVA 53 35,3 19,4 (17,9; 108,19 13,2 6,9 (5,2; 41,6) 2,6 1,9 (0,9; 8,5) (1,4; 9,2) UVA 46 35 20,7 (19,0; 117,6) 10,4 5,5 (6,2; 38,4) 3,3 1,6

En las figuras siguientes se muestra de forma más detallada los resultados obtenidos en las fachadas de recintos en donde las ventanas deslizantes originales con vidrio sencillo se han sustituido por ventanas batientes con unidades de vidrio aislante, (53 casos). La figura 1 muestra los valores promedios de la diferencia de niveles estandarizada junto con la desviación típica en las fachadas originales y rehabilitadas. Se observa en el rango de las bajas frecuencias que la diferencia de niveles estandarizada entre las fachadas rehabilitadas y las originales es menor por el efecto de la frecuencia de resonancia masa-aire-masa de las unidades de vidrio aislante en las ventanas rehabilitadas. La mejora de la diferencia de niveles estandarizada ponderada a ruido de tráfico DnT,w + Ctr es de 8 dB. En la figura 2 se muestra el histograma de los resultados obtenidos de la magnitud DnT,w + Ctr antes y después de la rehabilitación.

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Ventanas sencillas sustituidas Original: deslizante, VS; Rehabilitada: batiente, UVA 50

DnT promedio ‐ ORIGINAL

DnT promedio ‐ REHABILITACIÓN

45

DnT, dB

40 35 30 25 20

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

125

100

15 Frecuencia, Hz

Figura 1. Fachadas con ventanas sencillas sustituidas.La ventana original de apertura deslizante con vidrio sencillo y la rehabilitada de apertura batiente con UVA.

Ventanas sencillas sustituidas.  Original: deslizante, VS; Rehabilitada: batiente,UVA 12 Histograma

Número de ensayos

10

DnTw+Ctr ‐ ORIGINAL

DnTw+Ctr ‐ REHABILITACIÓN

8 6 4 2 0 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 DnTw+Ctr

Figura 2. Ventanas sencillas sustituidas. Histograma de la magnitud DnT,w + Ctr antes y después de la rehabilitación.

2.2 Fachadas de recintos donde se han sustituido las balconeras sencillas En la Tabla 4 se exponen los resultados globales promedios obtenidos en los 64 casos analizados. Las mayores diferencias en los resultados se han obtenido cuando la balconera original, de apertura deslizante con vidrio sencillo o unidad de vidrio aislante, se ha sustituido por otra balconera de apertura batiente con unidad de vidrio aislante.

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Tabla 4. Resultados de la diferencia de niveles estandarizada ponderada en fachadas de recintos donde se han sustituido las balconeras originales. Balconera, sistema de apertura Original Rehabilitada

Fachadas de recintos con balconeras sustituidas Vidrios Original Rehabilitada Nº casos Original Rehabilitada DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB)

Deslizante

Deslizante

VS

UVA

9

25

23

31

29

Batiente

Batiente

VS UVA

UVA UVA

31 11

27 32

25 29

36 35

33 32

Deslizante

Batiente

VS

UVA

13

27

25

37

33

2.3

Fachadas de recintos donde se ha doblado la ventana sencilla original .

En este apartado se analizan los recintos en los que se mantuvo la ventana original y la rehabilitación ha consistido en añadir otra ventana en la parte exterior de apertura deslizante para posibilitar su limpieza. La distancia entre las hojas de los vidrios de las ventanas varía entre 12 y 14 cm. El número de ensayos analizados en este apartado es de 867. La Tabla 5 muestra los resultados promedios obtenidos en las diferentes configuraciones. La mejora de la diferencia de niveles estandarizada ponderada a ruido de tráfico DnT,w + Ctr varía entre 11 y 17 dB, dependiendo del sistema de apertura y tipos de vidrios. Tabla 5. Fachadas de recintos donde se ha doblado la ventana original, resultados de la diferencia de niveles estandarizada ponderada. Ventana, sistema de apertura Original Rehabilitada Deslizante

Deslizante

Batiente

Deslizante

Fachadas de recintos con dos ventanas Vidrios Original Rehabilitada Nº casos Original Rehabilitada DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) VS VS 496 26 25 42 39 VS UVA 20 27 25 41 38 UVA VS 140 28 26 43 39 UVA UVA 49 27 25 41 38 VS VS 131 27 25 44 40 UVA VS 22 31 29 43 40 VS UVA 9 26 24 44 41

En las figuras 3 a 7 se muestra de forma más detallada los resultados obtenidos en las fachadas de recintos en donde a las ventanas deslizantes originales con vidrio sencillo se les ha doblado con otra ventana deslizante horizontal con vidrio sencillo, (496 casos). La figura 3 muestra los valores promedios de la diferencia de niveles estandarizada junto con la desviación típica en las fachadas originales y rehabilitadas. La mejora de la diferencia de niveles estandarizada ponderada a ruido de tráfico DnT,w + Ctr es de 14 dB. En la figura 4 se muestra el histograma de los resultados obtenidos de la magnitud DnT,w + Ctr antes y después de la rehabilitación. En la figura 5 se representa la magnitud DnT,w + Ctr en función del factor de hueco de la fachada, en los dos casos de fachada original y rehabilitada no existe una correlación de la magnitud medida con el factor de hueco.

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65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

DnT promedio ‐ ORIGINAL, ventana sencilla DnT promedio ‐ REHABILITACIÓN, doble ventana

100

DnT, dB

Original: deslizante, VS;  Rehabilitada: doblada con deslizante, VS

Frecuencia, Hz

Figura 3. Fachadas donde se ha doblado la ventana sencilla original con otra ventana. La ventana original y la ventana de doblaje con apertura deslizante y vidrio sencillo.

Número de ensayos

110 100 90 80

Original: deslizante, VS;  Rehabilitada: doblada con deslizante, VS Histograma DnTw+Ctr ‐ ORIGINAL, ventana sencilla DnTw+Ctr ‐ REHABILITACIÓN, doble ventana

70 60 50 40 30 20 10 0 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 DnTw+Ctr

Figura 4. Ventanas sencillas dobladas. Histograma de la magnitud DnT,w + Ctr antes y después de la rehabilitación

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Original: deslizante, VS;  Rehabilitada: doblada con deslizante, VS DnTw + Ctr versus Factor de hueco

60

DnTw+Ctr, dB

50 DnTw+Ctr ‐ ORIGINAL

40 30 20

DnTw+Ctr ‐ REHABILITACIÓN

10 0 0

0,2

0,4 Factor de hueco

0,6

0,8

Figura 5. Ventana sencilla doblada con otra ventana sencilla. DnT,w + Ctr en función del factor de hueco de la fachada.

2.4 Fachadas de recintos donde se ha doblado la balconera original En este apartado se analizan los recintos en los que se ha mantenido la balconera original y la rehabilitación ha consistido en añadir otra balconera. La distancia entre las hojas de los vidrios de las balconeras varía entre 10 y 20 cm. El número de ensayos analizados en este apartado es de 199. La Tabla 6 muestra los resultados promedios obtenidos en las diferentes configuraciones. La mejora de la diferencia de niveles estandarizada ponderada a ruido de tráfico DnT,w + Ctr varía entre 11 y 19 dB, dependiendo del sistema de apertura de las balconeras y tipos de vidrios. Tabla 6. Resultados de la diferencia de niveles estandarizada ponderada en fachadas de recintos donde se ha doblado la balconera original Balconera, sistema de apertura Original Rehabilitada Deslizante

Deslizante

Batiente Batiente

Batiente Deslizante

Fachadas de recintos con balconeras dobladas Vidrios Original, balconera sencilla Rehabilitada, balconera doble Nº casos Original Rehabilitada DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) DnT,w, (dB) DnT+Ctr, (dB) VS VS 105 26 25 41 38 UVA VS 33 28 26 43 40 UVA UVA 37 29 27 42 38 VS VS 9 24 22 42 39 VS VS 15 27 25 42 39

En las figuras 6 y 7 se muestran de forma más detallada los resultados obtenidos en las fachadas de recintos en donde a las balconeras deslizantes originales con vidrio sencillo se les ha doblado con otra balconera deslizante horizontal con vidrio sencillo, (496 casos). La mejora promedio de la diferencia de niveles estandarizada ponderada a ruido de tráfico DnT,w + Ctr es de 13 dB.

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Original: Balconera deslizante, VS Rehabilitada: Doblada con balconera deslizante, VS 60

DnT promedio - ORIGINAL

55

DnT promedio - REHABILITACIÓN

50

DnT, dB

45 40 35 30 25 20 15

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

125

100

10 Frecuencia, Hz

Figura 6. Fachadas donde se ha doblado la balconera original con otra balconera. Las dos balconeras son de apertura deslizante y tienen vidrios sencillos Original: Balconera deslizante con VS Rehabilitada: Doblada con balconera deslizante y VS Histograma 25 DnTw+Ctr - ORIGINAL

DnTw+Ctr - REHABILITACIÓN

Número de ensayos

20

15

10

5

0 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47 49 DnTw+Ctr

Figura 7. Histograma de la magnitud DnT,w + Ctr antes y después de la rehabilitación.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] R D 1513/2005, de 16 de diciembre y RD 1367/2007 de 19 de octubre. [2] UNE–EN 12354-3. (Enero 2001). Acústica en la edificación. Estimación de las características acústicas de las edificaciones a partir de las características de sus elementos. Parte 3: Aislamiento acústico a ruido aéreo contra ruido del exterior. [3] UNE-EN ISO 140-5:1999. Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 5: Mediciones in situ del aislamiento acústico a ruido aéreo de elementos de fachada y de fachadas. [4] DB HR Protección frente al ruido del CTE. Abril 2009. [5] UNE-EN ISO 717-1:2013. Acústica. Evaluación del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 1: Aislamiento a ruido aéreo. [6] Díaz, C., Pedrero, A., Navacerrada, M.A. (2010). Influencia en los niveles globales de inmisión sonora en un recinto de la utilización del rango de frecuencias de tercio de octava ampliado de 100 Hz a 5 kHz. Aplicación al caso de recintos donde uno de sus cerramientos es una fachada. (Comunicación ASL10). 41 Congreso Nacional de Acústica y 6º Encuentro Ibérico de Acústica. EAA Simposium Europeo sobre Acústica Ambiental y Edificación Acústicamente Sostenible. ISBN 978-84-87985-19-5. León,

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paper ID: 0106 /p.1

Estudio de sistemas de ventilación natural colocados en la carpintería de la ventana y su efecto sobre los niveles de inmisión sonora en los recintos Alexander Díaz-Chyla, César Díaz, Mª A Navacerrada & Antonio Pedrero

Grupo de investigación en Acústica Arquitectónica. Universidad Politécnica de Madrid. ETS de Arquitectura. Avenida Juan de Herrera nº4, 28040 Madrid, España, cesar.diaz.sanchidrian@upm.es

RESUMEN: Una necesidad condicionada por la fisiología humana es que los recintos habitables deben contar de forma permanente con aire renovado. La obligación de ventilar de forma adecuada los recintos habitables, sin corrientes de aire y sin necesidad de abrir la ventana está establecida en España por diferentes disposiciones legales. Por otra parte, estas mismas disposiciones, establecen unos valores del aislamiento acústico a ruido aéreo in situ, D2m,nT,Atr , entre un recinto protegido y el exterior, en función del uso del edificio y del nivel sonoro continuo equivalente día Ld de la zona donde se ubique el edificio. El hacer compatibles el cumplimiento de las exigencias anteriormente citadas, origina algunas dificultades en los proyectos de edificación. En esta comunicación se muestran los resultados experimentales del índice de reducción acústica, R, de las ventanas con y sin sistemas de ventilación natural permanente en función de la frecuencia y se calculan los niveles de inmisión acústica en recintos habitables con diferentes composiciones de fachadas y distintos niveles de ruido exterior.

KEYWORDS: Aislamiento acústico a ruido aéreo, ventilación natural, ventanas, persiana integrada con ventana, niveles sonoros de inmisión.

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1. INTRODUCCIÓN Una ventana, es un elemento constructivo que sirve, de una forma funcional y estética, para cerrar el hueco de fachada. Es la parte transparente de la fachada que permite la relación interior/exterior, así como la ventilación e iluminación natural, radiación solar y la visión en ambos sentidos. Según la calidad de la ventana, número de hojas, aproximadamente el 60-80 % de la ventana es vidrio, soportado sobre unos bastidores de diferentes materiales: madera, aluminio, PVC, poliuretano y mixtos, que permiten la apertura y el cierre de la ventana y protegen el interior de las inclemencias externas y del ruido [1]. Las ventanas, con independencia de la materia prima de sus perfiles y sistema de apertura, tienen características fundamentales que afectan a la satisfacción de los requisitos básicos de la edificación. Se concretan en las siguientes características técnicas armonizadas definidas en la norma de producto UNE-EN 14351-1: “Reacción al fuego; mecanismos de seguridad para ventanas abisagradas y pivotantes; resistencia al impacto, a las acciones del viento, nieve y cargas permanentes; estanquidad al agua; emisión de sustancias peligrosas; aislamiento acústico a ruido aéreo; permeabilidad al aire; resistencia térmica y propiedades frente a la radiación solar” [2]. En España, el Código Técnico de la Edificación, CTE, (RD 314/2006 de 17 de Marzo) es el marco normativo que establece las exigencias que se deben cumplir al proyectar construir, usar, mantener y conservar los edificios, incluidas sus instalaciones, con el fin de asegurar la calidad, seguridad y salud del usuario, respetando en todo momento su entorno. Para asegurar el cumplimiento de las exigencias del CTE se han elaborado diferentes Documentos Básicos, DB, entre ellos están los documentos básicos DB HR Protección frente al ruido [3] y el DB HS 3 Calidad del aire interior [4]. Una necesidad condicionada por la fisiología humana es que los recintos habitables deben contar de forma permanente con aire renovado. Las fuentes internas del deterioro de la calidad del aire en los recintos son diversas, entre ellas están las emisiones de: los ocupantes, los materiales de construcción, la decoración, el mobiliario, así como las instalaciones de ventilación-climatización. La obligación de ventilar de forma adecuada los recintos habitables está establecida en España por diferentes disposiciones legales: DB HS 3, “Calidad del aire interior”, Reglamento de Instalaciones Térmicas en los Edificios (RITE), Ordenanzas municipales, Ordenanza de Seguridad e Higiene en el Trabajo Reglamento General de Policía de Espectáculos Públicos y Actividades Recreativas, etc. En el DB HS 3 “Calidad del aire interior” en el apartado 3.1 “Condiciones generales de los sistemas de ventilación”, se indica que las viviendas deben disponer de un sistema general de ventilación donde el aire debe circular desde los locales secos a los húmedos, para ello los comedores, los dormitorios y las salas de estar deben disponer de aberturas de admisión. Por ejemplo, para edificios de vivienda el DB HS-3 exige para dormitorios un caudal mínimo de 5 l/s·persona; en salas de estar y comedores un caudal mínimo de 3 l/s·persona. El RITE en aulas con aire de buena calidad prescribe 12,5 l/s·persona. El ruido generado por la actividad humana es uno de los contaminantes más habituales en nuestras ciudades, sobre todo debido al aumento de las fuentes de ruido de tráfico y se considera como una fuente importante de posibles trastornos para la salud de las personas (físicos, sicológicos y sociales), que por otra parte conlleva importantes efectos económicos.

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paper ID: 0106 /p.3

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El DB HR “Protección frente al ruido del CTE”, establece unos valores mínimos in situ del aislamiento acústico a ruido aéreo D2m,nT,Atr entre un recinto protegido y el exterior, en función del uso del edificio y del nivel sonoro continuo equivalente día Ld de la zona donde se ubique el edificio. Define la Diferencia de niveles estandarizada, ponderada A, en fachadas, en cubiertas y en suelos en contacto con el aire exterior para ruido de automóviles, D2m,nT,Atr como la valoración global, en dBA, de la diferencia de niveles estandarizada de una fachada, de una cubierta o un suelo en contacto con el aire exterior, D2m,nT, para un ruido exterior de automóviles. Se determina mediante la expresión: n

D2 m , nT , Atr  10. lg 10

( L Atr ,i  D 2 m ,nT ,i ) / 10

dBA

(1)

i 1

donde: D2m,nT,i es la diferencia de niveles estandarizada, en la banda de frecuencia i, en dB; LAtr,i el valor del espectro normalizado del ruido de automóviles, ponderado A, en la banda de frecuencia i, en dBA; i recorre todas las bandas de frecuencia de tercio de octava de 100 Hz a 5kHz. La Diferencia de niveles estandarizada, [5], correspondiente a un valor de referencia del tiempo de reverberación en el recinto receptor, se define mediante la ecuación (2), que es la magnitud que se mide in situ para cada recinto: D 2 m , nT  L1, 2 m  L 2  10 lg

T T0

dB

(2)

L1,2m el nivel de presión sonora exterior a 2 m frente a la fachada; L2 es el valor medio espacio-temporal del nivel de presión sonora en el interior del recinto receptor ; T es el tiempo de reverberación en el recinto receptor y T0 es el tiempo de reverberación de referencia; T0 = 0,5 s. En el DB HR Protección frente al ruido, en el caso de que el ruido sea procedente del exterior se exigen valores del aislamiento entre un recinto protegido y el exterior comprendidos entre 30 y 47 dBA, tal como se muestra en la Tabla 1. Si la fuente de ruido es producida principalmente por aeronaves, el requerimiento de aislamiento se incrementa en 4 dB. El aislamiento acústico a ruido aéreo, D2m,nT,Atr, entre un recinto protegido y el exterior debe ser al menos el que se indica en la Tabla 1, en función del uso del edificio y de los valores del índice de ruido día, Ld, definido en el Anexo I del R D 1513/2005, de 16 de diciembre [6], de la zona donde se ubica el edificio. La necesidad de incorporar sistemas de renovación de aire en las fachadas de los recintos, de forma que garanticen la adecuada renovación del aire del mismo, sin corrientes de aire y sin necesidad de abrir la ventana, ha obligado a desarrollar sistemas de aireación permanente, que acústicamente están caracterizados por la Diferencia de nivel normalizada de un elemento de construcción pequeño, Dn,e , cuyo valor se determina en laboratorio según los procedimientos de la Norma UNE EN 10140 – 2: 2011, [7]. En general, los ensayos en laboratorio del aislamiento acústico a ruido aéreo de las ventanas no incluyen los efectos de la caja de persiana, de la persiana, y de los aireadores, por lo que existe poca información disponible sobre su efecto sobre el aislamiento acústico a ruido aéreo global de la fachada de un recinto.

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En este trabajo se muestran los resultados experimentales del índice de reducción acústica, R, de las ventanas con y sin sistemas de ventilación natural permanente en función de la frecuencia y se calculan los niveles de inmisión acústica en recintos habitables con diferentes composiciones de fachadas y distintos niveles de ruido exterior. Tabla 1: Valores de aislamiento acústico a ruido aéreo, D2m,nT,Atr, en dBA, entre un recinto protegido y el exterior, en función del índice de ruido día, Ld. Aislamiento acústico a ruido aéreo, D2m,nT,Atr, en dBA, entre un recinto protegido y el exterior Uso del edificio Ld Cultural, sanitario(1), dBA Residencial y hospitalario docente, administrativo y religioso Dormitorios Estancias Estancias Aulas Ld ≤ 60 30 30 30 30 60 <Ld ≤ 65 32 30 32 30 65 <Ld ≤ 70 37 32 37 32 70 <Ld ≤ 75 42 37 42 37 Ld > 75 47 42 47 42 (1) En edificios de uso no hospitalario (edificios de asistencia sanitaria de carácter ambulatorio, como despachos médicos, consultas, áreas destinadas al diagnóstico y tratamiento, etc.)

2. MONTAJE EXPERIMENTAL Los ensayos acústicos se han realizado en las cámaras de transmisión horizontal del Laboratorio de Acústica de la ETS de Arquitectura UPM. La pared de separación entre las dos cámaras tiene un área de 10,1 m2, en ella se ha practicado una abertura de 1,25 m x 1,5 m, donde se han instalado, convenientemente selladas ,las ventanas objeto de ensayo [8]. Las muestras de ensayo han sido ventanas practicables oscilobatientes de dos hojas, de carpintería de PVC, de Clase 4 respecto a su permeabilidad al aire. Las dimensiones de las ventanas son 1,23 m x 1,48 m para el elemento total de la ventana y la caja de persiana. Cuando no hay caja de persiana, la dimensión de la ventana es 1,23 m x 1,48 m. Cuando la persiana está extendida, la distancia entre la persiana y la cara externa del acristalamiento es aproximadamente d = 60 mm. En todos los ensayos se han utilizado unidades de vidrio aislante de dimensiones 8-12-4 mm. En primer lugar se han realizado mediciones acústicas de ventanas con su bastidor y la unidad de vidrio aislante. A continuación se han vuelto a realizar los ensayos acústicos de la ventana despues de colocar sistemas de aireación permanente en el perfil del bastidor de la ventana. Posteriormente se han realizado los ensayos acústicos en ventanas con la persiana integrada con la caja de persiana dentro del hueco. Se han realizado las mediciones acústicas con la persiana replegada y extendida respectivamente. En todos los casos la apertura de la persiana ha sido manual mediante cinta. Finalmente se han vuelto a realizar los ensayos acústicos despues de colocar sistemas de aireación permanente en el perfil del bastidor de la ventana.

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3. RESULTADOS EXPERIMENTALES En este apartado se muestran los resultados experimentales del índice de reducción acústica R, en dB, en función de la frecuencia por bandas en tercio de octava, de las ventanas, o de las ventanas con persianas siguiendo los protocolos de la norma UNE-EN ISO 10140-2: 2011. La prestación acústica de las ventanas se efectúa mediante la magnitud Rw(C;Ctr) en dB. (Cuando las ventanas tiene persianas mediante las expresiones: Rw(C;Ctr)(persiana replegada) o Rw(C;Ctr)(persiana extendida)) [9]; donde Rw es el índice ponderado de reducción acústica a ruido aéreo, con los términos de adaptación del espectro, C, en referencia al ruido rosa ponderado A y Ctr, al ruido de tráfico urbano ponderado A respectivamente, de acuerdo con el procedimiento de evaluación especificado en la Norma UNE EN 717-1:2013 [10]. El índice de reducción acústica se calcula mediante la ecuación: R  L1  L2  10. lg

S A

, dB

(3)

donde: L1 y L2 son los niveles medios de presión sonora promedio en los recintos emisor y receptor, expresados en dB; S, es el área de la abertura de ensayo libre en la que se instala el elemento de ensayo, en m2; y A es el área de absorción acústica equivalente en el recinto receptor, en m2. A continuación se comparan y analizan algunos de los resultados obtenidos en las diferentes configuraciones. 3.1 Ventanas sin caja de persiana Los aireadores utilizados en este trabajo se colocan entre el marco y las hojas de la ventana, no afectan a la visibilidad de la ventana y a su soleamiento. Cada aireador tiene una longitud de 12,5 cm y su área de abertura en posición de abierto es de aproximadamente 4 cm2. Su funcionamiento se basa en combinar de manera adecuada las fuerzas gravitatorias con las fuerzas de empuje del aire en función de la diferencia de presión diferencial entre el exterior y el interior del recinto. En los ensayos de laboratorio del cálculo del caudal de los aireadores en función de la diferencia de presión diferencial, Figura 2, se comprueba que cuando la velocidad del aire supera 7,5 m/s, (brisa moderada), los aireadores se cierran automaticamente. La Figura 1 muestra un esquema de la colocación de los aireadores en la ventana. El aire del exterior entra por el espacio intermedio entre el marco y la hoja de la ventana, recorre parte del perfil de compensación de presiones y se introduce en el recinto por el aireador, situado en la parte superior de la ventana.

Figura 1. Esquema de la colocación de los aireadores en la carpintería de la ventana y la circulación del aire a su través.

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Figura 2. Caudal de aire en los sistemas de aireción permanente en función de la velocidad del viento. En la Figura 3 se muestran los valores medidos del índice de reducción acústica , R en dB, de la ventana sin aireador y con un número diferente de aireadores. Se observa que por debajo de la banda de frecuencia central 250 Hz el aislamiento de la ventana está controlado por la frecuencia de resonancia masa-aire-masa de la unidad de vidrio aislante. El efecto de la colocación de los aireadores, disminuye el índice de reducción acústica de la ventana en el rango de frecuencias centrales de 315 Hz a 1600 Hz, a frecuencias mayores, su instalación prácticamente no afecta a los valores del índice de reducción acústica de la ventana. Ventana  sin caja de persiana, aireadores  en  la carpintería  1 aireador, Rw(C;Ctr) = 38(‐1;‐2) dB

2 aireadores,Rw(C;Ctr) = 37(‐1;‐2) dB

3 aireadores, Rw(C;Ctr) = 36(‐1;‐3) dB

4 aireadores, Rw(C;Ctr) = 35(‐1;‐3) dB

Sin aireador, Rw(C;Ctr) = 40(‐1;‐2) dB 50 45 40

R, dB

35 30 25 20 15

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

125

100

10

Frecuencia, Hz

Figura 3. Índice de reducción acústica de la ventana con aireadores en la carpintería 3.2 Ventanas con caja de persiana En una ventana con caja de persiana, cuando la persiana está extendida, el sistema formado por la ventana y la persiana funciona acústicamente como un sistema de varias particiones

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[11], [12]. El aislamiento acústico global a ruido aéreo de una persiana extendida de lamas de PVC es aproximadamente Rw(C;Ctr) = 20(-1;-2) dB. Desde la perspectiva del aislamiento acústico a ruido aéreo de la ventana con persiana integrada, los resultados son los mismos con independencia de que la ventana esté colocada en el hueco o detrás del dintel. Las figuras 4 y 5 muestran los valores del indice de reducción acústica de las ventanas con caja de persiana, con un número de aireadores diferentes, con la persiana replegada o extendida. Comparación efecto aireadores   en la carpintería,  persiana replegada  1 aireador, Rw(C;Ctr) = 34(0;‐2) dB 2 aireadores, Rw(C;Ctr) =34(‐1;‐3) dB 3 aireadores, Rw(C;Ctr) = 33(‐1;‐3) dB 4 aireadores, Rw(C;Ctr) = 32(‐1;‐3) dB

50

vent con cp, sin aireadores, Rw(C;Ctr) =34(0;‐2) dB

45

R, dB

40 35 30 25 20

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

125

100

15

Frecuencia, Hz

Figura 4. Índice de reducción acústica de la ventana con caja de persiana con aireadores en la carpintería, persiana replegada. Comparación efecto aireadores  en carpintería, persiana extendida 1 aireador, Rw(C;Ctr) = 38(‐2;‐5) dB 60

2 aireadores, Rw(C;Ctr) = 37(‐1;‐4) dB

55

3 aireadores, Rw(C;Ctr) =37(‐1;‐4) 4 aireadores, Rw(C;Ctr) = 35(‐1;‐4) dB

50

sin aireador, p b; Rw(C;Ctr) = 38(‐1;‐5) dB

R, dB

45 40 35 30 25 20

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

15

Frecuencia, Hz

Figura 5. Índice de reducción acústica de la ventana con caja de persiana con aireadores en la carpintería, persiana extendida. En la Tabla 2 se presenta un resumen los valores de los índices ponderados de reducción acústica en cada uno de los casos evaluados.

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Tabla 2. Comparación de los valores el Índice ponderado de reducción acústica de la ventana con aireadores y sin aireadores en diferentes situaciones. Ventana sin caja de persiana

Sistema Rw(C;Ctr), dB Sin aireador 40(‐1;‐2)

Rw+Ctr, dB 38

Ventana con caja de persiana

Persiana extendida Rw(C;Ctr), dB Rw+Ctr, dB 38(‐1;‐5) 33

Persiana replegada Rw(C;Ctr), dB Rw+Ctr, dB 34(0;‐2) 32

1 aireador

38(‐1;‐2)

36

38(‐2;‐5)

33

34(0;‐2)

32

2 aireadores

37(‐1;‐2)

35

37(‐1;‐4)

33

34(‐1;‐3)

31

3 aireadores 4 aireadores

36(‐1;‐3) 35(‐1;‐3)

33 32

37(‐1;‐4) 35(‐1;‐4)

33 31

33(‐1;‐3) 32(‐1;‐3)

30 29

4. ESTIMACIÓN DE LOS NIVELES SONOROS DE INMISIÓN El nivel acústico en el interior del recinto puede estimarse a partir del nivel de presión acústica en el exterior medido o calculado y de la diferencia de nivel acústico estandarizado de la fachada [13]. El nivel de presión acústica en el interior de un recinto, normalizado a un tiempo de reverberación de 0,5 s se calcula mediante la ecuación (3) : L2, nT = L1, 2m – D2m, nT dB

(3)

Donde: L2,nT es el nivel de presión acústica medio espacio-temporal en el recinto receptor, estandarizado a un tiempo de reverberación de 0,5 s; L1,2m el nivel de presión sonora exterior a 2 m frente a la fachada, que en el caso de la legislación española, es el valor de la curva isófona que afecta a la fachada LAtr,i = L1,2m , el valor del espectro normalizado del ruido exterior, ponderado A, en la banda de frecuencia i, en dBA; i recorre todas las bandas de frecuencia de tercio de octava de 100 Hz a 5kHz y D2m,nT, es la Diferencia de niveles estandarizada de la fachada del recinto. Los cálculos de los niveles sonoros de inmisión se realizan para el caso de un recinto de volumen 30 m3. Se considera que la fachada es plana , su área es de 10 m2, de ellos 8 m2 son el área de la parte ciega y 2 m2 es el área de la ventana. En la Tablas 3, 4 y 5 se muestran los valores globales de inmisión calculados, en dBA, para diferentes valores del nivel sonoro continuo equivalente del ruido de tráfico incidente en la fachada del recinto. En la Tabla 3, para el caso de una ventana sin caja de persiana, y en las Tablas 4 y 5 cuando en la fachada hay una ventana con la caja de persiana integrada, con la persiana replegada o extendida.

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Tabla 3. Niveles globales de inmisión sonora en un recinto con la ventana sin caja de persiana. Nivel global de inmisión, L2A, dBA Nivel global exterior Isófona 65 dBA 70 dBA 75 dBA

V sin aireador 1 aireador 22,6 23,9 27,6 28,9 32,6 33,9

2 aireadores 3 aireadores 4 aireadores 24,5 25,9 26,6 29,5 30,9 31,6 34,5 35,9 36,6

Tabla 4. Niveles globales de inmisión sonora en un recinto con la ventana con la persiana replegada. Persiana replegada, Nivel global de inmisión,  L2A, dBA Nivel global exterior Isófona 65 dBA 70 dBA 75 dBA

V sin aireador 26,9 31,9 36,9

1 aireador 27,0 32,0 37,0

2 aireadores 27,4 32,4 37,4

3 aireadores 28,6 33,6 38,6

4 aireadores 29,9 34,9 39,9

Tabla 5. Niveles globales de inmisión sonora en un recinto con la ventana con la persiana extendida. Persiana extendida, Nivel global de inmisión,  L2A, dBA Nivel global exterior Isófona 65 dBA 70 dBA 75 dBA

V sin aireador 26,0 31,0 36,0

1 aireador 26,3 31,3 36,3

 2 aireadores 26,5 31,5 36,5

3 aireadores 26,3 31,3 36,3

Niveles de inmisión, 2 aireadores, Persiana replegada;   Ld = 70 dBA, UVA: 8(12)4 mm Ah = 20%

Ah = 30%

Ah = 40%

Ah = 50%

Ah = 60%

Niveles de inmisión, dBA

30 25 20 15 10 5

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

0

Frecuencia, Hz

Figura 6. Niveles de inmisión en un recinto en función del factor de hueco.

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4 aireadores 27,6 32,6 37,6


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Otro factor importante a tener en cuenta en el nivel de inmisión sonora en un recinto procedente del ruido de tráfico exterior es el factor de hueco de la fachada, cociente entre el área del hueco y el área total de la fachada. En la Figura 6 se muestran los resultados calculados del nivel de inmisión cuando el nivel sonoro continuo equivalente del ruido en la fachada es de 70 dBA, la persiana está replegada y en la carpintería hay 2 aireadores. Si el área de la ventana es > 2,7 m2, el nivel de inmisión aumenta de 1 a 3 dB.

5. AGRADECIMENTOS Este trabajo está patrocinado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, Proyecto BIA 2011-23731, con la contribución de varios fabricantes españoles de ventanas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Manual de producto, Ventanas (2005). ASEFAVE, Ediciones AENOR. [2] UNE EN 14351-1:2006+A1 (2011). Ventanas y puertas. Norma de producto, características de prestación. Parte 1: Ventanas y puertas exteriores peatonales sin características de Resistencia al fuego y/o control de humo. [3] DB HR Protección frente al ruido del CTE. Abril 2009 [4] DB HS 3 Calidad del aire interior del CTE. 28 Marzo 2006. [5] UNE-EN ISO 140-5:1999. Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 5: Mediciones in situ del aislamiento acústico a ruido aéreo de elementos de fachada y de fachadas. [6] R D 1513/2005, de 16 de diciembre. [7] UNE-EN ISO 10140-2: 2011. Acústica. Medición en laboratorio del aislamiento acústico de los elementos de construcción. Parte 2: Medición del aislamiento acústico a ruido aéreo. [8] UNE-EN ISO 10140-1: 2011. Acústica. Medición en laboratorio del aislamiento acústico de los elementos de construcción. Parte 1: Reglas de aplicación para productos específicos. [9] UNE-EN 14759:2006. Persianas. Aislamiento acústico a ruido aéreo. Expresión de prestaciones. [10] UNE EN 717-1: 2013. Acústica. Evaluación del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 1: Aislamiento a ruido aéreo. [11] Díaz, C; Pedrero, (2009) A. An experimental study on the effect of rolling shutter and shutter boxes on the airborne sound insulation of windows. Applied Acoustics. Vol 70 , 369-377 [12] Díaz, C.; Díaz-Chyla, A.; Navacerrada, MA. (2013) An experimental study on the effect of rolling shutters on the field measurements of airborne sound insulation of façades. Applied Acoustics. Vol 74(1) 134-140 [13] UNE –EN 12354-3. (Enero 2001). ACÚSTICA DE LA EDIFICACIÓN Estimación de las características acústicas de las edificaciones a partir de las características de sus elementos. Parte 3: Aislamiento acústico a ruido aéreo contra ruido del exterior.

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Comparación de Parámetros Acústicos Calculados Mediante Distintos Software J. Mansillaa, S. Satob, L. Rodiñoc & A. Ariasd a

Ingeniería de Sonido, Universidad Nacional de Tres de Febrero, Mosconi 2736, Sáenz Peña (B1674AHF) Provincia de Buenos Aires, Argentina, jmansilla@untref.edu.ar b Ingeniería de Sonido, Universidad Nacional de Tres de Febrero, Mosconi 2736, Sáenz Peña (B1674AHF) Provincia de Buenos Aires, Argentina, ssato@untref.edu.ar c Ingeniería de Sonido, Universidad Nacional de Tres de Febrero, Mosconi 2736, Sáenz Peña (B1674AHF) Provincia de Buenos Aires, Argentina, leo.rodino@hotmail.com d Ingeniería de Sonido, Universidad Nacional de Tres de Febrero, Mosconi 2736, Sáenz Peña (B1674AHF) Provincia de Buenos Aires, Argentina, ariasagustin89@gmail.com

RESUMEN: Los software comerciales destinados a calcular parámetros acústicos presentan diferencias entre resultados, estando diseñados a partir de los mismos estándares (ISO 3382-2009, ANSI 1.11-1986, etc.). Este trabajo realiza una revisión histórica y define los parámetros acústicos más importantes. Usando distintos software, se listan los parámetros que pueden calcular y a partir de las respuestas al impulso medidas en diferentes tipos de salas (auditorios, teatros, estudios de grabación, etc.) se comparan los resultados obtenidos y se analizan las desviaciones. Finalmente se discuten las posibles causas de error con el propósito de obtener procedimientos de cálculo más confiables.

KEYWORDS: Mediciones acústicas, programa medición, parámetros acústicos, tiempo de reverberación, ISO 3382.

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1. INTRODUCCIÓN Existen muchos programas destinados a medir y calcular parámetros acústicos, permitiendo así evaluar el comportamiento del campo sonoro en auditorios, salas de conferencias, teatros, y todos aquellos espacios donde se requiera una buena percepción de la palabra y/o de la música. Investigaciones sobre la percepción subjetiva [1] permiten identificar los parámetros acústicos más importantes para evaluar la respuesta de una sala, estando la metodología de cálculo de estos parámetros descrita en la norma ISO 3382 [2]. Sin embargo los resultados obtenidos mediante diferentes software que cumplen con la misma presentan ciertas discrepancias. El propósito de este estudio es comparar los parámetros acústicos calculados mediante alguno de los programas más utilizados, y evaluar el grado de incertidumbre de cada parámetro en las distintas bandas de frecuencia. Se utilizan parámetros monoaurales [3] [4] [5] y binaurales [6] [7] calculados a partir de 59 respuestas al impulso medidas en diferentes salas, con tiempos de reverberación comprendidos entre 0,3 y 11 s (en la banda de octava de 1000 Hz). También los parámetros acústicos de escenario [8] [9] son evaluados. No todas las respuestas al impulso fueron medidas en escenario, pero son calculados con el propósito de ser comparados.

2. REVISIÓN HISTÓRICA Existen diferentes revisiones históricas sobre los distintos parámetros acústicos que se fueron creando para la evaluación de la acústica de recintos [10] [11]. De los estudios de la variación en la absorción acústica de una sala realizados por Sabine [12] [13] surgió la ecuación de cálculo del tiempo de reverberación como parámetro descriptivo, dándole a Sabine el título de padre de la Acústica Arquitectónica. El procedimiento mediante la integración regresiva de la respuesta al impulso de una sala propuesto posteriormente por Schroeder [14] permitió medir el tiempo de reverberación de una forma más práctica. Considerando la definición original del tiempo de reverberación como el tiempo necesario para que un sonido estacionario pase a ser inaudible (60 dB), difícilmente se obtendrán relaciones de señal-ruido de esta magnitud. Se considera entonces el tiempo inicial de decaimiento entre 5 hasta 25 ó 35 dB (definido como T20 ó T30 respectivamente), extrapolándose las rectas de decaimiento hasta 65 dB. El rango inicial entre 0 y 5 dB de la respuesta al impulso no es considerado en la curva de regresión para el cálculo del tiempo de reverberación debido a que este rango usualmente se encuentra afectado por reflexiones tempranas y la curva de regresión no siempre es lineal. Siendo el tiempo de reverberación uno de los parámetros acústicos más importantes para la evaluación de salas, el rango óptimo de valores que debe comprender este parámetro para diferentes tipos de fuentes sonoras y diferentes espacios ha sido investigado [15] [16] [17]. La percepción de reflexiones singulares ha sido investigada en términos de umbral, coloración e impresión espacial [18]. Diferentes tiempos de arribo, amplitud y dirección producen diferentes efectos sobre los oyentes. La estructura temporal de la respuesta al impulso de una sala incluye unas pocas reflexiones tempranas discretas y muchas reflexiones tardías más complejas debido a la difracción, difusión y scattering de las diferentes superficies. De este modo la energía sonora en diferentes partes de la respuesta al impulso es comparada y evaluada. Es importante estudiar de forma objetiva y subjetiva no sólo los parámetros asociados a la zona de audiencia, sino también en la zona de los intérpretes en escenarios o en las fosas. El principal objetivo de diseño en estas zonas es proveer un campo acústico que permita a los

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músicos interpretar las piezas de forma amalgamada con el resto de los instrumentos. Marshall et al. [19] investigaron los efectos de las dimensiones de escenario durante la interpretación de un ensamble musical. Los parámetros relacionados con las dimensiones del escenario son el retraso temporal y la amplitud de las reflexiones. También existen estudios realizados donde se tiene en cuenta la directividad de cada uno de los instrumentos de la orquesta y la relación de sonoridad, sumados a experimentos en laboratorio realizados por Gade [8] [9], quien investigó dos aspectos sobre los músicos: el ensamble (capacidad de un músico de poder percibir el resto de instrumentos) y la reverberación en la zona donde se encuentran. El ecograma o reflectograma obtenido desde la fuente hasta el receptor fue investigado con detalle, derivando a los dos parámetros de escenario ST1 y ST2. Los estudios realizados en los años 60 sobre la relación entre la forma (principalmente sobre el ancho de la sala) y la calidad acústica de las salas de conciertos muestran la importancia de las reflexiones tempranas laterales con respecto a la impresión espacial percibida por la audiencia [20]. Para cuantificar la impresión espacial existen dos parámetros acústicos que fueron propuestos y ampliamente utilizados: IACC (Correlación cruzada interaural) [6] y LF (Fracción lateral) [7].

3. PROCEDIMIENTO Se seleccionan 59 respuestas impulsivas (27 monoaurales y 32 binaurales) obtenidas en varios puntos de diversas salas, con frecuencias de muestreo de 44100 ó 48000 Hz, profundidad de 16, 24 ó 32 bits y tiempos de reverberación comprendidos entre 0,3 y 11 s (en la banda de octava de 1000 Hz). Esta diversidad existente entre las muestras permite ampliar el panorama de evaluación, lo cual otorga un análisis estadístico comparativo de mayor precisión. Se han escogido tres de los programas más utilizados a nivel mundial para la obtención de los principales parámetros acústicos definidos en la ISO 3382. Estos son: EASERA Pro v1.2 (Electronic and Acoustic System Evaluation and Response Analysis) [21], Aurora v4.4 [22] en Adobe Audition 3.0 y Dirac v3.0. Los parámetros monoaurales elegidos para el análisis son: C80 [dB] (claridad musical), D50 [%] (definición), EDT [s] (tiempo de decaimiento temprano), T20 [s] (tiempo de reverberación), T30 [s] (tiempo de reverberación), ST1 [dB] (soporte objetivo temprano) y ST2 [dB] (soporte objetivo tardío). Por otro lado los parámetros binaurales analizados son: IACC early (correlación cruzada interaural temprana) y LF (fracción lateral). En el caso de las 32 muestras binaurales, se utilizó el canal izquierdo para el estudio de los parámetros monoaurales. Aunque el parámetro LF es calculado a partir del arreglo de un micrófono omnidireccional y un micrófono figura de ocho, las respuestas al impulso binaurales fueron utilizadas en este trabajo únicamente para investigar la variación de los resultados. A continuación se detallan los procedimientos empleados en cada programa para obtener los parámetros definidos anteriormente. 3.1 Aurora v 4.4 El paquete de plugins Aurora fue desarrollado por Farina [22] y su última versión 4.4 beta fue lanzada en Julio de 2013. Estos plugins permiten realizar cualquier tipo de evaluación acústica de salas ya que sus diversos módulos se encargan desde la generación de las señales de prueba (MLS y Sine sweep) hasta el procesamiento de los registros sonoros para obtener todos los parámetros acústicos definidos en la ISO 3382. Para reproducir, grabar, editar y almacenar las señales se utiliza el programa de edición Adobe Audition 3.0.

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A continuación se detallan los parámetros de configuración utilizados para el análisis de las muestras:  Enable noise correction: emplea un algoritmo para mejorar la relación señal-ruido de la parte final de la cola reverberante.  Compute Stage parameters: permite el cálculo de los parámetros ST1 y ST2.  Direct sound trigger: determina el umbral de la señal a partir del cual el programa detecta el aporte energético del sonido directo. Se estableció un valor de 20 dB.  Peak SPL value corresponding to FS: determina el rango dinámico de la señal. Se estableció un valor de 120 dB.  Stereo mode - two omnidirectional microphones: esta opción establece que los canales izquierdo y derecho sean analizados por separado como dos micrófonos omnidireccionales distintos.  Omni/eight microphone: Permite el cálculo del parámetro LF.  Binaural Dummy Head: Permite el cálculo del parámetro IACC early. 3.2 EASERA Pro v1.2 Este programa ha sido desarrollado por la empresa AFMG Technologies y la versión 1.2 fue lanzada al mercado en el año 2012. El programa consiste de cuatro módulos básicos, a saber: 1. Generador de señales, 2. Medición, 3. Análisis en tiempo real, 4. Post procesado de señales. Se utilizan todos los valores por defecto para cada parámetro de configuración:  Arrival time threshold: determina el umbral de la señal a partir del cual el programa detecta el aporte energético del sonido directo. El valor utilizado es de 35dB.  Octave band filter: especifica el tipo de filtro usado para realizar el análisis de las señales en bandas de octava. Se utilizan filtros IIR (infinite impulse response filter).  Noise compensation: del mismo modo que los plugins Aurora 4.4, esta opción permite ejecutar un algoritmo para aumentar la relación señal-ruido de las respuestas impulsivas, utilizándose para calcular con mayor precisión los valores del tiempo de reverberación. 3.3 Dirac v3.0 Desarrollado por la empresa Brüel & Kjær en el año 2003, Dirac v3.0 permite realizar mediciones y cálculos de todos los parámetros acústicos especificados en ISO 3382. La principal consideración con respecto al uso de este programa es que el mismo no permite trabajar con señales que tengan una profundidad mayor a los 16 bits. Por este motivo aquellas respuestas impulsivas grabadas a 24 ó 32 bits son procesadas a través del programa Adobe Audition 3.0 para convertirlas en archivos de audio de 16 bits. Por otro lado, este programa no permite modificar ningún parámetro de configuración previo al análisis, por lo tanto no se especifica ninguno.

4. RESULTADOS Debido a que los valores obtenidos para cada muestra dependen de las características acústicas donde fueron registradas, presentando valores muy diferentes entre las mismas, no pueden utilizarse métodos de análisis estadísticos como el promedio aritmético. Es por esto

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que para cada muestra son comparados los resultados por bandas de octava y se analiza el rango entre valores obtenidos, definido como la diferencia entre el valor máximo y mínimo. Es decir, en caso de que el rango sea 0 para un valor determinado, significa que todos los software han obtenido el mismo resultado. Luego se analizan los promedios de los rangos de los parámetros estudiados de todas las muestras junto con su error estándar por bandas de octava, como puede observarse en las figuras 1 a 9.

Figura 1: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro C80

Figura 2: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro D50

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Figura 3: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro EDT

Figura 4: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro T20

Figura 5: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro T30

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Figura 6: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro ST1

Figura 7: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro ST2

Figura 8: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro IACC early

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Figura 9: Promedio de rangos y errores estándar obtenidos para el parámetro LF

5. DISCUSIÓN Las posibles causas de las variaciones entre resultados pueden deberse a [23]: 5.1 Detección de la muestra inicial de la respuesta al impulso Existe un cierto periodo temporal inicial de silencio antes del sonido directo de la respuesta al impulso. La muestra inicial del sonido directo es detectada mediante un trigger de nivel, usando el nivel de ruido de fondo como referencia o una relación mediante la amplitud máxima de la respuesta al impulso. 5.2 Características del filtro en el análisis por bandas de octava Parámetros de diseño, como el orden del filtro de banda de octava o tercio de octava, pueden suponer una diferencia entre los métodos empleados por los distintos programas de cálculo una vez filtrada la señal [24]. 5.3 Corrección del retraso de filtros El filtrado de la señal en sub-bandas provoca un cierto retraso temporal. La ISO 3382 recomienda primero realizar un ventaneo temporal y posteriormente aplicar los filtros para calcular aquellos parámetros que requieren de una división temporal. Diferentes procedimientos de corrección del retraso del filtro provocan diferencias entre los parámetros acústicos calculados. 5.4 Procedimiento de corrección de ruido para la obtención de la curva de reverberación Usualmente las mediciones se realizan con ciertas condiciones de ruido de fondo, afectando a la cola de la curva de reverberación. Diferentes algoritmos para la corrección del piso de ruido afectan a la curva de regresión lineal para el cálculo del tiempo de reverberación.

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5.5 Definición del cálculo teórico de parámetros Los distintos programas definen teóricamente cómo llevan adelante el cálculo de los diferentes parámetros, siempre en referencia a la normativa correspondiente ISO 3382. Sin embargo, existen discrepancias entre los límites de integración definidos para el parámetro ST2 entre algunos de los programas y los valores establecidos en la norma.

5. CONCLUSIONES Para investigar la variación debido a los distintos algoritmos de cálculo, siete parámetros acústicos monoaurales y dos binaurales se calculan a partir de 59 respuestas al impulso con diferentes tiempos de reverberación utilizando tres software comerciales. Los resultados del análisis muestran que: 1) Los parámetros acústicos en bajas frecuencias (125 y 250 Hz) presentan mayores variaciones. Se observa una tendencia decreciente hasta los 4000 Hz y creciente en 8000 Hz. 2) Los desvíos obtenidos para el T30 son mayores que aquellos obtenidos para el EDT y T20 debido a la influencia de la corrección de ruido de fondo sobre la parte tardía de la respuesta al impulso. 3) La variación del ST2 es considerablemente mayor que el ST1 debido a diferencias en la definición teórica del cálculo del ST2 entre los programas. 4) El parámetro que menos variaciones muestra en todo el espectro de frecuencias es el IACC early.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Schroeder, M.R., Gottlob, D. & Siebrasse, K.F. Comparative study of European concert halls: correlation of subjective preference with geometric and acoustic parameters. J. Acoust. Soc. Am., 56, 1195-1201 (1974). [2] ISO 3382-1-2009. Acoustics–Measurement of room acoustic parameters–Part 1: Performance spaces. International Organisation for Standardisation, Geneva (2009). [3] Reichardt, W., Abdel Alim, O. & Schmidt. W. Abhängigkeit der grenzen zwischen brauchbarer und unbrauchbarer durchsichtigkeit von der art des musikmotives, der nachhallzeit und der nachhalleinsatzzeit. Appl. Acoust., 7, 243–264 (1974). [4] Meyer, E. & Thiele, R. Raumakustische untersuchungen in zahlreichen konzertsälen und rundfunkstudios unter anwendung neuerer messverfahren. Acustica, 6, 425-444 (1956). [5] Jordan, V.L. Acoustical criteria for auditoriums and their relation to model techniques. J. Acoust. Soc. Am., 47, 408-412 (1969). [6] Damaske, P. & Ando, Y. Interaural crosscorrelation for multichannel loudspeaker reproduction, Acustica, 27, 232-238 (1972). [7] Barron, M., & Marshall, A.H. Spatial impression due to early lateral reflections in concert halls. J. Sound Vib., 77, 211-232 (1981). [8] Gade, A.C. Investigations of musicians’ room acoustic conditions in concert halls. Part I: Methods and laboratory experiments. Acustica, 69, 193–203 (1989). [9] Gade, A.C. Investigations of musicians’ room acoustic conditions in concert halls. II: Field experiments and synthesis of results. Acustica, 69, 249-261 (1989). [10] Giménez Pérez, A., Marín Sanchis, A., Sanchis Sabater, A., Romero Faus, J., Cerdá Jordá, S. & Jorge Vanacloy, Mª D. Estudio de la evolución de parámetros acústicos que miden la calidad de salas de conciertos. 32nd Congreso Nacional de Acústica “TecniAcustica”, La Rioja (2011).

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[11] Lacatis, R., Giménez, A., Barba Sevillano, A., Cerdá, S., Romero, J. & Cibrián, R. Historical and chornological evolution of the concert hall acoustics parameters. Acoustics’08, Paris, pp. 2151-2156 (2008). [12] Sabine, W.C. Reverberation. The American Architect and the Engineering Record (1900). [13] Sabine, W.C. Collected Papers on Acoustics. No.1. Cambidge: Harvard University Press (1923). [14] Schroeder, M. R. New method of measuring reverberation time. J. Acoust. Soc. Am., 37, 409-412 (1965). [15]Cremer, L. & Müller, H. Principles and Applications of Room Acoustics. Vol. 1, Applied Science, (1982). [16] Arau, H. Dependencia del Tiempo de Reverberación con el tamaño de audiencia en salas de pública concurrencia. Revista de Acústica, 28, 7-12 (1997). [17] Kosten, J.C.W. New method for the calculation of the reverberation time of halls for public Assembly. Acusica, 16, 325-330 (1965). [18] Hidaka, T., Beranek, L.L. & Okano, T. Interaural cross-correlation, lateral fraction, and low- and high-frequency sound levels as measures of acoustical quality in concert halls. J. Acoust. Soc. Am., 98, 988-1007 (1995). [19] Marshall, A.H., Gottlob, D. & Alrutz, H. Acoustical conditions preferred for ensemble. J. Acoust. Soc. Am., 64, 1437-1442 (1978). [20] Marshall, A. H. Acoustical determinants for the architectural design of concert halls, Archit. Sci. Rev. (Australia), 11, 81-87 (1968). [21] AFMG Technologies GmbH, EASERA 1.2 EASERA Tutorial, Berlín (2012). [22] AURORA 4 Manual. [23] Venturi, A., Farina, A. & Tronchin, L. On the effects of pre-processing of impulse responses in the evaluation of acoustic parameters on room acoustics, The 21st International Congress on Acoustics, Montreal (2013). [24] IEC 61260. Electroacoustics. Octave-band and fractional-octave-band filters.

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Medición de tiempo de reverberación y caracterización acústica de la catedral de sal de Zipaquirá. J.A. Aguacíaa, D.A. Pardoa & B.J. Rodrigueza a

Facultad de Ingeniería de Sonido, Universidad San Buenaventura de Bogota, Carrera 8H #172-20, Bogotá, Colombia, jaguacia@sonidoutoipico.com

RESUMEN: En el desarrollo de este proyecto se pretende conocer el comportamiento acústico de un recinto no convencional, usado con fines eucarísticos y como centro turístico del país. El principal objetivo, es la caracterización del lugar a partir de los parámetros acústicos RASTI, %AlCons y RT. Posteriormente se establece el coeficiente de absorción, de la formación rocosa de la cual está compuesta la catedral de sal, haciendo uso de la formulación matemática expuesta por Sabine. Para esto, se realizan mediciones aplicando la ISO 3382 y utilizando el software de medición acústica EASERA, obteniendo resultados que permiten caracterizar el lugar de manera objetiva. Se encontró que el lugar tiene un tiempo de reverberación medio, adecuado para una catedral, pues está por cerca de los 5s, debido a que la formación rocosa que allí se presenta, no es absorbente y el volumen de la catedral es bastante grande (aproximadamente 37806.8 ), por otro lado los valores de %AlCons y de RASTI se presentan con una evaluación subjetiva aceptable, permitiendo que el lugar sea usado como un lugar de Oración.

KEYWORDS: Tiempo de Reverberación, %AlCons, RASTI, ISO 3382, coeficiente de absorción, Mina de Sal de Zipaquirá.

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1. INTRODUCCION. La caracterización acústica de los recintos utilizados para la difusión y el espectáculo, es una práctica que se ha venido desarrollando por mucho tiempo en distintos escenarios. En la actualidad se pueden encontrar gran número de mediciones y análisis que se llevan a cabo en espacios destinados a la oración, como lo son las catedrales, iglesias, centros católicos, cristianos y otros lugares utilizados por los religiosos alrededor del mundo. Esta catedral en particular tiene características muy particulares, que difícilmente serán replicadas en algún otro espacio. Dentro de estas resaltan su volumen, construcción, materiales y localización geográfica. La caracterización de la catedral de Sal de Zipaquirá, permitirá entender el comportamiento acústico de dicho lugar y aunque es necesario realizar otro tipo de mediciones y aplicar otras normas, para conocer las características acústicas que ofrece el material de la misma, si se puede establecer un valor aproximado, de su coeficiente de absorción. Sin embargo esta medición tendrá aportes más significativos en el área de acústica y es la obtención de %ALcons, STI/RASTI y tiempo de reverberación, que servirán para que personas interesadas en llevar cabo actividades que involucren uso de dispositivos de reproducción y difusión de audio, puedan tener una guía donde comenzar. Adicionalmente es necesario mencionar que muy cerca de Zipaquirá se encuentra la mina de sal de Nemocón, cuyo comportamiento podría resultar similar y de esta manera tomar alguno referente para su futura caracterización. Estos dos lugares son de gran importancia para la región pues son además un centro turístico del país, siendo la catedral de sal de Zipaquirá patrimonio cultural, religioso, ambiental y primera maravilla de Colombia, siendo también centro de algunos eventos sociales, políticos culturales y demás.

2. MATERIALES Y METODOS 2.1 Características generales del lugar. La mina de sal de Zipaquirá (Figura 1), esta se ubica al norte de Bogotá, en el municipio de Zipaquirá, en el departamento de Cundinamarca, Colombia. El recinto está conformada en su mayoría, por afloramiento de rute el cual consiste en una mezcla negra de fragmentos de arcillolitas, lodolitas con piritas, como producto residual en estructuras diapiricas, esta formación se puede considerar como una estructura rígida, con algunas porosidades dispersas a lo largo de a roca, las condiciones acústicas de esta roca son desconocidas pero por medio de este artículo se establecerá un coeficiente absorción medio para esta formación. El recinto tiene un volumen aproximado de 43521 y una superficie total efectiva es de 16438 , al ser esta una estructura poco uniforme y tener conexión directa con el resto de la mina, el volumen fue calculado suponiendo el lugar como completamente cerrado, aislando las naves del resto de la mina y tomando una altura promedio de 18m para toda la catedral, estos datos se calcularon por medio de levantamientos CAD (Figura 2). Los bancos que se encuentran ubicados en el interior de la catedral son de madera, no tienen ningún tipo de tapizado y no están sujetos al piso, tienen un largo total de 2.8m y un ancho de 0.37m. Estos se distribuyen de la siguiente manera: En la nave central hay 48 sillas repartido en dos filas, 20 sillas están ubicadas justo atrás de la “Creación de Ada ” (La creación de Adam es un monumento ubicado en la mitad de la catedral. Figura 3)10 por fila. Las otras 38 sillas están ubicadas delante de la “Creación de Ada ” y llegan hasta el frente, estas se dividen en dos filas de 19 cada una, en la nave de la

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resurrección y en la nave del nacimiento se cuenta con 8 sillas, cada una y a su vez estas se dividen en dos filas de 4 cada una.

Figura 1: Plano de la catedral de Sal de Zipaquirá. Este plano no se encuentra en la escala mencionada, pues es necesario reducir su tamaño para poder adjuntarlo a este documento, este documento fue cedido por las directivas de la catedral en un archivo PDF.

Figura 2: Levantamiento CAD de la catedral de sal de Zipaquirá utilizado para hallar el volumen y superficie total de la estructura, adicionalmente este levantamiento fue utilizado confrontar las mediciones con una simulación hecha en EASE.

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Figura 3: Monumento “La creación de Adam” Ubicado en el centro de la nave de la vida. 2.2 Descripción del Proceso. 2.2.1 Distribución y equipamiento: La medición de la catedral de Sal de Zipaquirá, se llevó a cabo con tres posiciones de fuente, un total de 70 posiciones de micrófono y con 4 repeticiones por punto de medición, esta disposición se muestra en la figura 4, por medio del software EASE, donde se muestran todos los puntos de medición, pero cabe decir que dependiendo la posición del a fuente algunos puntos no se tomaron debido a la cercanía con la fuente.

Posiciones De Fuente. Posiciones de Micrófono.

Figura 4: Distribución de las fuentes sonoras, utilizadas en la medición del tiempo de reverberación de la catedral de sal de Zipaquirá.

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Las primera posición de fuente estuvo ubicada en el centro de la nave de la vida, justo delante de la “Creación de Ada ” para esta posición de fuente se tomaron 16 posiciones de micrófono en la misma nave, las naves de nacimiento y de la resurrección utilizaron 4 posiciones de micrófono en cada posición de fuente. La segunda posición de fuente se ubicó en la parte trasera de la nave de la vida y se implementaron un total de 14 posiciones de micrófono en esa misma nave y adicionalmente los puntos de las naves de la vida y resurrección. Por último la tercera posición de fuente se ubicó en el presbiterio y se implementó un total de 18 posiciones de micrófono en la nave central y las posiciones fijas de las naves laterales. El objetivo principal de esta distribución de puntos de medición es la caracterización de las áreas de escucha y ver el comportamiento acústico en estas zonas. Los micrófonos estuvieron ubicados a 6 metros entre punto y punto. Para esta medición se utilizaron los siguientes dispositivos: una fuente omnidireccional 01db OMNI12, potencia power 12, dos micrófonos de medición Beringher ECM 8000, un computador portátil con el Software EASERA versión 1.2.12. Y una estación meteorológica Davis Vantage Vue. La señal utilizada para excitar el lugar fue ruido rosa y fue generado desde el software EASERA (ver Figura 4). 2.2.2 Medición del tiempo de reverberación de acuerdo a la norma técnica ISO 33821: Esta medición se lleva a cabo de acuerdo a la norma técnica [1] ISO 3382-1, se dispuso un estado de ocupación “desocupado”, el grado de precisión se puede clasificar como “medición de precisión” con tres posiciones de fuente, un total de 70 posiciones de micrófono y cuatro repeticiones por punto, el método de medición elegido fue el de fuente interrumpida, los micrófonos fueron ubicados a 1.2m de altura con una angulación de 45°, la fuente tuvo una altura 1.5m y se utilizó ruido rosa con un nivel de la señal superior a 45dB por encima del nivel de ruido de fondo, que en este caso se puede caracterizar con una curva NC 30. La distancia mínima entre la fuente y los micrófonos fue obtenida de acuerdo a la norma [1] ISO 3382 y es de 10.06m, los datos fueron promediados aritméticamente y la incertidumbre se llevó a cabo por bandas de tercio de octava (ver tabla 1). Tabla 1: Incertidumbre obtenida al medir el Tiempo de reverberación de la Catedral de Sal de Zipaquirá T30 por bandas de tercio de octava. Frecuencia (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 B 23.0 28.8 36.8 46.0 57.5 72.5 92.0 115.0 144.9 184.0 230.0 287.5 368.0 460.0 575.0 724.5 920.0 N 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 280.000 T30 9.07 8.41 7.81 7.41 6.57 6.08 5.67 5.12 4.86 4.46 4.16 3.83 3.44 3.11 2.73 2.30 2.07 σ 0.025 0.022 0.019 0.016 0.014 0.012 0.010 0.009 0.007 0.006 0.005 0.005 0.004 0.003 0.003 0.002 0.002

5000 1150.0 280.000 1.66 0.002

3 RESULTADOS Y DISCUSIÓN. En esta medición se obtuvieron los tiempos de reverberación de la catedral de sal de Zipaquirá, de acuerdo a la norma [1] ISO 3382-1, el propósito de esta norma es la caracterización acústica del lugar siendo esta una de las maravillas turísticas de Colombia. Una de los atractivos de este lugar es su arquitectura no convencional. Esta catedral se encuentra ubicada al interior de una montaña donde se explota la sal, su forma geométrica es regular pero las superficies presentan relieves debido a que estas fueron talladas por los mineros. En la figura 5 se muestra el T30 final, obtenido de la primera posición de fuente. Debido a su regularidad geométrica y la uniformidad de sus materiales la catedral de sal tiene

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un tiempo de reverberación homogéneo y no hay lugares que presenten variaciones drásticas, donde el tiempo de reverberación sea diferente.

Figura 5: Tiempo de reverberación de la Catedral de Sal de Zipaquirá T30 por bandas de tercio de octava utilizando la posición de fuente 1.

Figura 6: Tiempo de reverberación de la Catedral de Sal de Zipaquirá T30 por bandas de tercio de octava utilizando la posición de fuente 2.

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Figura 7: Tiempo de reverberación de la Catedral de Sal de Zipaquirá T30 por bandas de tercio de octava utilizando la posición de fuente 3.

En las figuras 6 y 7 se muestran los datos obtenidos de las posiciones de fuente dos y tres respectivamente, como se mencionó anteriormente el comportamiento en cuanto al tiempo de reverberación es homogéneo y se puede apreciar la similitud entre sus resultados. Al tener estas tres posiciones de fuente se realizó un promedio aritmético de todos los datos obtenido y son presentados en la figura 8. En esta tabla se muestra el tiempo de reverberación T30 con el que se puede caracterizar la catedral de sal de Zipaquirá. Otro objetivo que se tenía al iniciar esta medición era poder establecer un valor medio de absorción de la roca que compone la catedral de sal, esta aproximación es posible, pues la catedral está conformada en su totalidad por este afloramiento de rute y basándonos en la ecuación de Sabine (ver Ecuación 1) y comprobando su valides con las simulaciones echas con el software EASE. (1)

̅

Donde RT es el tiempo de Reverberación en segundos [s]. V es el volumen de la Sala en metros cúbicos [ ]. es el área efectiva de la sala en metros cuadrados [ ]. Es el coeficiente medio de absorción. Y 4mV es una constante que depende de la humedad relativa y de la frecuencia [2].

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Figura 8: Tiempo de reverberación de la Catedral de Sal de Zipaquirá T30 por bandas de tercio de octava, que caracterizan la catedral de sal en su totalidad el valor RT medio es de 4.68s. Se puede establecer este valor conociendo la humedad relativa, el volumen y el RT. Valores que fueron medidos en el proceso, posteriormente se aplica la ecuación de Sabine y de esta manera se obtiene un valor de absorción por banda de tercio de octava que se expone en la tabla 2. Por supuesto sería muy interesante que la medición de la absorción de este material fuera llevado a cabo en laboratorios y se pudiera establecer más rigurosamente su comportamiento acústico. Tabla 2: Coeficiente de absorción estimado por bandas de tercio de octava, del afloramiento de rute del cual están hechas las superficies de la Catedral de Sal de Zipaquirá. Frecuencia (Hz) 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 α 0.0 5 0.0 5 0.0 5 0.0 6 0.0 6 0.0 6 0.0 6 0.0 6 0.0 6 0.0 6 0.0 6 0.0 7 0.0 7 0.0 7 0.0 8 0.0 9 0.1 0 0.1 0

Adicionalmente al iniciar estas mediciones y aprovechando las facilidades del software de medición EASERA se querían obtener valores de %Alcons y STIRASTI. Para poder brindarle más información sobre este lugar a la comunidad que utiliza este espacio arquitectónico.

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Los resultados del %Alcons para distancias menores a 3xDc (tres veces la distancia crítica, esta equivale a distancias menores a 20m), que toman valores de 3 hasta 17, de tal manera el STI/RASTI toma valores de 0.47 hasta 073, dando como resultado una evaluación subjetiva entre buena y aceptable. De acuerdo a la tabla 3, donde se muestran valores asociados al STI/RASTI y al %ALcons que ha sido medido por diferentes investigadores. Con estos resultados se puede inferir la necesidad de un sistema de refuerzo sonoro para poder entender con mayor claridad al orador. Tabla 3: Coeficiente de absorción estimado por bandas de tercio de octava, del afloramiento de rute del cual están hechas las superficies de la Catedral de Sal de Zipaquirá Esta tabla se toma de toma del libro de Carrion (1998). %ALcons STI/RASTI Valoración Subjetiva 1.4% - 0% 0.88 – 1 Excelente 4.8% - 1.6% 0.66 – 0.86 Buena 11.4% - 5.3% 0.50 – 0.64 Aceptable 24.2% - 12% 0.36 – 0.49 Pobre 46.5% - 27% 0.24 – 0.34 Mala Los resultados que se obtuvieron permiten caracterizar este lugar acústicamente, por primera vez y trata de exponer los valores más relevantes para entender su comportamiento. Con estos resultados se facilitara el trabajo a las personas que estén interesadas en llevar a cabo un evento que requiera un refuerzo sonoro, pues los temas de tratamiento acústico son muy difícil de implementar debido a la arquitectura que presenta y que se quiere mantener en el lugar.

6. AGRADECIMENTOS Quisiéramos agradecer a la Universidad de San buenaventura por brindarlos los equipos necesarios para llevar a cabo esta medición, adicionalmente agradecer a la parte administrativa y operaria de la Catedral de Sal de Zipaquirá por su acompañamiento y apoyo en esta actividad académica, finalmente a la FIA, por permitirnos presentar nuestro trabajo ante la comunidad científica.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] EN ISO 3382-1:2009. Acoustics -- Measurement of room acoustic parameters -- Part 1: Performance spaces. (2009). [2] Isbert Carrión Antoni. Diseño acústico de espacios arquitectónicos, Ediciones UPC, Barcelona (1998).

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Evaluación de la difusión acústica de recintos a partir de parámetros asociados a la reverberación I.T. Servína, D. Sánchezb & G. Ávilac a

Escuela Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica, Instituto Politécnico Nacional, Unidad Profesional Lic. Adolfo López Mateos, México,D.F., ilhuicaminas@yahoo.com.mx b Icosónica, Estado de México, México, dslascarez@icosonica.com c Icosónica, Estado de México, México, gpeavila@icosonica.com

RESUMEN: La caracterización acústica del campo difuso en los recintos ha cobrado importancia hoy en día debido principalmente a dos razones: la primera de ellas busca explicar la falta de reproducibilidad de las mediciones del coeficiente de absorción acústica de los materiales en una cámara reverberante; la segunda razón obedece a la necesidad de predecir el desempeño de los elementos difusores en el proceso de diseño acústico de recintos. En este trabajo se propone evaluar la difusión acústica de un recinto ordinario, a partir del análisis de parámetros descriptores de la reverberación, como el T30 y el EDT, obtenidos mediante la respuesta al impulso, y del comportamiento espacial del espectro acústico.

KEYWORDS: Acoustic diffusion, diffusion evaluation, reverberation

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1. INTRODUCCIÓN La difusión acústica está asociada a un campo sonoro difuso. Un campo sonoro en un recinto es difuso si se dan las dos condiciones siguientes: 1) En cualquier posición en el recinto las ondas sonoras reverberantes inciden desde todas las direcciones con igual intensidad y relaciones de fase aleatorias. 2) El campo de sonido reverberante es el mismo en todas las posiciones en el recinto [1]. La importancia del estudio del campo difuso radica en el hecho de que las ecuaciones de tiempo de reverberación, se basan, explícita o implícitamente, en condiciones de energía acústica difusa en el recinto [2]. Las ecuaciones de tiempo de reverberación son parte fundamental en los procesos de diseño de acondicionamiento acústico y de determinación de la absorción acústica de los materiales. En el proceso de diseño de acondicionamiento acústico suelen utilizarse para calcular el tiempo de reverberación las ecuaciones de Sabine y Norris - Eyring. Para realizar este cálculo se requiere conocer los coeficientes de absorción acústica de los materiales, la superficie que ocupa cada uno de ellos, el volumen y la superficie total del recinto. De acuerdo con la norma ISO 354 [3], para determinar la absorción acústica de los materiales en una cámara reverberante hay que medir el tiempo de reverberación promedio de la cámara reverberante vacía T1 y el tiempo de reverberación promedio de la cámara con el espécimen bajo prueba en su interior T2. A partir de estos tiempos, se calcula, usando la ecuación de Sabine, el área equivalente de absorción sonora AT y el coeficiente de absorción de incidencia aleatoria s del espécimen bajo prueba. Recientemente se ha reportado la falta de reproducibilidad de los resultados al determinar el coeficiente de absorción, debida principalmente a las diferencias entre las condiciones de difusión entre las cámaras reverberantes de los laboratorios [4]. Esta incertidumbre repercute inevitablemente en los resultados del diseño del acondicionamiento acústico. Por otra parte, según la norma ISO 10140 [5], la determinación en condiciones de laboratorio de la pérdida por transmisión de un material, también supone el cumplimiento de condiciones de difusión para que los resultados sean válidos. Aun cuando no es posible conseguir un campo sonoro totalmente difuso, Ward y Randall [6] han sugerido las siguientes características para describir un campo sonoro difuso ideal:  Las irregularidades del campo sonoro, con respecto al espacio y la frecuencia, obtenidas a partir de mediciones de estado estacionario deben ser despreciables.  Las irregularidades de la característica de decaimiento deben ser despreciables.  Los decaimientos deben ser exponenciales, es decir, estarán representados de manera gráfica mediante líneas rectas en una escala logarítmica.  El tiempo de reverberación del recinto será el mismo en todos los puntos de medición.  La característica de decaimiento será la misma para todas las frecuencias.  La característica de decaimiento será independiente de las características direccionales del micrófono de medición.

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Otra característica que implica que el campo sonoro difuso sea ideal es la distribución espacial uniforme del nivel de presión acústica en estado estacionario en el recinto [1]. Quizá por ello algunos autores sugieren que esta característica sea la meta ideal de diseño a lograr en el acondicionamiento acústico de algunos espacios arquitectónicos. Pero el exceso de difusión impide también localizar la fuente de sonido [7]. Cabe mencionar que en recintos pequeños es difícil conseguir suficiente difusión en bajas frecuencias, debido a los modos normales de resonancia del recinto. En el caso de tener un campo sonoro totalmente difuso, los parámetros asociados a la reverberación como el tiempo de reverberación y el tiempo de decaimiento inicial (Early Decay Time, EDT) no cambiarían con la posición en el recinto. No deja de sorprender que en varios de los recintos analizados por Sabine [8], los valores del tiempo de reverberación medidos resultaran muy próximos entre sí, con una resolución de centésimas de segundo, considerando los recursos de medición con los que contaba en su época. Aunque el campo sonoro difuso se puede identificar teóricamente, no hay un método que sea ampliamente aceptado para valorar de manera experimental el comportamiento de la difusión en un recinto. Este trabajo busca documentar una manera de evaluar experimentalmente la difusión de un recinto ordinario, a partir del análisis de parámetros descriptores de la reverberación, como el T30 y el EDT, obtenidos mediante la respuesta al impulso, y de la uniformidad espacial del espectro, para diferentes combinaciones de elementos absorbentes y difusores dispuestos en el interior del recinto bajo prueba.

2. DESARROLLO Se usó un sistema de mediciones acústicas asistido por computadora [10] que está conformado por computadora y software, interfaz de audio, amplificador, altavoz, micrófono y preamplificador, como se muestra en la Figura 1.

Figura 1: Elementos que conforman el sistema de medición. El espacio en el que se realizaron las mediciones fue un cuarto vacío de una casa habitación con dimensiones aproximadas de 2.97 m x 3.47 m x 2.27 m.

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Se midió el tiempo de reverberación T30 y el tiempo de decaimiento inicial EDT conforme lo establece la norma ISO 3382 [10], en bandas de tercios de octava, en cinco puntos, tal como se muestra en la Figura 2.

Figura 2: Distribución de los puntos de medición (P1-P5). El micrófono se colocó en cada punto a una altura de 1.4 m. Aunque se realizaron experimentos con diferentes señales de prueba, como ruido rosa, MLS y barrido logarítmico, se optó por utilizar barrido logarítmico al observar que ofrecía mejor repetibilidad de los resultados. La fuente sonora, conformada por un arreglo de ocho altavoces se colocó en una de las esquinas inferiores del recinto, tal como se muestra en la Figura 2. Asimismo se midió en cada uno de los cinco puntos el espectro acústico en bandas de tercios de octava, a fin de observar la uniformidad de los niveles de presión acústica con respecto a la posición y a la frecuencia. Se consideraron cinco condiciones de prueba; cuatro para diferentes combinaciones de elementos difusores y absorbentes en el interior del recinto, y una con el recinto vacío. Los difusores semiesféricos son rígidos, tienen un diámetro de 1 m y un arco de 106.8 cm. Los elementos absorbentes utilizados fueron placas de lana mineral de una pulgada de espesor, con una densidad de 8 lb/ft3. A continuación se describen cada una de las condiciones de medición. Condición 1. Con ocho difusores semiesféricos. Cuatro de ellos se colocaron en tres de los muros. Los cuatro restantes se dispusieron en el piso. En la Figura 3 se muestra la disposición de los elementos difusores.

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Figura 3: Condición de prueba 1, con ocho difusores semiesféricos. Condición 2. Con ocho difusores y doce elementos absorbentes distribuidos. Los difusores se mantuvieron en las mismas posiciones de la condición 1. Los elementos absorbentes se distribuyeron uniformemente en los muros y en el piso. La Figura 4 ilustra la distribución de los elementos difusores y absorbentes.

Figura 4: Condición de prueba 2, con ocho difusores y doce elementos absorbentes. Condición 3. Con cuatro difusores y doce elementos absorbentes distribuidos. Se conservaron los difusores colocados en los muros y los doce elementos absorbentes en las mismas posiciones de la condición 2. Condición 4. Con cuatro difusores. Se conservaron los difusores colocados en los muros y se quitaron los elementos absorbentes. Condición 5. Recinto vacío, sin difusores ni absorbentes.

3. RESULTADOS Para evaluar el grado de difusión del recinto bajo prueba, se ha buscado por una parte analizar la uniformidad de los niveles del espectro acústico en estado estacionario, en función de la posición en el recinto.

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10.00 9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00 2.00 1.00 0.00

Condición 1 (con 8 difusores) Condición 4 (con 4 difusores) Condición 5 (recinto vacío)

16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000

Desviación estándar (dB)

En la Figura 5 se muestran las desviaciones estándar de los niveles de presión acústica en cada punto de medición, con las condiciones 1, 4 y 5.

Frecuencia (Hz)

Figura 5: Desviaciones estándar de los niveles de presión acústica en cada punto de medición, con las condiciones 1, 4 y 5. En la Figura 6 se muestran las desviaciones estándar de los niveles de presión acústica en cada punto de medición, bajo las condiciones 2 y 3.

Desviación estándar (dB)

8.00

Condición 2 (con 8 difusores y absorción distribuida)

7.00

Condición 3 (con 4 difusores y absorción distribuida)

6.00 5.00 4.00 3.00 2.00

1.00 16 20 25 31.5 40 50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 6300 8000 10000 12500 16000 20000

0.00

Frecuencia (Hz)

Figura 6: Desviaciones estándar de los niveles de presión acústica en cada punto de medición, bajo las condiciones 2 y 3. En general, las mayores desviaciones del nivel de presión acústica se presentan en bajas frecuencias, por debajo de la banda de 80 Hz. Las desviaciones del nivel de presión acústica a partir de la banda de 80 Hz no muestran una diferencia significativa entre las cinco condiciones de prueba.

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Por otra parte, otro aspecto considerado para evaluar la difusión es el análisis de la uniformidad de los tiempos de reverberación en los diferentes puntos de medición. Para ello, se tomarán como referencia los valores de T30 y EDT.

T30 (s)

En la Figura 7 se muestran los tiempos de reverberación T30 promedio en cada punto de medición, con las condiciones 1, 4 y 5. 3.5

Condición 1 (con 8 difusores)

3.0

Condición 4 (con 4 difusores)

2.5

Condición 5 (recinto vacío)

2.0 1.5

1.0 0.5

8000

6300

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

80

63

0.0

Frecuencia (Hz)

Figura 7: Tiempos de reverberación T30 promedio en cada punto de medición, con las condiciones 1, 4 y 5. Se nota que la condición 1 (con ocho difusores) presenta el menor tiempo de reverberación respecto a la condición 5 (recinto vacío). La condición 4 (con cuatro difusores) tiene un tiempo de reverberación mayor que la condición 1. Sin embargo, las dos condiciones con difusores tienen la misma tendencia, excepto en la banda de 315 Hz, en la cual el tiempo de reverberación es prácticamente el mismo. La diferencia entre tiempos de reverberación entre las condiciones 1 y 5 es mayor que entre las condiciones 1 y 4, a partir de la banda de 125 Hz.

Desviación estándar (s)

En la Figura 8 se muestran las desviaciones estándar de los tiempos de reverberación T30 en cada punto de medición, bajo las condiciones 1, 4 y 5. 0.40

Condición 1 (con 8 difusores)

0.35

Condición 4 (con 4 difusores)

0.30

Condición 5 (recinto vacío)

0.25

0.20 0.15 0.10

0.05 8000

6300

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

80

63

0.00

Frecuencia (Hz)

Figura 8: Desviaciones estándar de los tiempos de reverberación T30 en cada punto de medición, bajo las condiciones 1, 4 y 5.

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A partir de la banda de 400 Hz, las desviaciones del tiempo de reverberación son menores para las condiciones 1 y 4. En la Figura 9 se muestran los tiempos de reverberación T30 promedio en cada punto de medición, para las condiciones 2 y 3. 3.0

Condición 2 (con 8 difusores y absorción distribuida)

2.5

Condición 3 (con 4 difusores y absorción distribuida)

T30 (s)

2.0

1.5 1.0 0.5

8000

6300

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

80

63

0.0

Frecuencia (Hz)

Figura 9: Tiempos de reverberación T30 promedio en cada punto de medición, en las condiciones 2 y 3. Los tiempos de reverberación entre las condiciones 2 y 3 son prácticamente iguales, excepto en las bandas de 100 a 250 Hz, donde la diferencia es menor a 0.5 s. En la Figura 10 se muestran las desviaciones estándar de los tiempos de reverberación T30 en cada punto de medición, con las condiciones 2 y 3. 0.70

Condición 2 (con 8 difusores y absorción distribuida)

Desviación estándar (s)

0.60

Condición 3 (con 4 difusores y absorción distribuida)

0.50 0.40 0.30

0.20 0.10

8000

6300

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

80

63

0.00

Frecuencia (Hz)

Figura 10: Desviaciones estándar de los tiempos de reverberación T30 en cada punto de medición, con las condiciones 2 y 3. Las desviaciones entre las condiciones 2 y 3 son similares y menores a 0.1 s a partir de la banda de 160 Hz.

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Los resultados del EDT no se muestran por una cuestión de espacio; sin embargo, se puede comentar que las diferencias entre los tiempos de decaimiento inicial EDT promedio son similares a las que se observan entre los tiempos de reverberación T30 promedio, entre las condiciones 1, 4 y 5 y entre las condiciones 2 y 3. Asimismo, las desviaciones de los valores de EDT son en general mayores a las desviaciones de los tiempos de reverberación T30 para las condiciones mencionadas.

Desviación estándar (s)

En la Figura 11 se muestran las desviaciones estándar de los tiempos de reverberación T30 y de los tiempos de decaimiento inicial EDT, en cada punto de medición, bajo la condición 1. 0.45

T30

0.40

EDT

0.35 0.30 0.25

0.20 0.15 0.10 0.05

8000

6300

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

80

63

0.00

Frecuencia (Hz)

Figura 10: Desviaciones estándar de los tiempos de reverberación T30 y de los tiempos de decaimiento inicial EDT, en cada punto de medición, bajo la condición 1.

4. CONCLUSIONES La difusión es una propiedad acústica importante que interviene en la determinación del coeficiente de absorción y la pérdida por transmisión de los materiales. De igual manera, es una condición necesaria para la validez de las ecuaciones del tiempo de reverberación y deseable para crear la impresión subjetiva de espacialidad en un recinto. Por consiguiente, resulta necesario contar con formas viables de evaluar experimentalmente el comportamiento de la difusión tanto en los recintos ordinarios como en los de laboratorio. Con este trabajo se ha buscado evaluar la difusión en un recinto ordinario en función de la uniformidad espacial del espectro y de los parámetros asociados al tiempo de reverberación como el T30 y el EDT. Con respecto a los resultados es observable que:  Las desviaciones del comportamiento espacial del espectro resultaron más apreciables para la combinación de difusores con absorbentes que cuando solo se tienen difusores.  Los elementos difusores utilizados disminuyen apreciablemente el tiempo de reverberación respecto al recinto vacío. Cuando en el recinto se tiene la combinación de elementos difusores y absorbentes, el efecto de la reducción del tiempo de reverberación es menor y sólo se aprecia en frecuencias bajas.

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 Las desviaciones en el tiempo de reverberación son menores cuando se tiene la combinación de elementos difusores y absorbentes que cuando solo se tiene difusores. El efecto de los difusores en el intervalo de frecuencias donde son eficaces es notorio cuando se comparan las desviaciones del tiempo de reverberación cuando el recinto está vacío y cuando está con difusores. Se prevé para un trabajo futuro analizar las variaciones que presentan las curvas de decaimiento asociadas a la medición del tiempo de reverberación en función de la posición en el recinto y de la frecuencia, especialmente en el intervalo de bajas frecuencias, en donde es más difícil conseguir buena difusión, debido a la influencia de los modos normales de resonancia del recinto. Se anticipa que para poder mejorar la difusión en bajas frecuencias, la dimensión de los elementos difusores tendría que ser comparable con la longitud de onda del sonido a esas frecuencias.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Hodgson, M. When is diffuse-field theory accurate? Wallace Clement Sabine Centennial Symposium, Cambridge, Massachusetts, Acoustical Society of America, pp 157-160 (1994). [2] Rettinger, M. Acoustic Design and Noise Control, Chemical Publishing Co. (1973). [3] International Standard ISO 354. Acoustics - Measurement of sound absorption in a reverberant room (2003). [4] Vercamenn M. & Lautenbach M. Can we use the standard deviation of reverberation time to describe diffusion in a reverberant chamber? AIA-DAGA, Merano (2013). [5] International Standard ISO 10140. Acoustics – Laboratory measurement of sound insulation of building elements – Part 1 (2010). [6] Ward F.L. & Randall K.E. An investigation of reverberation time variations and diffusion of sound in small rooms. Report No. B-070, BBC (1959). [7] Everest A.F. & Pohlmann K.C. The Master Handbook of Acoustics, Fifth edition, McGraw-Hill (2009). [8] Sabine W.C. Collected Papers on Acoustics, Peninsula Publishing (1992) [9] Sánchez D. & Ávila G. Medición del tiempo de reverberación de espacios arquitectónicos mediante sistemas asistidos por computadora, Tesis profesional ESIME (2013). [10] International Standard ISO. Acoustics – Measurement of the reverberation time of rooms with reference to other acoustical parameters (1997).

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Reacondicionamiento y Caracterización Acústica de la Cámara de Reverberación del CIAL-UNC C.C. Herrán, A.R. Maristany & D.A. Moyano Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas - CIAL, Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Córdoba, CP5000, Argentina, arturo.maristany@gmail.com

RESUMEN: La cámara de reverberación del Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas de la Universidad Nacional de Córdoba, es una sala construida a principios de la década de 1960, con un volumen total de 204 m3 destinada a la medición de la absorción acústica. En los últimos tiempos se han realizado intervenciones a la misma destinadas principalmente a mejorar las condiciones de difusión del campo sonoro y corregir la presencia de modos normales en BF. Se presenta en esta ponencia los resultados del trabajo de caracterización acústica de la Cámara, la metodología utilizada y las conclusiones alcanzadas. Asimismo se exponen las intervenciones realizadas y los resultados obtenidos en la etapa final. Para la evaluación han sido medidos los Tiempos de Reverberación, la uniformidad y la distribución del Campo Sonoro. Se han incorporado y evaluado nuevos elementos difusores complementarios al difusor rotativo original de la cámara, siguiendo los criterios fijados por la ISO 354.

KEYWORDS: absorción acústica, modos normales, reverberación

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1. INTRODUCCIÓN La principal aplicación y destino práctico de una cámara de reverberación es la medición, mediante técnicas experimentales simples, del coeficiente de absorción acústica de materiales bajo condiciones de incidencia aleatoria (ISO 354), la evaluación de la potencia acústica de fuentes sonoras (ISO 3741) y el análisis de vibraciones en sólidos por vía aérea. Existen a nivel internacional una gran variedad de cámaras de reverberación con diferentes resoluciones formales, dimensionales, de establecimiento y difusión del campo sonoro, pero todas responden a los lineamientos básicos dados por la ISO 354:2003 [1] que permite estandarizar y validar los resultados obtenidos en los ensayos respectivos. Diversas publicaciones a nivel internacional muestran los resultados obtenidos en la evaluación y caracterización de cámaras acústicas y las estrategias para alcanzar los objetivos de normas. En todos los casos se indican y caracterizan parámetros como: forma, volumen, superficie útil, superficie total, longitud de segmento mayor, tiempo de reverberación de cámara en vacio, suavidad y maximización de curva de absorción e identificación de modos propios [2] [3] [4] [5].

2. ANTECEDENTES DE LA CAMARA DEL CIAL La cámara de reverberación del CIAL fue construida a fines de los años 50 en el marco de un proyecto de desarrollo de un “laboratorio de investigaciones acústicas”. La cámara original sufrió con el tiempo sucesivas modificaciones, siempre orientadas a su adaptación a nuevas normas como así también motivadas por nuevas técnicas de instrumentación que posibilitaban su análisis más detallado y requerimientos más estrictos del campo sonoro. La cámara poseía un volumen de 194 m3. En la figura 1 se muestran la conformación original, el sistema de difusión sonoro estaba basado en difusor estáticos prismáticos sobre los laterales y un difusor rotativo basado en palas planas (imagen “a” de la figura 2).

Figura 1: Planta y corte original de la cámara – c.1960 En los informes de evaluación realizados a la cámara en el año 1964 se observa que fue necesario realizar modificaciones estructurales que aumentaran su volumen por encima de los 200 m3 a los efectos de adecuar a las recomendaciones ISO R.477. Se informa que las irregularidades superficiales no son suficientes para dar difusión por debajo de los 500 Hz y que se complementan con el montaje de un difusor rotativo simple (elemental) y difusores estáticos. En aquel momento se observa que la cámara absorbe excesivamente en bajas

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frecuencias por la falta de masa en los muros, lo cual fue corregido en una intervención realizada posteriormente. En el año 1984 se informa de una nueva evaluación según la cual la cámara posee tiempos de reverberación por debajo de las recomendaciones de ISO 354 en las frecuencias de 125 y 250 Hz. Se procede al desmantelamiento progresivo de difusores estáticos y rotativos y de un absorbedor de bajas frecuencias instalado en años anteriores destinado a controlar modos normales. Se advierte que la tendencia es el aumento de los tiempos de reverberación a medida que son menores los elementos dejados en la cámara, pero aumentando los modos normales a bajas frecuencias. En esta oportunidad se decide suavizar la curva en bajas frecuencias reemplazando las placas del difusor rotativo original de madera terciada por placas vidrio.

(a) (b) (c) Figura 2: Imágenes cámara de reverberación del CIAL – (a) original, (b) modificaciones 1964, (c) modificaciones 1984

3. ESTADO PREVIO A LA INTERVENCION Al momento de la intervención actual la cámara posee un volumen de 206,23 m3, superficie de piso 46,72 m2 y una superficie total de envolvente de 214,85 m2. Su volumen y proporciones cumplen con lo establecido en la ISO 354:2003, la diagonal mayor (Imax=10,8 m) es menor a 1,9V1/3 = 11,23 m. En la figura 3 se muestran las dimensiones en planta y corte de la cámara. El sistema de difusión del campo sonoro está basado, de acuerdo a las modificaciones del año 1984, en un difusor rotativo compuesto de 4 placas de vidrio de 6 mm con una superficie total de 3,34 m2. El eje de la estructura está montado sobre un sistema de doble rodamiento y se acopla con un manchón al sistema motorreductor. El motorreductor está formado por un motor asíncrono trifásico de ½ cv – 1360 rpm y un reductor 33:1 acoplado a un sistema de polea con relación 5,5:1 acoplado al eje del difusor, de esta forma el difusor gira a una velocidad de 7,5 rpm (completa una vuelta en 8 segundos). Las paredes, piso y techo están cubiertas con pintura epoxi con muy alta capacidad de reflexión.

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Figura 3: cámara de reverberación del CIAL – previo al reacondicionamiento 3.1 Tiempos de Reverberación – estado previo Se midieron los tiempos de reverberación por tercio de octava de la cámara antes de los tratamientos. Los valores obtenidos se muestran en la gráfica de la figura 4. Se observa que los tiempos de reverberación en las frecuencias de 630 a 1000 Hz están por debajo o muy ajustados a la curva de referencia de la ISO 354. Asimismo se observa una diferencia muy pronunciada entre bandas adyacentes en la zona de bajas frecuencias, por encima de límite máximo dado por la ISO (15%) y con desvíos muy importantes. TR (s)

8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00

TR Medio - CIAL - difusor detenido

ISO

TR Medio - CIAL - difusor funcionando

TR Medio - CIAL - sin difusor rotativo

3.15 kHz

2.5 kHz

2 kHz

1.6 kHz

1.25 kHz

1 kHz

800 Hz

630 Hz

500 Hz

400 Hz

315 Hz

250 Hz

200 Hz

160 Hz

125 Hz

100 Hz

2.00

Figura 4: Tiempos de reverberación de la cámara – previo al reacondicionamiento 3.2 Modos Normales – estado previo Es conocido que los Modos Normales presentes en un recinto se concentran en los ángulos de un local [6] [7]. Bajo este principio se realizó un análisis teórico de los modos normales en el

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rango de frecuencias de 20 a 435 Hz, utilizando como herramientas una PC y hojas de cálculo con base de Excel. La figura 5 muestra el espectro de frecuencias esperado, considerando solamente modos axiales y tangenciales y los modos de propagación previstos. Efecto esperado de modos axiales y tangenciales 90

80

L [db]

70

60

50

40

30

20 0

60

120

180

240

300

360

420

Frecuencia [Hz]

Figura 5: Modos Normales teóricos – 20 a 435 Hz Para la evaluación práctica se realizaron mediciones excitando la cámara desde uno de los ángulos triedros inferiores, con un barrido de tonos senoidales de 50 a 400 Hz y una duración de 5 minutos. Durante este proceso se grabó la respuesta de la sala con un micrófono de medición con respuesta tipo omnidireccional colocado en el ángulo opuesto de la Cámara. 0.02 Los resultados obtenidos mediante el análisis espectral de este barrido fueron los indicados en la gráfica de la figura 6. 0.015

0.01

0.005

398

388

377

366

355

345

334

323

312

301

291

280

269

258

248

237

226

215

205

194

183

172

161

151

140

129

118

97

108

86

75

65

54

43

32

0

Frecuencia (Hz)

Figura 6: Representación gráfica CR Modos Normales en el rango de 50 a 400 Hz - sin acondicionar Con el fin de explorar la distribución de campo en distintas frecuencias, se realizaron mediciones en un plano a 1,2 m del nivel del piso. En este caso la cámara fue excitada con ruido rosa. En la Figura 7, se puede observar una imagen típica, de las muchas obtenidas, de los modos normales a la frecuencia de 112 Hz (tangencial en xy) y 138 Hz axial en x (pero puede observarse la influencia en y debida a la proximidad de la frecuencia 137 Hz, que es axial en y). Las herramientas utilizadas fueron una PC y un software de aplicación especial desarrollado con este fin.

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Figura 7: Modos normales 112 Hz y 138 Hz

4. MODIFICACIONES Y ADAPTACIONES REALIZADAS Para el reacondicionamiento y ajuste de la Cámara de Reverberación del CIAL, en pos de su mejoramiento, se han seguido los criterios y recomendaciones de la ISO 354:2003. Para ajustarla a las prescripciones de esta norma, se definió un programa de dos etapas, en base a las técnicas de corrección a usar, ellas son:  ajuste mediante la utilización de paneles difusores estáticos  ajuste mediante la utilización del difusor rotativo provisto con nuevos paneles rígidos, con elevado amortiguamiento interno. Para el ajuste con paneles difusores estáticos se utilizaron paneles rígidos confeccionados con placas de madera compensada fenólico de 18 mm de espesor terminado con film plastificado de ambas caras, con las siguientes medidas: a) Panel tipo “A” - 1.00 x 2.00 m – cantidad 2 (dos) b) Panel tipo “B” - 1.00 x 1.20 m – cantidad 3 (tres) c) Panel tipo “C” - 0.80 x 1.20 m – cantidad 3 (tres) Estos se montaron suspendidos desde una grilla de tensores de alambres ubicada a una altura de 3,65 m. Las sucesivas mediciones del campo sonoro generado se efectuaron en 12 localizaciones determinadas dentro de la Cámara, con alturas definidas para cada una de ellas, haciendo tres rondas sucesivas del Nivel Sonoro y determinando el Tiempo de Reverberación (T20) por bandas de 1/3 de octava, con señal de excitación constituida por Ruido Rosado (Ruido de Banda Ancha). El instrumental que se utilizó es:  Medidor de Niveles Sonoros Brüel & Kjær 2250.  Software para el Tiempo de Reverberación Brüel & Kjær BZ5503.  Amplificador de Potencia Peavey CS 800.  2 gabinetes acústicos de 200 W La adquisición de los datos, su procesamiento y la graficación, se efectuó con computadora y software ad hoc, con base en Excel. Las diferentes y sucesivas mediciones se llevaron a cabo adoptando distintas topologías en la distribución de los elementos mediante: cambios de posición de las fuentes sonoras y variación en la cantidad, ubicación y posición de los paneles difusores estáticos. Para ordenar el trabajo y las mediciones se utilizaron los siguientes parámetros de guía y comparación:

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 

información de los Modos Normales (obtenida en el estudio previo) corrección de los Tiempos de Reverberación con Cámara Vacía (en especial en bajas frecuencias)  optimización de la curva del Coeficiente de Absorción de una muestra estándar (manto de lana de vidrio, con los bordes perimetrales protegidos) según los criterios que figuran en la Norma. En cada localización y para cada situación de estudio se efectuaron tres mediciones sucesivas con las cuales se analizaron y se graficaron los siguientes parámetros acústicos:  Curva del Tiempo de Reverberación con Cámara vacía analizada por bandas de 1/3 octava  Curva del Tiempo de Reverberación con Cámara con muestra estándar, analizada por bandas de 1/3 octava  Curva del Coeficiente de Absorción con incidencia aleatoria de la muestra estándar, analizada por bandas de 1/3 octava. En la Tabla 1 y en las figuras 8 y 9, se pueden observar las curvas finales del Tiempo de Reverberación y del Coeficiente de Absorción de la “muestra estándar”, adoptadas como parámetros base para la calibración a futuro de la Cámara de Reverberación del CIAL. Tabla 1: Tiempo de Reverberación Cámara Vacía - Prueba t, confianza 90% (dispersión de Student)

500

630

800

1000

1250

1600

2000

2500

3150

4000

5000

5,62

5,17

4,94

4,84

4,65

4,49

4,11

3,49

2,86

2,31

DE

1,33 0,87

0,76

0,48 0,32 0,32 0,18 0,23

0,19

0,13

0,16

0,09

0,09

0,09

0,07

0,06

0,05

0,04

LI(90)

6,59 6,69

6,98

6,91 7,29 7,51 7,06 6,52

5,55

5,13

4,89

4,81

4,61

4,46

4,09

3,47

2,84

2,30

LS(90)

7,52 7,29

7,51

7,25 7,52 7,73 7,18 6,68

5,68

5,22

5,00

4,87

4,68

4,52

4,14

3,51

2,88

2,33

400

7,08 7,40 7,62 7,12 6,60

315

7,25

250

7,05 6,99

200

160

Media

100

125

Frecuencias (Hz)

9.00 8.00 7.00 6.00 5.00 4.00 3.00

CAMARA CIAL

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

2.00

ISO - 207 m3

Figura 8: Tiempo de Reverberación Cámara Vacía con indicación de desvíos y en referencia a la curva ISO

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Una vez que se obtuvieron dos situaciones acústicas con disposiciones de fuentes y paneles difusores que se acercaban a los requerimientos planteados, se procedió a realizar sendas mediciones de “definición”. El objetivo de las mismas era consolidar los resultados estadísticos mediante la ejecución de tres rondas (no sucesivas) de tres mediciones sucesivas en cada localización; esto permitió contar con una batería de 36 mediciones para cada caso, obteniéndose los valores medios y los desvíos estándar mediante la utilización de las ecuaciones pertinentes. 1.20 1.00 0.80 0.60 dif estatico 4 m2

0.40

dif estatico 12.8 m2 dif estatico 22.9 m2

0.20

dif estatico 22.9 m2 + dif rotativo 6.7 m2 (detenido)

5000 Hz

4000 Hz

3150 Hz

2500 Hz

2000 Hz

1600 Hz

1250 Hz

1000 Hz

800 Hz

630 Hz

400 Hz

315 Hz

250 Hz

200 Hz

160 Hz

125 Hz

100 Hz

500 Hz

dif estatico 22.9 m2 + dif rotativo 6.7 m2

0.00

Figura 9: Coeficiente de Absorción de la “muestra estándar” 0.2 la Se0.02 realizó la evaluación práctica de modos normales con la misma técnica utilizada para evaluación inicial, en la figura 10 se muestra el resultado de esta evaluación en comparación 0.18 con la condición original (sin acondicionar). 0.16 0.015 0.14 0.12 0.01

0.1 0.08 0.06

0.005 0.04 0.02

398

388

377

366

355

345

334

323

312

301

291

280

269

258

248

237

226

215

205

194

183

172

161

151

140

129

118

108

97

86

75

65

54

43

0

32

0

Frecuencia (Hz) CR - sin acondicionar

CR - acondicionada

Figura 10: Representación gráfica Modos Normales en el rango de 50 a 400 Hz

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Como complemento se efectuaron varias mediciones (a distintas horas y días), de los valores del Ruido Ambiente y se determinó el rango dinámico existente entre el Nivel Sonoro de Ensayo (con señal de excitación) y el valor promedio del ruido ambiente. Ellos se pueden observar en la figura 11. En la figura 12 se presentan imágenes de la cámara reacondicionada.

NPS dB

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

Ruido de fondo - LZSeq

Ruido de fondo - LZSmax

SEÑAL Con altavoz PEAVEY

Figura 11: Ruido de fondo y relación señal - ruido

Figura 12: Vistas de la cámara al final de los nuevos tratamientos

150

5kHz

4kHz

3.15kHz

2.5kHz

2kHz

1.6kHz

1.25kHz

1kHz

800Hz

630Hz

500Hz

400Hz

315Hz

250Hz

200Hz

160Hz

125Hz

100Hz

0


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5. CONCLUSIONES En base a los trabajos realizados, se puede arribar a las siguientes conclusiones:       

Se comprobó una buena correlación entre los estudios teóricos de los Modos Normales y su relevamiento físico mediante mediciones. Se obtuvieron variaciones muy importantes del Tiempo de Reverberación en bajas frecuencias, mediante cambios de las posiciones físicas de las fuentes sonoras. Los mejores resultados en la distribución del Campo Sonoro se obtuvieron con las fuentes sonoras ubicadas en sendos ángulos triedros y con la mayor separación física entre ellas. La cantidad de los difusores estáticos utilizados está limitada por la eventual alteración de la curva de absorción acústica de la muestra estándar, debido a la absorción propia de los mismos. La ubicación y posición de los paneles difusores estáticos ejerce una marcada influencia en el control de los Modos Normales y en la difusión del Campo Sonoro, en especial en el rango comprendido entre los 200 y 800 Hz. El Difusor Rotativo modificado, ejerció una fuerte y determinante acción correctora del Tiempo de Reverberación y en la curva de Absorción, en el rango de los 100 a 200 Hz. Se obtuvo un aumento importante en el valor de los Tiempos de Reverberación de Cámara Vacía en el rango de los 100 a 500 Hz

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ISO, ISO 354: 2003. Acoustics. Measurement of sound absorption in a reverberation room. [2] Prieto Gajardo, C.; Barrigón Morillas, J.M.; Vílchez-Gómez, R.; Gómez Escobar, V.; Rey Gozalo, G.; Méndez Sierra, J.A. & Carmona del Río, F.J. Acondicionamiento de la cámara reverberante de la Universidad de Extremadura. VIII Congresso Ibero-americano de Acustica, Evora, Portugal (2012). [3] Giuliano, H.G.; Velis, A.G. & Méndez A.M. The reverberation chamber at the Laboratorio de Acústica y Luminotecnia of the Comisión de Investigaciones Científicas. Applied Acoustics, vol. 49, N°1, pp 71-83 (1996). [4] Lautenbach, M.R. & Vercammen, M.L.S. Volume Diffusers in the Reverberation Room. Proceedings of 20th International Congress on Acoustics, ICA August 2010, Sydney, Australia (2010). [5] De la Colina, C.; Rodríguez, R.M.; Simón, F.; Pfretzschner, J. & Moreno, A. Caracterización actualizada de la cámara reverberante del Instituto de Acústica. TecniAcustica, Madrid (2000). [6] Everest, A. Master handbook of acoustics. McGraw Hill, New York, USA. (2001). [7] Recuero López M. Acondicionamiento Acústico. Thomson Learning. Paraninfo SA. Madrid, España. (2001).

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Desarrollo de una Fuente Sonora Omnidireccional Liviana para Mediciones de Campo A.R. Maristany, D.A. Moyano & P.E. Méndez Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas - CIAL, Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Córdoba, CP5000, Argentina, arturo.maristany@gmail.com

RESUMEN: En este trabajo se describe el diseño y construcción de una fuente sonora omnidireccional liviana y de reducidas dimensiones destinada principalmente para realizar mediciones de tiempo de reverberación y aislamiento acústico “in situ”. La fuente sonora ha sido desarrollada en el Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas (CIAL) dependiente de la Universidad Nacional de Córdoba. Se aborda el problema a partir de un estudio de la geometría y las variables intervinientes, buscando equilibrar los requerimientos teóricos con las posibilidades económicas y técnicas. Se presentan en el trabajo las características constructivas generales, sistema de altavoces y respuesta final alcanzada. La configuración general está basada en un icosidodecaedro dividido en seis unidades independientes de dos altavoces cada una. En este sentido, se buscó definir un sistema de módulos emisores funcionando como cajas infinitas independientes y cuya geometría permitiera el ensamblado del conjunto. Se desarrollaron entornos de simulación para valorar resultados previsibles y de procesamiento de datos de medición para la evaluación del prototipo, de los módulos individuales y del conjunto ensamblado. Desde el punto de vista acústico, se adoptaron criterios preferenciales hacia el tratamiento de frecuencias medias y altas. Las características de omnidireccionalidad fueron evaluadas en cámara anecoica respondiendo a los criterios fijados por la ISO 3382 e ISO 140-3.

KEYWORDS: fuente sonora, omnidireccionalidad, campo libre

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1. INTRODUCCION Contar con una fuente omnidireccional es un condicionante imprescindible para la realización de mediciones de campo, tanto para aislamiento acústico como de tiempo de reverberación, de acuerdo a los criterios y pautas de instrumentación de las normas ISO 3382-1 e ISO 140-4. Ambas normas fijan los criterios mínimos de direccionalidad que deben cumplir las fuentes como asimismo los valores mínimos de NPS de acuerdo a la aplicación que tengan. En la tabla 1 se indican los valores máximos de desviación de directividad medida en campo libre para una excitación por ruido rosa en bandas de octava, según lo indicado en la ISO 3382 [1] [2]. Tabla 1: Desviación máxima de directividad de la fuente según ISO 3382 Frecuencia (Hz) Desviación máxima (dB)

125 hz

250 Hz

500 Hz

1000 Hz

2000 Hz

4000 Hz

±1

±1

±1

±3

±5

±5

La condición básica de una fuente sonora omnidireccional es la de irradiar sonido en todas direcciones, de la manera más uniforme posible y para una amplio espectro de frecuencias. Con este objetivo la técnica constructiva responde al criterio de conformar un arreglo discreto de altavoces, en general doce, organizados de manera radial y tendiente a aproximarse a una esfera pulsante ideal [3] [4]. En este sentido las fuentes omnidireccionales tienden a una forma esférica. Básicamente son dos los motivos por los cuales las fuentes omnidireccionales no son totalmente esféricas, la dificultad de construir una caja acústica esférica y la imposibilidad de montar altavoces planos sobre la superficie curva [5].

2. DISEÑO Y CONSTRUCCION 2.1 Cajas acústicas El diseño de la fuente se basó en las premisas procurar obtener la mayor omnidireccionalidad posible en frecuencias altas, portabilidad y modularidad constructiva. Para cumplir con las dos primeras se pensó en seleccionar parlantes de diámetro reducido. Para cumplir con la tercera, se decidió basar la construcción en la geometría del icosidodecaedro, ya que permitió definir el ensamblado del conjunto a partir de seis cajas acústicas independientes. En la figura 1 se observa el modulo derivado del icosidodecaedro y el despiece del mismo utilizado como plantilla para el corte y mecanizado de los componentes.

Figura 1: Despiece modular a partir de la figura geométrica básica

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Las cajas se realizaron en base a tablero de fibra de madera (MDF) a partir del maquinado de las piezas. Los componentes de cada caja y la apariencia final se muestran en la figura 2. El interior de las cajas fue recubierto con lana de vidrio de 20 mm de espesor para darle a cada una el comportamiento de caja infinita.

Figura 2: vistas y corte caja acústica modular 2.2 Altavoces Con el fin de favorecer la portabilidad y el comportamiento omnidireccional en frecuencias altas, se seleccionó un parlante de diámetro chico considerando que la intensidad del campo acústico responde a la expresión (2).

Donde:

=2

(2)

: intensidad de campo acústico : frecuencia angular : diámetro del parlante : velocidad del sonido : ángulo respecto de la dirección de propagación de la onda de sonido : Función de Bessel de 1er orden. De este modo se seleccionó el parlante marca Audifiel modelo 4BF de 4”, 8 Ω, que posee una respuesta aceptable en bajas frecuencias y una potencia eléctrica de 20 W. Las características del modelo son las indicadas en la tabla 2. Tabla 2: parámetros característicos de los altavoces utilizados

Como se observa en la figura 3, cada caja lleva 2 parlantes conectados en serie y en fase entre sí, de manera tal que de la caja sale un solo par de cables polarizados y la impedancia ofrecida por el módulo es de 16 Ω.

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Figura 3: vista caja individual con altavoces y estructura modular completa Los 6 módulos que constituyen el conjunto armado se han vinculado eléctricamente por tríos, de manera tal que 3 módulos (módulos 1, 2 y 3) se han conectado eléctricamente en paralelo y en fase entre sí y lo mismo se ha hecho con los otros 3 (módulos 4, 5 y 6). De esta manera del conjunto de la fuente salen 2 pares de cables polarizados cada uno de los cuales ofrece una impedancia de 5,3 Ω. Estos pares pueden ser conectados a sendos canales de salida de un amplificador de potencia; o pueden conectarse en paralelo y fase (ofreciendo una impedancia de 2,6 Ω); o pueden conectarse en serie y fase (ofreciendo una impedancia de 10,6 Ω).

3. CARACTERIZACION ACUSTICA Con el objetivo de caracterizar acústicamente la fuente construida se realizaron mediciones de direccionalidad de la fuente en cámara anecoica, figura 4. Para un emisor la directividad, en este caso representada en un diagrama polar, indica como la fuente distribuye espacialmente en el ambiente la presión que radia [6].

Figura 4:Montaje para evaluación en cámara anecoica y fuente construida Se graficaron las curvas de directividad de la fuente en los principales planos y el nivel de intensidad sonora en campo libre a 1,5 metros de distancia. Para el estudio se utilizaron

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tanto ruido rosa, de acuerdo a la ISO 3382 y eventualmente tonos puros. La fuente fue excitada con 200 W. La evaluación fue realizada en bandas de octava desde los 100 hasta los 8000 Hz. En la figura 5 se muestra la configuración del sistema de medición. Cámara anecoica Pc + software

Amplificador (Peavey CS 800)

FOS

Interface IOdig. (Labjack)

Base giratoria (B&K3921)

Micrófono (Beringer)

Pre amplific. Micrófono (E-MU)

Figura 5: Diagrama de bloques del sistema de medición utilizado Los valores obtenidos se indican en la tabla 3. En la gráfica de la figura 6 se representan los desvíos en función de los límites de referencia dados por la ISO 3382. En las figuras 7 y 8 se observan las curvas de directividad medidas. Tabla 3: Niveles de presión sonora y valores de desviación medidos Frec. [Hz]

Lmed [dB]

dLmax(30º) [dB]

125 250 500 1000 2000 4000

88,72 99,1 95,5 90,11 87,74 85,35

0,5 0,4 0,4 0,6 1,8 1,8

dLmin(30º) [dB] -0,6 -0,5 -0,3 -0,6 -2,9 -2,6

dLmax(30º)ISO [dB] 1 1 1 3 5 6

dLmin(30º)ISO [dB] -1 -1 -1 -3 -5 -6

8 6 4 2 0 -2 -4

99.1 88.7

95.5

90.1

87.7

85.4

1000

2000

4000

-6 -8

70.0 125

250

500

Lmed [dB]

dLmax(30º) [dB]

dLmax(30º)ISO [dB]

dLmin(30º)ISO [dB]

dLmin(30º) [dB]

Figura 6: Desvíos obtenidos en referencia a ISO 3382 y Lmed a 1,5 m en campo libre

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Figura 7: Curvas de directividad para las frecuencias de 125, 250 y 500 Hz

Figura 8: Curvas de directividad para las frecuencias de 1000, 2000 y 4000 Hz

5. CONCLUSIONES Con el presente desarrollo se ha logrado disponer de una fuente sonora de tipo omnidireccional de bajo costo y que responde a los criterios establecidos por las ISO 3382 y 140. Los niveles de presión sonora alcanzados permiten suponer su potencial de uso tanto para mediciones de laboratorio, como para trabajos de campo. La construcción modular de la misma, a partir de seis cajas acústicas independientes, facilita la respuesta ante roturas accidentales al permitir el reemplazo de la unidad por otra de repuesto y la reconfiguración modular como media esfera a partir del montaje de la mitad de las cajas acústicas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ISO, ISO 3382-1: 2009. Acoustics. Measurement of sound acoustics parameters. Part 1, Perfomance Spaces. [2] ISO, ISO 140-4: 1998. Acoustics. Measurement of sound insulation in buildings and of buildings elements. Part 4: Field measurements airborne sound insulation between rooms. [3] Pérez López A., Palacios González E.& Pérez Ruiz S.J. Fuente Sonora omni-direccional. Revista Mexicana de Física 52 (2) 185–189, Abril, (2006). [4] Hak C.J.M., Wenmaekers H.C., Hak P.M. & van Luxemburg C.J. The Source Directivity of a Dodecahedron Sound Source determined by Stepwise Rotation. Forum Acusticum 2011, European Acoustics Association, Aalborg, Denmark, (2011). [5] Horvat M., Domitrovic H. & Grubesa S. Design of a new omni-directional sound source. 3rd Congress of the Alps Adria Acoustics Association, Graz, Austria (2007). [6] Recuero López M.. Ingeniería Acústica. Editorial Paraninfo. Madrid, España (2000).

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Incidencia de la tipología de fachada en el aislamiento acústico al ruido aéreo en viviendas de la Región Metropolitana de Chile. L. Mezaa, J. Delannoyb &A. Marzzanoc a

Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile, Av. Vicuña Mackenna 4860, Macul, Santiago, Chile. lmezam@uc.cl b Escuela de Comunicación, Instituto Profesional Duoc UC, Camino El Alba 12575 Las Condes CP7620002, Santiago, Chile. jdelannoy@duoc.cl c Unidad de Acústica Ambiental, Secretaría Regional Ministerial de Salud Región Metropolitana. Padre Miguel de Olivares 1229, Santiago, Chile, antonio.marzzano@redsalud.gov.cl

RESUMEN: En este trabajo se establece la influencia de la tipología de fachada de viviendas por medio de la realización de 129 ensayos de aislamiento acústico a ruido aéreo de fachadas en viviendas representativas de las distintas tipologías constructivas de viviendas situadas dentro de la Región Metropolitana de Chile, y un posterior análisis de los resultados obtenidos donde se determina cuáles son los factores constructivos de mayor incidencia en el comportamiento acústico de las fachadas. También se presenta un análisis de la incidencia de la ejecución de la construcción de la vivienda en su aislamiento acústico de fachada. De acuerdo a esto, se pudo establecer que las fachadas de viviendas en la Región Metropolitana poseen un bajo estándar de aislamiento acústico y la mejores respuestas a tal fenómeno corresponden a las materializadas de hormigón armado con ventanas de doble vidriado. Los resultados mostraron que mientras mayores sean las cualidades constructivas de una fachada y estas estuvieran bien ejecutadas (mano de obra de calidad) el aislamiento acústico alcanza estándares de normas europeas, sobre 30 dB, muy adecuadas a la buena habitabilidad del ser humano

KEYWORDS: Aislamiento acústico; fachada, Región Metropolitana.

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1. INTRODUCCIÓN En Chile, desde el año 2004 existe una reglamentación acústica aplicable a las viviendas de nueva construcción [1]. Sin embargo, pese a ser un gran esfuerzo para incrementar la calidad de la construcción, aún está lejos de implicar un confort acústico para los usuarios de las viviendas, ya que los valores exigidos en Chile están por debajo de exigencias establecidas en países de Europa y Norteamérica [2] y desde otro punto de vista, porque la reglamentación actual no aborda el comportamiento acústico en edificios desde una perspectiva integral, que no sólo considere un requisito mínimo de aislamiento acústico que deban cumplir las soluciones constructivas utilizadas, sino una exigencia global de la vivienda que considere otros factores, tales como los elementos divisorios interiores de la vivienda; o exigencias de aislamiento acústico a ruido aéreo de las fachadas de la vivienda en función del ruido ambiental exterior. Para caracterizar el comportamiento acústico de las tipologías predominante de viviendas de la Región Metropolitana de Chile en función de sus características materiales se realizó una revisión bibliográfica del estado del arte internacional. Luego se presenta la caracterización de las materialidades predominantes de fachada, utilizando información estadística de edificación. La caracterización determinó que las configuraciones más representativas corresponden a en albañilería de ladrillo hecho a máquina en casas seguido de madera y hormigón. En el caso de departamentos la materialidad predominante es el hormigón seguido de albañilería de ladrillo hecho a máquina. En función de las tipologías de fachada determinadas, se realizó una campaña de medidas de aislamiento acústico in situ, de acuerdo a la normativa internacional de medida de fachadas de viviendas [3]. Los ensayos in situ determinaron que el aislamiento acústico de fachadas de viviendas y la proyección de ruido interior, son dependientes de los vanos y superficie de fachada; existencia de termopanel; la calidad de la construcción y el nivel de ruido exterior.

2. MARCO TEÓRICO 2.1 Protección de la vivienda frente a ruidos no deseados. La vivienda debe protegerse de los diversos tipos de ruido que inciden en el confort de los usuarios, dentro de los cuales están el ruido de tráfico vehicular, ruido de lugares de diversión, ruido de los vecinos, de tráfico aéreo, de trenes, etc. En cuanto al ruido de tráfico, uno de los principales problemas es la componente de ruidos de baja frecuencia que son menos atenuados por los elementos de construcción, que presentan mayor eficiencia a frecuencias medias y altas. La única manera de mitigar el ruido de tráfico es mediante el incremento de la masa, cosa que en el caso de vidrios por su pequeño espesor es un problema difícil de resolver. Legislaciones de diferentes países fijan límites máximos de emisión a aquellas fuentes de ruidos situadas en lugares de protección, o fijan niveles máximos de inmisión en las viviendas de los vecinos que se ven afectados por la situación. La Comunidad Europea, frente al mismo problema elaboró la Directiva 2002/49CE [4] sobre evaluación y gestión del ruido ambiental. Dentro de la “planificación acústica” se enmarca, entre otras acciones, la reducción de ruido con medidas de aislamiento acústico y la lucha contra el ruido en su origen.

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2.2 Factores que inciden en el aislamiento acústico de fachadas El comportamiento acústico de la fachada depende del aislamiento de la parte opaca y de la vidriada, y de la relación de superficies entre ellas, donde la ventana es el elemento que presenta menor aislamiento acústico. Por razones arquitectónicas y de diseño, en las últimas décadas ha aumentado el uso de elementos vidriados en edificación, en algunos casos llegando a ocuparla en un cien por ciento, por ejemplo en el caso de los muros cortina. Se sabe que el aislamiento acústico del vidrio monolítico es bajo, debido a sus pequeños espesores. Las alternativas disponibles para favorecer el aislamiento térmico son las ventanas de doble vidriado hermético (termopanel) que en algunos casos tienen un aislamiento acústico mayor, y los vidrios laminados que se adhieren mediante PVB (polivinil butiral) al incorporar un efecto de amortiguación entre las láminas de vidrio aumentan su aislamiento acústico a ruido aéreo. La calidad acústica de la unión marco con vano en una ventana está determinada por su estanqueidad al aire mediante evaluación experimental basadas en técnicas de presurización. 2.3 Medición de aislamiento acústico de viviendas En la problemática de las normativas de ensayos acústicos hay dos ámbitos a considerar. Por una parte, se deben establecer métodos de medida que entreguen resultados lo más representativos posibles del fenómeno y por otra parte, éstos métodos deben ser repetibles al realizar ensayos en distintos lugares, variando el equipamiento, el operador, etc. Para seleccionar adecuadamente el método de ensayo a realizar, se estudiaron las principales normas relativas a ensayos de aislamiento acústico in situ de fachadas, las cuales son:  ISO 140-5:1998 Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 5: Mediciones “in situ” del aislamiento acústico a ruido aéreo de elementos de fachadas y de fachadas. [3]  AFNOR NF S 31-057:1982 Verification de la qualité acoustiques des bâtiments. [5]  ASTM E966-04 Standard Guide for Field Measurements of Airborne Sound Insulation of Building Facades and Facade Elements. [6] Las normas abordan métodos de medida utilizando como fuente sonora el tráfico de vehículos, el paso de aviones, el paso de trenes o utilizando una fuente sonora normalizada artificial. Para ésta investigación se analizó el método de medida con fuente sonora normalizada artificial, ya que las otras fuentes pueden no estar presentes en algunas viviendas. En la representación del nivel sonoro en el espacio, el método ASTM [6] y, especialmente en el método AFNOR [5], no se establecen las suficientes posiciones de medida de nivel sonoro de manera que represente el nivel sonoro en todo el espacio del recinto (recepción o emisión según corresponda), y de esta manera se determinó realizar esta investigación utilizando el método de ensayos de la norma ISO [3], considerando además que es la normativa utilizada tradicionalmente en Chile en temas de acústica de la edificación. 2.4 Reglamentación acústica en Chile A partir del año 2004 cuando se modificó la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (O.G.U.C.) [1] están reglamentados los requisitos mínimos de aislamiento acústico a ruido aéreo y de impacto que deben cumplir las construcciones nuevas con destino

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habitacional. En esta reglamentación se establece el aislamiento acústico mínimo que deben cumplir elementos divisorios de unidades de vivienda, sin considerar aislamiento acústico de fachadas. Entre las experiencias internacionales destaca el caso del Código Técnico de la Edificación Española, donde en su Documento Básico HR de Protección Frente al ruido [7], el cual además de establecer requisitos de aislamiento acústico a ruido aéreo y nivel de presión acústico a ruido de impacto entre unidades de viviendas, establece requisitos mínimos de aislamiento acústico de ruidos provenientes del exterior de la vivienda, dependiendo del nivel sonoro existente en el exterior evaluados mediante el “índice de ruido día, Ld” con los valores que aparecen en la Tabla 1: Tabla 1: Valores de aislamiento acústico a ruido aéreo, D2m,nT,Atr, en dBA, entre un recinto protegido y el exterior, en función del índice de ruido día, Ld. Ld Uso del edificio dBA Cultural, docente, Residencial y sanitario administrativo y religioso Dormitorios Estancias Estancias Aulas 30 30 30 30 Ld ≤ 60 32 30 32 30 60 ≤ Ld ≤ 65 37 32 37 32 65 ≤ Ld ≤ 70 42 37 42 37 70 ≤ Ld ≤ 75 47 42 47 42 Ld > 75 El caso de la reglamentación Española permite identificar carencias de la reglamentación acústica chilena; como la falta de requisitos de aislamiento acústico a ruido aéreo de fachadas, además de un mecanismo de valoración del ruido exterior, el cual permite establecer valores más exigentes o menos exigentes en función de la cantidad de ruido ambiental exterior. Por otra parte, de acuerdo a la información presentada en la Tabla 1, la reglamentación acústica española muestra que los requisitos establecidos dependen del destino u ocupación del recinto receptor, diferenciando entre recintos como dormitorios y salones de edificios residenciales y sanitarios, y por otra parte estancias y aulas de edificios cuyo destino sea cultural, docente, administrativo y religioso.

3. METODOLOGÍA: 3.1 Etapas desarrolladas en el estudio Se revisaron los criterios, descriptores, requisitos y alternativas de cumplimiento de legislaciones extranjeras en temas de acústica de la edificación. La revisión se centró principalmente en países desarrollados, para determinar los futuros estándares hacia los cuales tiene que apuntar Chile en un futuro; así como también los requerimientos adicionales, como necesidades de laboratorios, especialistas, mapas de ruido, etc. Se determinaron las tipologías constructivas principales en la edificación chilena. Se levantó un registro fotográfico, a partir de una muestra representativa de viviendas, en coherencia con la información estadística del Instituto Nacional de Estadísticas (INE).

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A partir de la información obtenida, se realizó una planificación y puesta en marcha de campaña de medidas de aislamiento acústico de fachadas de viviendas unifamiliares y edificios. Finalmente se hizo una caracterización del estado de conservación de las vivienda y se analizaron los resultados obtenidos mediante softwares estadísticos.

4. RESULTADOS 4.1. Sobre la influencia del tipo de fachada en los resultados de aislamiento acústico En la Figura 1 se presentan los resultados de aislamiento acústico a ruido aéreo obtenidos según el material predominante de la fachada, los cuales en la Región Metropolitana son Albañilería de ladrillo hecho a máquina, hormigón y tabiquería liviana. Los resultados se presentan desagregados en tres niveles de antigüedad; antes de 1985 (cuando a partir del terremoto se modificó la norma sísmica de construcción, entre 1985 y 2005 (cuando entra en vigencia la Reglamentación Acústica) y posterior a 2005.

Dls,2m,nt,w (dB)

30 25 20

< 1985

15

1985 - 2004

10

> 2005

5 0 H. Armado

Albañilería

Tab. Liviana

Figura 1: Resultados aislamiento acústico de fachadas según materialidad y período de construcción Los resultados de la Figura 1 muestran que las viviendas de hormigón tienen un mayor aislamiento que las de albañilería y tabiquería liviana, siendo estas últimas de resultados muy similares entre sí. La Figura 1 no permite concluir respecto de la incidencia de la antigüedad en el resultado del aislamiento acústico. En la Figura 2 se muestran los resultados para las mismas materialidades predominantes de fachada pero desagregadas según relación porcentual de superficie vidriada y superficie de fachada.

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Dls,2m,nt,w (dB)

30 25 20 15

< 50%

10

> 50%

5 0 H. Armado

Albañilería

Tab. Liviana

Figura 2: Resultados aislamiento acústico de fachadas según materialidad y porcentaje de elementos vidriados Los resultados de la Figura 2 muestran que a mayor porcentaje de elementos vidriados menor es el resultado del aislamiento acústico, salvo para el caso de las albañilerías, lo cual se puede deber a que el número de casos es menor o a otras variables que inciden en el resultado final del aislamiento acústico como la hermeticidad o el tipo de ventana y/o calidad de la ejecución de la obra. Tabla 2: Estadística general de aislamiento acústico de fachadas en la Región Metropolitana N

Válido Perdidos

Media Error estándar de la media Mediana Moda Desviación estándar Varianza Asimetría Error estándar de asimetría Curtosis Error estándar de curtosis Rango Mínimo Máximo

129 0 22,6 0,3 22,3 22,0 3,8 14,2 0,4 0,213 0,6 0,423 21 13 34

El alto valor de la desviación estándar, se puede expresar en el hecho de que más de la mitad de los resultados se encuentran bajo el promedio, mientras que el 40% de los resultados obtenidos se concentran entre los 20 a 24 dB. El mínimo de aislamiento acústico obtenido se aleja en 8 dB del valor que le sucede, y el 23% de los resultados se encuentra bajo los 20 dB de aislación. (Figura 3).

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Figura 3: Distribución de frecuencia de los resultados de los ensayos acústicos En la Figura 3 se muestra la distribución de frecuencias de aislamiento acústico de fachadas medidas en este estudio. La normalidad de cada subgrupo se realizó con la prueba de ShapiroWilk para los grupos con N < 50 (grupos a, c, d, e) y de Kolmorogov_Smirnov para N > 50 (grupo b). Este último fue el único grupo que no mostró una distribución normal (p-value o Significancia < 0,05) (ver Tabla 5). 4.2. Sobre la influencia de la mano de obra en el aislamiento acústico de fachadas. Se hizo una comparación de la calidad de la edificación y el resultado del aislamiento acústico de la fachada. La calidad de la edificación se parametrizó de acuerdo a sus cualidades constructivas por medio de inspección visual. Calidad de la construcción de las viviendas: Para determinar la calidad constructiva de la vivienda se utilizaron cinco parámetros: Deficiente, Mala, Regular, Buena y Excelente. Para llegar a estos parámetros se realizó una inspección visual de las viviendas ensayadas. Estas deficiencias constructivas se generan a partir de la mala ejecución de la construcción o por mal cuidado de los propietarios de las viviendas, como lo muestra la Tabla 3. Tabla N°3: Deficiencias constructivas N° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Deficiencias constructivas Fisuras en la fachada Micro fisuras en la fachada Fachada desplomada Marcos de puertas descuadrados Marcos de ventanas descuadrados Vano de puertas descuadrado Vano de ventanas descuadrado Puertas deterioradas Ventanas deterioradas Falta de sello en las puertas

N° 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

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Deficiencias constructivas Falta de sello en las ventanas Fachada deteriorada Hongos en la fachada Ventanas rotas Puertas rotas Terminaciones ineficientes Junta Muro-Cielo deficiente Deficiencia en pintura Deficiencia en mortero o similar Deficiencia en la mala utilización de materiales


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De acuerdo a la lista de deficiencias constructivas y los parámetros mencionados, se clasificó la calidad de construcción de las viviendas observadas (ver Tabla 4). Tabla 4: Calificación de viviendas de acuerdo a sus deficiencias constructivas Calidad de la construcción (CC) N° de deficiencias constructivas CC < 2 Excelente 2 ≤ CC < 5 Buena 5 ≤ CC < 10 Regular 10 ≤ CC < 15 Mala 15 ≤ CC Deficiente

Tabla 5: Aislamiento acústico con respecto a la calidad de la edificación y/o mantenimiento de la vivienda ensayada Calidad de fachada Deficiente Mala Regular Buena Excelente

Aislamiento acústico 16,0 18,1 21,0 24,1 26,6

N° de viviendas 5 11 35 66 12

La calidad de la edificación con el aislamiento acústico, son directamente proporcionales, como se puede apreciar en la gráfica (Figura 4), las categorías buena y excelente están por sobre el promedio. Las mayores tendencias en número de viviendas son de calidad regular y buena, pero más del 50% de las viviendas están en las categorías inferiores en cuanto a calidad de la edificación. A pesar de estos resultados, las casas en excelentes condiciones, su promedio, no sobrepasa a los 30 dB, que es lo que se exige en los países desarrollados como mínimo para una buena habitabilidad. En la Figura 3 se muestran los rangos de valores de Aislamiento Acústico de las fachadas medidas en función de cinco grupos representativos de la calidad de la edificación.

Figura 4: Resultados aislamiento acústico de fachadas en función de la calidad de la edificación.

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Tabla 6: Resultados de las pruebas de normalidad aplicadas al descriptor Dls,2m,nt,w.

En la Figura 5 se presentan los resultados de aislamiento acústico obtenidos en cada una de las cinco categorías de calidad de las viviendas. En el gráfico se observa claramente como algunas categorías se traslapan entre sí (regular con buena) y como la categoría “Excelente” tiene resultados en un estándar acústico mayor que las otras categorías. Solo un extremo de las viviendas de categoría “Buena” tiene un resultado similar a la muestra completa de la categoría “Excelente”.

Dls,2m,nT,w [dB]

Aislamiento Acústico de Fachadas v/s Calidad de la Edificación 35 30 deficiente 25

mala regular

20

buena excelente

15 10 1

11

21

31

41

51

61

Fachada (#) Figura 5: Frecuencia de aislamiento acústico de los ensayos acústicos

5. CONCLUSIONES Este trabajo presentó los resultados de la incidencia de la materialidad y de la calidad de la construcción en el aislamiento acústico de fachadas de viviendas ubicadas en la Región Metropolitana de Chile. Entre las conclusiones más relevantes se pudo establecer lo siguiente: 1. En general el valor de aislamiento acústico de las fachadas resultó ser un valor bajo, de acuerdo a los estándares internacionales. Las medidas de tendencia central dan

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cuenta de valores del orden de 22 dB de aislamiento acústico, lo cual es bajo para viviendas ubicadas en una zona como la Región Metropolitana de Chile. 2. Los resultados obtenidos no permiten identificar la incidencia del período de construcción de la vivienda, sin embargo se propone ampliar la muestra y realizar nuevos análisis estadísticos de modo de identificar algunos aspectos de influencia de la antigüedad de la vivienda en sus resultados de aislamiento acústico. 3. En general, se confirmó que a mayor proporción de superficies vidriadas se obtiene menores valores de aislamiento acústico. 4. El problema de la calidad en la construcción está muy asociado a la poca especialización de la mano de obra en el sector, ya que como se mostró en los resultados, muchos trabajadores aprendieron el rubro solo o por medio de familiares o amigos, es por esto que no se tienen especialistas bien capacitados en el sector. En construcción, la capacitación constituye un entrenamiento de destrezas, habilidades y técnicas, acompañadas de un sustento teórico. 5. La mala calidad de las construcciones de acuerdo a los ensayos realizados y sus datos procesados, muestran que son directamente proporcionales con la habitabilidad, por ende con el aislamiento acústico, es decir, que a mayor calidad de la construcción mejor es el aislamiento acústico de las fachadas en viviendas de la Región Metropolitana. 6. Las pocas viviendas con calidad excelente cumplen o están muy cercanas a cumplir la normativa de países desarrollados, donde su exigencia de aislamiento acústico de fachada a ruido aéreo es de 30 dB. La mano de obra calificada en el sector construcción es muy baja pero los países desarrollados presentan altos índices de mano de obra calificada, en comparación con Chile, donde tienen sobre el 25% de gente calificada.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Diario Oficial de la República de Chile. Modifica decreto Nº 47, de 1992, Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones. [2] Rasmussen, B. Sound insulation between dwellings – Requirements in buildings regulations in Europe. Applied Acoustics 71 (2010). [3] ISO 140, Acoustics – Measurement of sound insulation in buildings and of building elements. – Part 5: Field measurements of airborne sound insulation of facade elements and facades, 1998. [4] Diario Oficial de las Comunidades Europeas. (2002). De 18 de julio de 2002, Directiva 2002/49CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 25 de junio de 2002 sobre evaluación y gestión del ruido ambiental. [5] AFNOR NF S 31-057:1982 Vérification de la qualité acoustiques des bâtiments. [6] ASTM International. (2004). ASTM E966-04 Standard Guide for Field Measurements of Airborne Sound Insulation of Building Façades and Façade Eléments. [7] Boletín Oficial del Estado, 254 de 23 de octubre de 2007. Real Decreto 1371/2007, de 19 de octubre, por el que se aprueba el documento básico «DB-HR Protección frente al ruido» del Código Técnico de la Edificación y se modifica el Real Decreto 314/2006, de 17 de marzo, por el que se aprueba el Código Técnico de la Edificación.

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Influencia del vidriado en el aislamiento acústico de una ventana F. Iasia,N. Vechiattia a

Laboratorio de Acústica y Luminotecnia, Comisión de Investigaciones Científicas, Camino Centenario y Calle 506, (CP 1897) Gonnet, Provincia de Buenos Aires, Argentina. Email: ciclal@gba.gob.ar

RESUMEN: El aislamiento acústico de una ventana está definido fundamentalmente por: el material con el que están construidos el marco y las hojas, el tipo de vidriado y el cierre perimetral. Para evaluar la influencia del vidriado se realizaron mediciones normalizadas de aislamiento acústico en laboratorio de una ventana oscilobatiente, con marcos de PVC reforzado con alma de acero galvanizado, de hoja simple, de doble contacto con burletes de PVC, a la que se le colocaron sucesivamente 10 diferentes acristalamientos, del tipo laminados y DVH (doble vidriado hermético). En este trabajo se analizan y comparan los resultados obtenidos.

KEYWORDS: aislamiento acústico, vidrio laminado, doble vidriado.

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1. INTRODUCCIÓN El aislamiento acústico de una ventana está definido fundamentalmente por: el material con el que está fabricada la carpintería, por el tipo de vidriado y el cierre perimetral (contactos, herrajes y burletes). Con el objeto de abordar un estudio sistemático de la influencia del vidriado, se realizaron mediciones normalizadas de aislamiento acústico de una ventana oscilo-batiente, con marcos de PVC reforzado con alma de acero galvanizado, de hoja simple, de doble contacto con burletes de PVC, a la que se le colocaron sucesivamente 10 diferentes acristalamientos, del tipo laminados y doble vidriado hermético (DVH). Para cada caso, se evaluó la transmisión aérea de sonidos a través de la ventana, con el objeto de obtener el correspondiente índice de reducción sonora, R, y los números únicos: Rw (C;Ctr; C50-5000; Ctr50-5000).

2. METODOLOGÍA DE TRABAJO Los ensayos se realizaron en las Cámaras de Transmisión del Laboratorio de Acústica y Luminotecnia de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia de Buenos Aires, y el procedimiento empleado fue el especificado en la norma IRAM 4063-3:2002 [1]. El volumen de las cámaras es de 111,7m3 (cámara izquierda) y de 113,9 m3 (cámara derecha). La ventana utilizada fue del tipo oscilobatiente de una hoja, de 1200 mm x 1400 mm, armada con perfiles de PVC (policloruro de vinilo no plastificado), con refuerzo interno de chapa galvanizada de 1,63 mm conformado en frío y colocado en todo el perímetro interno del marco y la hoja. El encuentro de la hoja con el marco fue de doble contacto, con dos juntas perimetrales de TPE (elastómero termo-plástico), colocadas de forma continua y unidas por termofusión en las esquinas. El sistema de herrajes permitía el cierre multipunto cada 70 mm. En la Figura 1 pueden apreciarse detalles de la ventana y su montaje en las cámaras de ensayo. En la Tabla 1 se presenta el listado de los vidrios instalados. La ventana fue instalada en el vano de 10 m2 existente entre ambas cámaras. De acuerdo con lo establecido en la norma utilizada, para su montaje se construyó una pared soporte de ladrillo macizo, de 50 cm de espesor, revocada en ambas caras. Luego de realizados los ensayos de vidriados, se retiró la ventana y se completó la abertura en la pared para evaluar su aislamiento a ruido aéreo siguiendo el mismo procedimiento de ensayo. De este modo se pudo comprobar que el aislamiento de la pared soporte era mayor que el de la ventana y que no influía en los resultados obtenidos [RW (C50-5000; Ctr50-5000) = 55 (-1;-6)]. La señal empleada para los ensayos fue ruido de banda ancha. El proceso consistió en registrar, tanto en la sala emisora como en la sala receptora, el nivel sonoro continuo equivalente para las distintas frecuencias de ensayo en ambos sentidos (invirtiendo sala emisora y receptora). En cada caso, a los niveles medidos en el local receptor se los corrigió por el efecto del ruido de fondo y del tiempo de reverberación. Durante las mediciones se utilizaron diferentes posiciones de fuente sonora y de micrófono. Para el caso de los tiempos de reverberación, se realizaron varios registros por cada combinación fuente-micrófono, promediándose luego el total de las caídas.

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Figura 1: Detalles de la ventana y su montaje de la ventana en las cĂĄmaras de ensayo

Como resultado de estos ensayos se obtuvo el Ă­ndice de reducciĂłn sonora R, para las 21 bandas de tercios de octavas con frecuencias centrales comprendidas entre 50 y 5000 Hz, calculado segĂşn la expresiĂłn (1): đ?&#x2018;&#x2026; = đ??ż1 â&#x2C6;&#x2019; đ??ż2 + 10 đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x201D; đ?&#x2018;&#x2020; đ??´

đ?&#x2018;&#x2018;đ??ľ

(1)

A partir de los valores del Ă­ndice R se calcularon los correspondientes nĂşmeros Ăşnicos, segĂşn dos normas: ď&#x201A;ˇ

ď&#x201A;ˇ

IRAM 4043-1/2002 [2], que establece el procedimiento para obtener el nĂşmero Ăşnico RW y los coeficientes de adaptaciĂłn espectral: -

C y Ctr: para ruido rosa ponderado A y para ruido de trĂĄfico rodado ponderado A, respectivamente, en el rango de tercios de octavas con frecuencias centrales comprendidas entre 100 Hz y 5000 Hz.

-

C50-5000 y Ctr 50-5000: para ruido rosa ponderado A y para ruido de trĂĄfico rodado ponderado A, respectivamente, en el rango extendido de tercios de octavas con frecuencias centrales comprendidas entre 50 Hz y 5000 Hz.

La ASTM E413-73 [3], que indica cĂłmo obtener el nĂşmero Ăşnico STC (Sound Transmission Class).

3. RESULTADOS OBTENIDOS SegĂşn lo indicado en la IRAM 4063-3, los valores obtenidos fueron el resultado de la promediaciĂłn aritmĂŠtica de mediciones realizadas en ambos sentidos (invirtiendo sala emisora y receptora). En la tabla 1 se detallan los nĂşmeros Ăşnicos obtenidos para cada uno de los 10 vidrios ensayados: RW; RA=Rw+C; Rtr=RW+Ctr, STC (en dB).

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En la Tabla 2 y en la Figura 2 se presentan comparativamente los valores del índice de reducción sonora R. En esa figura puede apreciarse que a pesar de la variación en el aislamiento que provee cada tipo de vidriado, se reconocen las siguientes particularidades: - Por debajo de 80 Hz: zona de aislamiento controlado por rigidez. - En el tercio de 80 Hz: resonancia asociada con las dimensiones de los vidrios. - Entre 80 Hz y 200 Hz: influencia de los modos de resonancia de las cámaras de transmisión. - En el tercio de 200 Hz: las resonancias del sistema masa-resorte-masa de los DVH. - Entre 250 Hz y 1600 Hz: zona de control por masa. - Entre 1600 Hz y 3150 Hz: frecuencias críticas de los diferentes vidriados, coincidiendo la gran mayoría en el tercio de 2000 Hz. En la Figura 3 se muestran comparativamente las curvas de aislamiento obtenidas para los 7 DVH evaluados. Además de una gran coincidencia de las formas de las curvas obtenidas, se pueden ver las particularidades descriptas previamente. Para evaluar la influencia de la hermeticidad del contorno del vidrio, se realizaron dos ensayos con un mismo vidriado al que se le cambiaron los contravidrios, instalándose primero el correcto y luego uno que no ajustaba adecuadamente el burlete. En la Figura 4 se muestra cómo se debilita el aislamiento ante la existencia de rendijas perimetrales, lo que cuantitativamente se puede apreciar en los valores de los números únicos calculados, pasando de Rw (C; Ctr) = 38 (-2; -4) a Rw (C; Ctr) = 32 (-1; -3). En las figuras 5 (a) y (b) se puede apreciar la influencia que tiene el reemplazo de un vidrio monolítico de 6 mm por uno laminado de 3+3 en dos configuraciones diferentes de DVH. En ambos casos, este cambio de vidrio incrementa sólo en 1 dB el valor de Rw o del STC. En la figura 6 se presentan comparativamente las curvas de aislamiento obtenidas para los 3 vidrios laminados. Se aprecia que la frecuencia crítica disminuye con el aumento de la masa superficial, mientras que las resonancias asociadas con las dimensiones de los vidrios coinciden en torno a los 80 Hz. Para el caso de los vidrios laminados, además de la medición, se realizó el cálculo del aislamiento acústico aplicando los modelos matemáticos de la ley de la masa corregidos por: Sewell (para las bajas frecuencias) y por Cremer (para frecuencias superiores a la crítica) [4]. En las Figuras 7 (a), (b) y (c) se muestran comparativamente las curvas medidas y las calculadas para cada uno de los vidrios laminados ensayados. Tabla 1: Vidrios ensayados N° de Ensayo

Vidrios laminados

Doble vidriado hermético (DVH)

100 - 5000 Hz

Tipo de vidrio

50 - 5000 Hz

RW

RA*

Rtr**

RW

RA*

Rtr**

STC

1

Vidrio laminado de 3 + 3

33

33

31

33

32

30

33

2

Vidrio laminado de 4 + 4

35

34

32

35

33

30

35

3

Vidrio laminado de 5 + 5

36

35

33

36

35

33

36

4

DVH 4/12/4

36

35

33

36

35

32

36

5

DVH 3+3/12/4

37

36

33

37

36

32

37

6

DVH 3+3/12/6

37

35

33

37

35

32

37

7

DVH 4+4/12/6

37

36

34

37

36

32

37

8

DVH 3+3/12/3+3

38

36

34

38

36

32

38

9

DVH 4+4/12/3+3

38

37

35

38

37

34

38

10

DVH 4+4/12/5+5 * RA = RW + C

39

37 35 Rtr = RW + Ctr

39

37

35

39

**

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Tabla 2: Índice R de los 10 vidrios ensayados Vidrios laminados

Banda [Hz]

50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

Doble vidriado hermético (DVH)

Ensayo 1

Ensayo 2

Ensayo 3

Ensayo 4

Ensayo 5

Ensayo 6

Ensayo 7

Ensayo 8

Ensayo 9

Ensayo 10

29,3 16,9 14,8 22,7 22,8 25,4 24,8 29,3 30,6 30,9 32,1 32,7 33,5 33,9 34,5 34,5 31,7 32,2 35,5 39,1 42,5

29,1 18,3 14,8 23,9 25,9 25,3 26,2 30,8 32,7 32,6 34,2 34,1 34,8 34,7 33,1 32,8 32,3 35,6 39,9 42,3 43,5

31,4 26,0 21,9 26,5 25,4 27,8 30,3 32,8 33,8 34,4 35,1 35,3 35,0 33,6 33,3 33,0 35,1 38,5 42,2 44,1 46,3

28,4 21,6 19,4 25,2 24,0 24,3 23,2 27,0 28,5 31,4 35,6 36,3 38,6 38,8 38,5 38,6 38,2 36,3 34,4 40,1 44,7

33,6 21,9 19,5 24,8 23,2 24,8 23,6 28,7 31,2 32,0 35,9 36,5 37,9 38,2 38,3 38,7 37,8 38,8 40,3 42,9 46,1

36,7 20,3 20,4 26,7 26,1 26,9 20,8 27,6 30,9 33,3 36,9 37,7 38,6 38,5 38,3 38,4 36,2 36,7 41,0 43,9 47,5

32,4 20,9 18,3 24,2 23,2 25,1 24,0 30,5 32,8 34,3 37,2 38,1 38,8 38,8 37,7 37,0 34,7 37,5 41,8 43,4 46,5

33,1 21,9 16,8 25,2 26,3 26,8 23,4 27,8 31,7 34,3 38,0 38,7 39,2 39,7 38,9 38,5 37,0 38,2 43,0 45,3 48,4

31,9 22,4 21,7 27,0 25,6 26,9 23,6 32,1 34,7 35,6 38,4 38,9 39,5 39,3 38,2 37,8 36,4 39,4 43,8 44,8 47,6

33,9 25,8 23,0 24,8 25,6 26,4 28,4 32,9 35,5 35,3 39,8 39,9 40,0 38,8 37,5 36,2 37,3 40,4 44,9 46,3 48,7

60

Índice de reducción sonora [dB]

50

40

30

20

10

0 50

63

80

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

LAMINADO 3+3

LAMINADO 4+4

LAMINADO 5+5

DVH [4 # 12 # 4]

DVH [3+3 # 12 # 4]

DVH [3+3 # 12 # 6]

DVH [3+3 # 12 # 3+3]

DVH [4+4 # 12 # 6]

DVH [4+4 # 12 #5+5]

Frecuencias [Hz]

DVH [4+4 # 12 # 3+3]

Figura 2: Comparación de las curvas del índice R de los 10 vidrios ensayados

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60

Índice de reducción sonora [dB]

50

40

30

20

10

0 50

63

80

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Frecuencias [Hz]

DVH [4 # 12 # 4]

DVH [3+3 # 12 # 4]

DVH [3+3 # 12 # 6]

DVH [4+4 # 12 # 3+3]

DVH [4+4 # 12 #5+5]

DVH [3+3 # 12 # 3+3]

DVH [4+4 # 12 # 6]

Figura 3: Índice R de los DVH ensayados

60

Índice de reducción sonora [dB]

50

40

30

20

10

0 50

63

80

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Frecuencias [Hz]

DVH [3+3 # 12 # 3+3]

DVH [3+3 # 12 # 3+3]

Figura 4: Influencia de la hermeticidad en el contorno del vidrio

173


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60

60

50

50 Índice de reducción sonora [dB]

Índice de reducción sonora [dB]

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40

30

20

10

40

30

20

10

0

0 50

63

80

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

50

63

80

100

125

160

200

250

315

400

500

630

800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

Frecuencias [Hz]

DVH [3+3 # 12 # 6]

Frecuencias [Hz]

DVH [3+3 # 12 # 3+3]

DVH [4+4 # 12 # 6]

DVH [4+4 # 12 # 3+3]

( a)

(b)

Figura 5: Reemplazo de vidrio monolítico por vidrio laminado en DVH

60

Índice de reducción sonora [dB]

50

40

30

20

10

0 50

63

80

100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000 Frecuencias [Hz]

LAMINADO 3+3

LAMINADO 4+4

LAMINADO 5+5

Medido

Calculado

( a)

R, en dB

Laminado 4+4

Medido

Calculado

(b)

Figura 7: Medición vs predicción

174

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

Laminado 5+5

50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

Laminado 3+3

R, en dB

50 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0

50 63 80 100 125 160 200 250 315 400 500 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5000

R, en dB

Figura 6: Índice R de los vidrios laminados

Medido

(c)

Calculado


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4. CONCLUSIONES GENERALES Las curvas obtenidas por cálculo para los vidrios laminados tienen, en general, una buena correspondencia con las obtenidas por medición, notándose que en bajas frecuencias y por encima de la frecuencia crítica, la predicción brinda un aislamiento sobrestimado, mientras que en la frecuencia crítica, hay una subestimación del aislamiento calculado. De todos modos, a pesar de estas pequeñas diferencias, los números únicos correspondientes a las curvas obtenidas por cálculo tienen el mismo valor que los de las curvas obtenidas por medición. En los DVH el cambio de un vidrio monolítico por uno laminado sólo incrementó en 1 dB el valor de RW. Tanto en el caso de los laminados como en el de los DVH, la diferencia entre los valores de RW obtenidos fue de 3 dB como máximo, variando de 33 a 36 dB al pasar de un laminado de 3+3 a otro de 5+5, o aumentando de 36 a 39 dB al pasar de un 4/12/4 a un 4+4/12/5+5. Estas mediciones han mostrado que el aumento de la complejidad del vidrio no está correlacionado con un aumento proporcional de la prestación acústica de la ventana.

5. AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen el apoyo recibido por las firmas PVC Tecnocom S.A. y Vidriería Argentina S.A. (VASA), para la realización de este trabajo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] IRAM 4063-3/2002: Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 3: Medición en laboratorio del aislamiento acústico a ruido aéreo de los elementos de construcción (que se corresponde con la ISO 140-3/1995). [2] IRAM 4043-1/2002: Aislamiento del sonido en edificios y de los elementos de construcción. Parte 1: Aislamiento a ruido aéreo (que se corresponde con la ISO 717-1/1996). [3] ASTM E413/73: Determination of sound transmission class. [4] Shaffer, J. Prediction of single and double partition transmission loss values. Supplementary documentation to ‘vibiso’ excel worksheet (2008). [5] Ingelaere, B. Isolation acoustique des fenêtres. 1ère Partie Performances acoustiques du vitrage. Centre Scientifique et Technique de la Construction, Bruxelles, CSTC-Magazine, Printemps 1998. [6] Llopys Reyna, A., Uris Martínez, A. & Guillen Guillamón, I. Cálculo del índice de reducción sonora de ventanas con vidrio laminar. Revista de Acústica Vol. XXXII N° 3 y 4 15-17 (2001). [7] Tadeu A.J.B. & Mateus D.M.R. Sound transmission through single, double and triple glazing. Experimental evaluation Applied Acoustics 62 307-325 (2001). [8] Mondaca Marino, C., González Suárez, J. & Machimbarrena Gutiérrez, M. Revisión de algoritmos de predicción de aislamiento acústico de paredes. 41° Congreso Nacional de Acústica y 6° Congreso Ibérico de Acústica. León, España (2010).

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Determinación estadística de los ciclos diarios de ruido ambiental mediante análisis de cluster. Aplicación al Barrio Bellavista de la ciudad de Santiago. A. Marzzanoa, M. Araosa, C. Albornoza, H. Lefína, M. Fuentesb, J. Delannoyc, L. Mezad a

Unidad de Acústica Ambiental, SEREMI de Salud R.M., Santiago, Chile, antonio.marzzano@redsalud.gov.cl b Escuela de Salud Pública, Facultad de Medicina, Universidad de Chile, Santiago, Chile c Escuela de Comunicación, Instituto Profesional Duoc UC, Santiago, Chile, jdelannoy@duoc.cl d Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile, Santiago, Chile.

RESUMEN: La técnica de confección de mapas de ruido requiere de decisiones metodológicas para respaldar los resultados que ellos muestran, especialmente con relación a su representatividad espacial y temporal. Éstas requieren análisis estadísticos complejos que permitan validar dichas decisiones. Este trabajo utiliza una metodología para determinar los Ciclos Diarios Acústicos, para ser usados en mapas de ruido, a partir de registros continuos de niveles sonoros, utilizando el método estadístico multivariado de agrupamiento jerárquico (análisis de cluster). En una primera etapa se agrupan los ciclos diarios con forma semejante, usando la correlación como medida de similitud y mediante vinculación del promedio (average linkage). En la segunda etapa se realiza un subagrupamiento para determinar los días que, teniendo ciclos diarios semejantes, presentan diferencias en los niveles de ruido, para lo cual se utiliza como medida de similitud la distancia absoluta y vinculación completa (complete linkage). La metodología utilizada para determinar el ciclo diario de ruido es aplicada al estudio de un mapa de ruido del Barrio Bellavista, comuna de Recoleta, Santiago de Chile, cuyo comportamiento acústico es atípico dadas sus características como sector eminentemente de ocio, bares y locales nocturnos. El resultado arrojó dos tipos de ciclos diarios (lunes a viernes y fin de semana) para las vías primarias y tres tipos (lunes a viernes, sábado y domingo) para las vías secundarias y terciarias del área de estudio.

KEYWORDS: Mapas de ruido, Análisis de cluster, Ciclos diarios de ruido.

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1. INTRODUCCIÓN El diagnóstico del ruido ambiental de una ciudad o parte de ella se realiza, en general, mediante descriptores acústicos que abarcan períodos de 24 horas, como el nivel día-noche (Ldn), el nivel día-tarde-noche (Lden) o el nivel de 24 horas (L24h), o períodos más cortos del día, como el nivel diurno (Ld), el nivel nocturno (Ln) o el nivel de 8 horas (L8h), entre otros, según distintas directrices y normativas como la establecida por el Parlamento de la Unión Europea [1] o la Administración Federal de Aviación de EE.UU. [2], o en otros trabajos y estudios extranjeros [3, 4, 5, 6] y nacionales [7, 8, 9]. En otras situaciones, como en la normativa de ruido de carreteras de la Administración Federal de Tránsito de EE.UU. [10], se utiliza el nivel equivalente horario (Leq) de la hora más ruidosa. Para el caso de determinar el impacto acústico de una actividad o instalación futura, muchas veces es necesario medir la línea de base para establecer los horarios o períodos de menor ruido y así evaluar la condición más desfavorable en términos de la diferencia de niveles sonoros con y sin proyecto. Las tres situaciones anteriores tienen en común la necesidad de determinar el comportamiento sonoro típico a través del perfil o ciclo diario de ruido. Con este ciclo es posible, a partir de mediciones puntuales de 1 hora o menos, estimar los niveles del resto del período de interés (día, noche, 24 horas, etc.), así como determinar las horas punta en una carretera o los períodos de menor ruido de una línea de base. En este artículo se reporta una metodología que permitió determinar el ciclo diario de ruido de un lugar a partir de registros continuos de niveles sonoros [11, 12, 13], para el caso del Barrio Bellavista de la ciudad de Santiago, caracterizado por ser un sector de ocio y diversión. Los resultados obtenidos tienen como finalidad ser utilizados posteriormente para la confección de un mapa de ruido de este barrio.

2. METODOLOGÍA La metodología usada consta de dos etapas. La primera es un agrupamiento por semejanza de ciclos, y la segunda es un agrupamiento por diferencia de niveles de ruido entre ciclos semejantes, en la que dentro de cada grupo formado en la primera etapa se forman subgrupos con niveles de ruido similares. En ambas etapas se deben definir criterios de agrupamiento, es decir, valores de corte que determinan la cercanía deseada dentro de cada grupo o cluster. Las mediciones fueron efectuadas utilizando un Sonómetro Larson Davis modelo LxT1 y el análisis estadístico se realizó con el programa Stata versión 12. Para la aplicación de esta metodología se considera a cada día como una observación con 24 variables (los 24 registros horarios de nivel continuo equivalente LAeq). Para la primera etapa de agrupamiento el análisis de cluster usa como medida de similitud la correlación entre observaciones (días) y el método de vinculación del promedio (average linkage). El criterio usado en este trabajo es un coeficiente de correlación (r de Pearson) mayor o igual a 0,6 (correlación moderada). En la segunda etapa la medida de similitud es la “Distancia Absoluta” y se usa el método de vinculación completa (complete linkage) [14, 15]. El criterio es una distancia absoluta menor o igual a 72 dB(A), de modo de asegurar una diferencia horaria promedio menor o igual a 3 dB(A).

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3. RESULTADOS 3.1

Calle Pío Nono.

El monitoreo de ruido ambiental en la calle Pío Nono se realizó en tres campañas durante el año 2010: desde el sábado 20 al viernes 26 de febrero, desde el martes 20 al jueves 22 de abril y desde el sábado 1 al martes 25 de mayo. En total se analizaron 35 días de medición. 3.1.1 Agrupamiento por semejanza de ciclos (correlación). En la Figura 1 se muestra el dendrograma obtenido del análisis de agrupamiento con correlación como medida de similitud. Tomando como mínimo una correlación de 0,6 (ver línea de referencia en el diagrama), se crean dos grupos de días con perfiles diarios semejantes. De los resultados se analiza lo siguiente: a)

El grupo 1 contiene sólo sábados y domingos, además del viernes 21 de mayo. Respecto a este último, en los 35 días analizados fue el único festivo en viernes, por lo que se asume que su perfil representa a los días festivos de esas características, es decir, asimilables a fin de semana. Sin embargo, la muestra no contiene ningún día festivo en medio de la semana, por lo que no es posible extender el perfil del 21 de mayo a todos los festivos. En consecuencia, del grupo 1 se obtiene la forma del ciclo diario característico de fin de semana.

b) El grupo 2 contiene los días de lunes a viernes. Por lo tanto, este grupo provee la forma del ciclo diario característico de días hábiles.

Figura 1: Dendrograma del agrupamiento de días por semejanza de ciclos (correlación) para el registro de ruido en calle Pío Nono. 3.1.2 Agrupamiento por diferencia de nivel de ruido en ciclos semejantes (distancia). Se realizó un análisis por separado en cada grupo formado en el paso anterior, cuyos resultados se señalan a continuación. i) Fin de semana (grupo 1). La Figura 2 muestra el dendrograma obtenido para el grupo 1, donde se observa que no se produce ningún nuevo agrupamiento. Esto se debe a que ninguno de los días del grupo se

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ubica a una distancia absoluta superior a 72, es decir, todos presentan diferencias horarias promedio menor a 3 dB(A). Este resultado ratifica que el grupo 1 está formado por los días con un ciclo diario característico de fin de semana, cuyo perfil se calcula mediante el Leq promedio para cada hora y se muestra en la Figura 3. 80

Fin de semana (Sábado y Domingo)

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 2: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 1 de calle Pío Nono.

Figura 3: Ciclo diario característico de ruido de fin de semana en calle Pío Nono. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el grupo.

ii) Días hábiles (grupo 2). La Figura 4 muestra el dendrograma obtenido para el grupo 2, donde se marca la línea correspondiente a una diferencia absoluta de 72. Como se observa, en este caso tampoco se forman nuevos grupos. 80,0

Día hábil (Lunes a Viernes)

Leq 1 hora (dBA)

70,0

60,0

50,0

40,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 4: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 2 de calle Pío Nono.

3.2

Figura 5: Ciclo diario característico de ruido de día hábil en calle Pío Nono. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el grupo.

Calle Purísima.

El registro de ruido ambiental en la calle Purísima se realizó durante 13 días en el año 2010: desde el miércoles 11 al lunes 23 de agosto.

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3.2.1 Agrupamiento por semejanza de ciclos (correlación). En el dendrograma de la Figura 6 se observa que los días hábiles forman un grupo, así como también los dos días domingo registrados. Para el caso de los días sábado, los dos registros presentan diferencias importantes en su forma, por lo que no se agrupan.

Figura 6: Dendrograma del agrupamiento de días por semejanza de ciclos (correlación) para el registro de ruido en calle Purísima. 3.2.2 Agrupamiento por diferencia de nivel de ruido en ciclos semejantes (distancia). Se realizó un análisis por separado en cada grupo formado por correlación, cuyos resultados se señalan a continuación. No se incluyó en esta segunda etapa del agrupamiento a los días sábado, aunque sí se los consideró para obtener el ciclo diario de ese día. i) Día hábil (grupo 1). La Figura 7 muestra el dendrograma obtenido para el grupo 1, donde se observa que no se produce ningún nuevo agrupamiento. Con este resultado se determina que el grupo 1 está formado por los días con un ciclo diario característico de día hábil. El perfil de este ciclo diario se muestra en la Figura 8. 80

Día hábil (Lunes a Viernes)

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 7: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 1 de calle Purísima.

Figura 8: Ciclo diario característico de ruido de día hábil en calle Purísima. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el grupo.

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ii) Domingo (grupo 2). La Figura 9 muestra el dendrograma obtenido para el grupo 2, donde se observa que no se produce ningún nuevo agrupamiento. El perfil de este ciclo diario se muestra en la Figura 10. 80

Domingo

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 9: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 2 de calle Purísima.

Figura 10: Ciclo diario característico de ruido de día Domingo en calle Purísima. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el grupo.

iii) Sábado. En el caso particular del día sábado, los dos únicos registros con los que se cuenta presentan diferencias en su forma, especialmente en el horario de 6 AM a 9 AM, situación que explica el que no se agrupen. No obstante, debido a la necesidad de contar con un ciclo diario para todos los días de la semana, y no habiendo evidencia empírica de una similitud de los sábados con algún otro día de la semana, el ciclo diario característico se obtuvo promediando los niveles horarios de los dos sábados medidos. El perfil de este ciclo diario se muestra en la Figura 11. 80

Sábado

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40 1

2

3

4

5

6

7

8

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 11: Ciclo diario promedio de ruido de día Sábado en calle Purísima. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días medidos.

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3.3

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Calle Ernesto Pinto Lagarrigue.

El registro de ruido ambiental en la calle Ernesto Pinto Lagarrigue se realizó durante 29 días en el año 2010: desde el martes 19 de octubre al martes 16 de noviembre. 3.3.1 Agrupamiento por semejanza de ciclos (correlación). La Figura 12 muestra el dendrograma obtenido de este primer agrupamiento. Se observa que el primer grupo está formado sólo por días hábiles, hay un segundo grupo formado por dos días sábado, y un tercero formado por tres días domingo. Los demás son días aislados no agrupados con ningún otro, donde hay algunos festivos como el 1 de noviembre, que probablemente hizo que el domingo 31 de octubre tuviese un comportamiento distinto al normal de un domingo (situación similar podría suponerse para el sábado 30 de octubre).

Figura 12: Dendrograma del agrupamiento de días por semejanza de ciclos (correlación) para el registro de ruido en calle E. Pinto Lagarrigue. 3.3.2 Agrupamiento por diferencia de nivel de ruido en ciclos semejantes (distancia). Se realizó un análisis por separado en cada grupo formado por correlación, cuyos resultados se señalan a continuación. i) Día hábil (grupo 1). De acuerdo al dendrograma obtenido para el grupo 1, mostrado en la Figura 13, no se produce ningún nuevo agrupamiento. Por lo tanto, se determina que el grupo 1 está formado por los días con un ciclo diario característico de día hábil. El perfil de este ciclo diario se muestra en la Figura 14. ii) Sábado (grupo 2). La Figura 15 muestra el dendrograma obtenido para el grupo 2, donde se observa que los dos sábados permanecen agrupados, con lo cual se determina el ciclo diario mostrado en la Figura 16.

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Día hábil (Lunes a Viernes)

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 13: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 1 de calle E. Pinto Lagarrigue

Figura 14: Ciclo diario característico de ruido de día hábil en calle E. Pinto Lagarrigue. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el grupo

80

Sábado

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Hora

Figura 15: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 2 de calle E. Pinto Lagarrigue.

Figura 16: Ciclo diario característico de ruido de Sábado en calle E. Pinto Lagarrigue. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el gru

iii) Domingo (grupo 3) En esta segunda etapa los tres domingos se mantienen agrupados, es decir, no presentan diferencias horarias promedio mayores a 3 dB(A), tal como lo muestra la Figura 17. El ciclo obtenido entonces para este día es el mostrado en la Figura 18.

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Figura 17: Dendrograma del agrupamiento de días por diferencia de niveles de ruido en ciclos semejantes (distancia) para el grupo 3 de calle E. Pinto Lagarrigue. 80

Domingo

Leq 1 hora (dBA)

70

60

50

40

30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

Hora

Figura 18: Ciclo diario característico de ruido de Domingo en calle E. Pinto Lagarrigue. Las líneas discontinuas corresponden a los registros individuales de los días que forman el grupo.

4. CONCLUSIONES 1. Mediante la aplicación del método de agrupamiento jerárquico (análisis de cluster) se determinaron los ciclos diarios característicos de ruido de las principales vías del Barrio Bellavista de la ciudad de Santiago. Los ciclos obtenidos dan cuenta del carácter de barrio de ocio y diversión del sector. 2. El método de agrupamiento requiere, en lo posible, un número grande de mediciones de cada tipo de día, por lo que en algunos casos (especialmente en calle Purísima) los resultados no fueron producto del agrupamiento esperado. 3. El método aplicado muestra ser eficaz en el objetivo de caracterizar acústicamente un lugar o sector, y sus resultados se pueden utilizar para la realización de mapas de ruido o monitoreos discretos con una adecuada representatividad temporal, entre otras aplicaciones.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] [2]

Parlamento Europeo y Consejo de la Unión Europea (2002). Directiva 2002/49/CE sobre evaluación y gestión del ruido ambiental. Federal Aviation Administration (FAA), USA (1981). Federal Aviation Regulation (FAR) Part 150 – Airport Noise Compatibility Planning.

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Evolución acústica de las soluciones constructivas oficiales en el período 2005-2014 en Chile J. Delannoya, L. G. Mezab, A. Marzzanoc & C. Arenasd a

Escuela de Comunicación, Instituto Profesional Duoc UC, Camino El Alba 12575 Las Condes CP7620002. Santiago, Chile. jdelannoy@duoc.cl b Escuela de Construcción Civil, Pontificia Universidad Católica de Chile, Av. Vicuña Mackenna 4860, Macul, Santiago, Chile. lmezam@uc.cl c Unidad de Acústica Ambiental, SEREMI de Salud - Región Metropolitana, Padre Miguel de Olivares 1229, Santiago, Chile, Santiago, Chile. antonio.marzzano@redsalud.gov.cl d División Técnica de Estudio y Fomento Habitacional. Ministerio de Vivienda y Urbanismo, Serrano 15, Santiago Centro. Santiago, Chile. caarenasc@minvu.cl

RESUMEN: El 9 de septiembre de 2004 se publica en el Diario Oficial la modificación de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción, que hace obligatorio el aislamiento acústico entre viviendas en Chile. Se estableció que el cumplimiento puede acreditarse en base a mediciones in situ o con ensayos de laboratorio que deben inscribirse en un listado oficial de soluciones constructivas para aislamiento acústico en el Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Este trabajo compara los principales parámetros descriptivos del aislamiento acústico aéreo del listado entre las versiones E3 y E12; correspondientes a los años 2005 y 2014 respectivamente. Los resultados muestran que, aunque el listado se ha más que triplicado en número de soluciones disponibles, el mejoramiento comparativo es de relativa importancia. Ello debido principalmente a que muestra una distribución no normal; concentrando el 70% de las soluciones (E3, E12) en tan sólo 2 dBA y el 87% (E12) en 4 dBA por sobre el valor mínimo exigido antes de la entrada en vigencia de las modificaciones previstas en la actual revisión de esta regulación en Chile. Finalmente, este trabajo evalúa las implicancias en la tipología constructiva y el impacto de la percepción de las personas ante un aumento de los valores mínimos de exigencia de aislamiento acústico para ruido aéreo entre viviendas.

KEYWORDS: Aislamiento Acústico, Índice de Reducción, Calidad Acústica de la Vivienda.

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1. INTRODUCCIÓN 1.1

El listado oficial de soluciones acústicas para la vivienda

En el año 2004 el Ministerio de la Vivienda publicó una modificación de la Ordenanza General de Urbanismo y Construcción que explicitó la obligación de dotar de aislamiento acústico entre unidades de viviendas en Chile [1]. Se estableció que el cumplimiento puede acreditarse en base a mediciones in situ o con ensayos de laboratorio que deben inscribirse en un listado oficial de soluciones constructivas para aislamiento acústico. Este listado quedó bajo la gestión del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Inicialmente el listado sólo tuvo treinta soluciones inscritas [2], para años más tarde (en 2014) llegar hasta un número de 107. 1.2

Comparación Chile - UE

Para efectos de evaluar el grado de interacción entre la exigencia de aislamiento acústico y la situación socio-económica del país, se procedió a estimar las relaciones que este indicador tiene con varios de los principales indicadores de desarrollo de 16 países europeos [3,4,5]. La información recogida se resume en la Tabla 1 (ordenada por PIB per cápita). Tabla 1: Índice de Reducción Acústica en función de diferentes índices de desarrollo (Fuente: Elaboración propia con datos contenidos en [3,4 y 5]).

En una simple inspección se puede inferir que: (1) El promedio de exigencia de los países con un PIB superior a USD 30.000 (ppc) es de 56 dB, (2) El promedio de exigencia de los países con un PIB ligeramente superior al de Chile (Polonia, Portugal y Hungría) es de 54 dB. Si estos valores anteriores se comparan con el valor exigido en Chile (Rw = 45dBA; Rw = 45+2 = 47 dB), se infiere que se encuentra muy por debajo de los países europeos con ingreso per cápita similar al de Chile.

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Figura 1: Comprobación de que no existe relación entre el ingreso per cápita y el grado de exigencia acústica para la vivienda (Fuente: elaboración propia). Al estudiar la fuerza de la relación (lineal) que existe entre todas las variables consideradas se obtuvo una matriz de correlación cuyos resultados se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2: Correlación entre el Índice de Reducción Acústica exigido en un país y sus indicadores de desarrollo.

Los resultados obtenidos indican que el Índice de Reducción muestra una fuerza de relación moderada-alta con el grado de educación secundaria de los habitantes; ello en el marco de los países estudiados (r de pearson = 0,77). En cierta medida es bastante alentador comprobar, al menos en este tema, que las exigencias mínimas de la calidad acústica de la vivienda no se

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relaciona con el PIB per cápita de los ciudadanos, sino que con la educación del país (ver las Figuras 1 y 2 respectivamente donde se consideraron 16 países europeos).

Figura 2: El índice de Reducción Acústica y el % de la población con Educación Secundaria (*) no necesariamente completa- muestran una correlación moderada-alta. Este valor de exigencia se ha mantenido constante por diez años. Período en el cual el PIB del país pasó de USD 12.707 en el año 2005 a un valor, proyectado por el FMI para el año 2014, de USD 20.114 (ppc) [5], no siendo este hecho relevante para reflexionar acerca de su revisión, sino que otro hecho más relevante: el año 2005 se decretó la obligatoriedad de la educación secundaria en Chile. Las cifras actuales revelan que más de un 70% de la población ha pasado por esta instancia educativa, de las cuales la concluyen un 80,2% de hombres y un 84,4% de mujeres [9]. Pasada ya una década desde la instauración de esta normativa y, del crecimiento económico experimentado, parece razonable evaluar una actualización de los valores exigidos y también respecto del alcance de su aplicación (por ejemplo para fachadas). En este enfoque, la Figura 2 pone en evidencia un retraso respecto a la calidad acústica de la vivienda que podríamos aspirar en una próxima revisión de la normativa.

1.3

Objetivos

El objetivo principal de este trabajo fue evaluar cuantitativamente los cambios experimentados por el listado oficial de soluciones constructivas para aislamiento acústico en el período comprendido entre los años 2005 y 2014. Ello con la intención de aportar una reflexión objetiva respecto a una posible actualización de esta regulación en un futuro cercano. Finalmente, este trabajo evalúa las implicancias en la tipología constructiva y el impacto de la percepción de las personas en función de los valores mínimos de exigencia de aislamiento acústico para ruido aéreo entre viviendas.

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2. METODOLOGÍA Para realizar este trabajo se recurrió al Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Aislamiento Acústico del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Dado que en Chile se especificó el índice único Rw en dBA, es decir RA, se hizo necesario separar el término de corrección espectral C (para ruido rosado) con el fin de poder aislar el índice Rw y poder así comparar este valor con los exigidos por los otros países considerados en este estudio. Para ello se utilizó el procedimiento indicado en la norma ISO 717-1 [6] sobre datos obtenidos para 130 mediciones in situ por Meza [7]; en un estudio realizado en la Región Metropolitana. Además del levantamiento estadístico descriptivo (medidas de tendencia central y dispersión), también se realizó una prueba de normalidad para el último listado vigente, (el E12-2014 que tiene 107 soluciones inscritas) [8] utilizando la prueba estadística de Kolmogorov-Smirnov (dado que N > 50) y la prueba de Shapiro-Wilk para las soluciones agrupadas por segmentos (N < 50). Para este análisis estadístico se utilizó la herramienta análisis y exploración del paquete estadístico IBM SPSS v22. Desde el punto de vista acústico, para cada una de las clasificaciones se buscaron la media, el máximo y el mínimo por banda de frecuencia. Con ello, se identificó cuál tipo de solución era la más efectiva por banda de frecuencia. La fundamentación para ello es que diferentes soluciones con idéntico Rw (dBA) pueden tener un comportamiento muy diferente por bandas de frecuencia. Eso implica que no es suficiente conocer el índice único Rw sino que la curva de aislamiento que lo sustenta si se quiere que las necesidades acústicas (y la percepción) converjan en una solución constructiva diseñada a partir de la información contenida en el listado oficial de soluciones acústicas.

3. RESULTADOS 3.1

Evolución del número de soluciones inscritas.

Dada la naturaleza político-administrativa del país, esta normativa es de exigencia y alcance nacional. La Figura 3 muestra la evolución del listado oficial de soluciones acústicas –en cantidad de soluciones inscritas- para el período 2005-2014.

Figura 3: Aumento de las soluciones insxcritas en el período 2005-2014.

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3.2 Estadística descriptiva Los resultados de la estadística descriptiva de los listados E3 y E12 se muestran en la Tabla 3. En ella se verifica que, habiéndose poblado notablemente, sin embargo la media del Índice de Reducción Rw (dBA) apenas ha aumentado. El valor más recurrente del listado apenas aumentó en 1 dBA. Y el valor máximo disponible subió de 53 a 57 dBA. La asimetría se acentúa “hacia la izquierda”; indicando que la mayoría de los guarismos se encuentran distribuidos cerca del valor mínimo exigido (ver Figuras 4-a y 4-c).

Tabla 3: Comparación de los listados de soluciones del período estudiado.

Figura 4: (a) Distribución de frecuencias del listado E12(2014); Figura 4: (b)Diagrama de cajas por tipo de solución constructiva. 3.3

Pruebas de normalidad

Se realizó una prueba de la normalidad de la distribución de frecuencia del listado, tanto en su globalidad como también separadamente segregando por tipo de solución constructiva. El resultado arrojó que considerando el listado como un todo (N=107), la prueba Kolmogorov-

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Smirnov arrojó un p-value = 0,000. Resultado que no siendo superior a 0,005 indica la falta de normalidad de su distribución de frecuencias. Por su parte, la prueba de normalidad aplicada a los cuatro estratos con un número significativo de soluciones inscritas en el listado, se muestran en la Tabla 4. En este caso, dado que cada tipo de solución exhibe un N < 50, se aplicó la prueba de Shapiro-Wilk. En este caso tampoco se verificó una distribución normal; concentrando el listado hacia el mínimo exigido. Tabla 4: Prueba de normalidad para los subgrupos que componen el listado de soluciones.

3.4 Dinámica del Índice de Reducción en el período A fin de identificar las posibilidades de aislamiento acústico que ofrecen los diferentes subgrupos de soluciones inscritas en el listado, se retuvieron los valores máximos para el índice de reducción para cada una de las bandas de frecuencias en tercio de octavas. Con ello se pudo obtener un gráfico de la dinámica (de aislamiento) para cada subgrupo. Se excluyó el grupo que sólo posee 1 solución inscrita. Los resultados arrojados por este proceso se muestran en las Figuras 5, 6 y 7. En cada gráfico se muestra también la media y el mínimo que ofrece cada subgrupo de soluciones constructivas.

Figura 5: Valores Máximo, Medio y Mínimo para el subgrupo (a) Bloques de Hormigón y (b)Tabiques divisorios.

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Figura 6: Valores Máximo, Medio y Mínimo para el subgrupo (a) Albañilerías y (b)Hormigones armados.

Figura 7: Valores Máximo, Medio y Mínimo para el subgrupo Paneles de poliestireno.

3.5

Comportamiento del listado como un todo

Respecto a la tendencia central del listado como un todo, en la Figura 8 se muestra que, en promedio, las soluciones basadas en tabiquería ofrecen una mejor solución en un rango de frecuencias más amplio que los otros subgrupos.

Figura 8: Índice de Reducción Acústica promedio por subgrupo de soluciones constructivas inscritas en el listado oficial E12.

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En la Figura 9 se puede identificar la máxima eficiencia que deja en evidencia tres rangos de frecuencia claramente definidos: frecuencias bajas (100-200 Hz), frecuencias medias-bajas (250-500 Hz) y frecuencias medias-altas (630-3150 Hz).

Figura 9: Índice de Reducción Acústica máximo por subgrupo de soluciones constructivas inscritas en el listado oficial E12. La mayor eficacia en frecuencias bajas por parte de las soluciones de Albañilería y hormigones se explican por la mayor rigidez que alcanzan este tipo de soluciones constructivas. Por su parte las soluciones de tabiquería pierden terreno en frecuencias altas muy probablemente debido al Efecto de Coincidencia. Este problema no es relevante en soluciones más rígidas (como los muros de hormigón o de albañilería) debido a que el efecto de coincidencia se desplaza fuera del rango de interés. Finalmente, la Tabla 6 muestra los máximos rendimientos acústicos que se pueden encontrar en el listado oficial de soluciones constructivas para aislamiento acústico. Tabla 6: Segregación de máxima eficacia del listado por tipo de solución en función de la banda de frecuencias.

En el listado oficial no se dispone de una solución que ofrezca los valores señalados en la Tabla 6. Sólo se indica que esto es perfectamente posible de alcanzar inspirando una nueva solución que combine lo ofrecido por las diferentes soluciones. Esta hipotética solución produciría un Rw (C, Ctr) igual a 61 (-1,-4), Rw (dBA) = 60.

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4. CONCLUSIONES Este trabajo comparó los principales parámetros descriptivos de aislamiento acústico aéreo del listado oficial de soluciones entre las versiones E3 y E12; correspondientes a los años 2005 y 2014 respectivamente. Se abordó la problemática de evaluar si las posibilidades de la normativa actual permiten al sector constructivo disponer de una herramienta amplia para el diseño de nuevas soluciones acústicas. Entre las conclusiones más relevantes se pudo establecer lo siguiente: 1. En el período de estudio (2005-2014) el listado se pobló notablemente, pasando de 30 a 107 soluciones (3,57 veces). 2. El aumento en el número se explica principalmente por los subgrupos “Albañilerías” y “Tabiques Divisorios”. Pasando de 10 a 47 –los primeros- y de 15 a 41 los segundos. 3. Los aumentos en los descriptores de tendencia central (media y moda) fueron marginales (menor o igual a 1 dBA). 4. Persiste una asimetría que flota muy cerca del valor inferior del listado; concentrando el 70% de las soluciones (E3, E12) en tan sólo 2 dBA y el 87% (E12) en 4 dBA por sobre el valor mínimo exigido. Ni el listado como un todo, ni los subgrupos exhiben una distribución de frecuencias estadísticamente normal. 5. Si bien no se encontró una correlación estadística entre el PIB per cápita de los países europeos y las altas exigencias acústicas vigentes allí, sí se encontró evidencia (r de Pearson = 0,78) que las correlaciona con el nivel de educación secundaria de su población. 6. Lo anterior sugiere una mayor investigación que permita anticipar cuándo un país puede aspirar a mejorar sus exigencias acústicas más allá de sus ingresos económicos.

5. AGRADECIMIENTOS Este trabajo contó con el apoyo de la Escuela de Comunicación Duoc UC y de la División Técnica de Estudio y Fomento Habitacional del Ministerio de Vivienda y Urbanismo. Los autores también desean agradecer a los ingenieros Andrés Pinto (de Duoc UC) y a Mauricio Fuentes (U. de Chile), por sus valiosos aportes al tratamiento de los datos utilizados en este trabajo.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9]

Diario Oficial de la República de Chile. Edición del 9 de septiembre (2004). Ministerio de Vivienda y Urbanismo. DITEC, listado E3 (2005). Rasmussen, B. Sound insulation between dwellings – Requirements in buildings regulations in Europe. Applied Acoustics 71 (2010). UNDP. Human Development Report (2014). http://hdr.undp.org/en/content/humandevelopment-index-hdi. IMF. World Economic Outlook (2014). http://www.imf.org/external/datamapper/index.php. ISO 717, Acoustics – Rating of sound insulation in buildings and of buildings elements. Part 1: Airborne sound insulation, (1996). Meza, L. Comunicación personal. Datos no publicados aún. Ministerio de Vivienda y Urbanismo. DITEC, listado E12 (2014). Ministerio de Desarrollo Social. Encuesta CASEN (2013).

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Validação de um Protótipo de Fonte Sonora de Impactos Padronizados Mediante Resultados Obtidos na Avaliação do Isolamento Sonoro de Impacto em Pisos de Edificações Residenciais

R. Mojollaa & S.R. Bertolib a

Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo, Universidade Estadual de Campinas – UNICAMP, Rua Saturnino de Brito, 224 Cidade Universitária Zeferino Vaz Campinas - São Paulo, Brasil, robertomojolla@hotmail.com b Departamento de Arquitetura e Construção da Faculdade de Engenharia, Arquitetura e Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas – Unicamp, Rua Saturnino de Brito, 224 Cidade Universitária Zeferino Vaz Campinas - São Paulo, Brasil, rolla@fec.unicamp.br

RESUMO: Uma das queixas mais frequentes entre moradores de edifícios residenciais verticalizados é o incomodo causado por ruídos de impactos nos sistemas piso/laje decorrentes do caminhar ou quedas de objetos. Segundo as normas brasileiras e internacionais, avaliar o desempenho acústico destes sistemas depende do uso de equipamentos normalizados e certificados. A norma brasileira NBR 15575 (2013) indica os procedimentos da norma ISO 140-7 (1998) para medir o isolamento sonoro de impacto em pisos. Esta norma ISO prevê o uso de uma fonte geradora de impactos padronizados (Standard Tapping Machine) para a excitação do sistema piso/laje de forma padronizada. No anexo A desta norma ISO estão descritas as características e funções que a máquina de impactos padronizados deve cumprir. Este trabalho teve como objetivos construir uma fonte sonora de impactos padronizados e qualifica-la para uso. Na fabricação da fonte foram observadas as especificações para os componentes normatizados do equipamento. Estas peças foram desenhadas, confeccionadas e utilizadas na montagem do protótipo. Para qualificar o equipamento construído foram realizadas medidas de campo do nível sonoro de impacto padronizado em função de frequências, em edifícios residenciais, conforme o método de engenharia recomendado pela norma NBR 15575-3 (2013). Nos ensaios de campo foram empregadas uma fonte de impactos padronizados comercial e o protótipo construído. A comparação dos resultados do nível sonoro de impacto padronizado qualificou o emprego do protótipo em ensaios de campo.

Palavras chave: Conforto em edifícios, Desempenho Acústico de Pisos, Ruído de Impactos Padronizados.

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1. INTRODUÇÃO A política de aceleração econômica adotada pelos órgãos governamentais brasileiros, objetivando atender a demanda reprimida de habitação, facilitou na última década a movimentação mais acelerada do mercado interno da construção civil. De forma complementar, neste período foram implementadas as políticas e programas de qualidade, cujo impulso inicial partiu da sociedade brasileira, como a necessidade de se estabelecer parâmetros para classificar o desempenho dos diversos elementos componentes da edificação. Para avaliar o desempenho de edificações, a Associação Brasileira de Normas Técnicas (ABNT), propôs um conjunto de normas definidas como NBR 15.575 (2013) Edificações habitacionais – Desempenho, que é composta por seis partes. Cada uma das partes refere-se aos sistemas componentes da edificação e a avaliação do desempenho dos sistemas quanto aos requisitos: acústico, térmico, lumínico e de segurança ao fogo, com critérios à serem atendidos. A parte 3 da norma brasileira NBR 15.575 (2013) trata sobre a avaliação do desempenho de pisos. O desempenho acústico de pisos é abordado no item 12 dessa parte da norma que estabelece o nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (L´nT,w) como parâmetro de avaliação do desempenho, utilizando o Anexo E (informativo) para a classificar o isolamento acústico oferecido por um sistema piso-teto quando submetido a impactos. A norma NBR 15.575-3 (2013) indica como método de avaliação a norma ISO 1407 (1998). A norma ISO 140-7 (1998) estabelece procedimentos para medição de parâmetros acústicos e informações técnicas sobre o conjunto de equipamentos a serem utilizados para avaliação do isolamento sonoro de pisos em campo. Esta norma recomenda o uso de uma fonte padronizada de ruído de impactos para excitação de pisos, medição e avaliação da transmissão sonora de impactos no sistema piso-teto da edificação. As especificações dos componentes, assim como a forma de funcionamento desta fonte padronizada, são descritos no anexo A (normativo) da ISO 140-7 (1998). Neste anexo encontram-se especificadas as tolerâncias dimensionais, os requisitos funcionais e os valores exigidos como padrão para o projeto do equipamento. Segundo norma ISO 140-7 (1998), o nível de pressão sonora de impacto padronizado (L´nT) é calculado a partir dos níveis sonoros obtidos no ambiente receptor devido aos impactos gerados no piso do ambiente superior, todos medidos em função de frequência em bandas de terço de oitava entre 100 Hz e 3.15 kHz (método de engenharia) ou em bandas de oitava entre 125 Hz e 2 kHz (método simplificado de campo). A partir dos resultados de L´nT, em função de frequência, determina-se o descritor do desempenho acústico de piso L´nT,w (nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado) seguindo procedimentos descritos na norma ISO 717-2 (1996). Observa-se que apenas alguns países, que também adotaram as normas ISO para a avaliação de desempenho acústico, priorizaram o desenvolvimento de seus parques industriais para produzir equipamentos e sistemas de análise acústica objetivando atender, prioritariamente, a demanda de seus mercados internos. No Brasil, os modelos de fontes geradoras de ruído de impactos padronizados, assim como outros equipamentos que compõem um sistema de avaliação acústica de desempenho, só podem ser adquiridos mediante importação direta do fabricante estrangeiro ou por meio de seu representante comercial em território nacional. Esta situação impõe sérias dificuldades com relação à manutenção e reposição de peças do equipamento ou sistema de avaliação acústica. A aprovação da norma NBR 15575 em 2013, a demanda por avaliação de desempenho acústico de pisos, aliados a clareza com que o anexo A da norma ISO 140-7 (1998) descreve a

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fonte padronizada de ruído de impactos (Standard Tapping Machine), foram fatores que motivaram a construção de um protótipo desse equipamento empregando materiais e serviços de origem brasileira. O objetivo deste artigo é apresentar o desenvolvimento do projeto e construção de um protótipo funcional de uma fonte padronizada de ruído de impactos utilizando materiais, peças e serviços de origem nacional, assim como validar de maneira experimental sua utilização por meio de ensaios realizados em campo, avaliando o desempenho acústico para impactos padronizados em sistemas piso-teto.

2. DESENVOLVIMENTO DO PROTÓTIPO Para o projeto de uma fonte padronizada de ruído de impactos, foram analisados alguns equipamentos comerciais existentes e suas características construtivas. Foi adotado como método de projeto a subdivisão do equipamento conforme os tipos de sistemas componentes e sua função especifica. O projeto do protótipo foi subdivido em três sistemas componentes: sistema estrutural, sistema mecânico e sistema eletromotriz. Essa subdivisão do equipamento em sistemas permitiu o aprofundamento do estudo para a composição de cada subsistema. O primeiro subsistema, denominado como sistema estrutural, compreende as peças que formam a estrutura de suporte do equipamento. As peças que compõem o sistema estrutural são: Base inferior, base média, suportes verticais e reforços, cujas dimensões foram representadas em desenhos executivos e entregues para fabricação por empresa especializada em usinagem de metais. O sistema mecânico é composto pelas peças que transferem movimento ao conjunto dos martelos. Neste sistema encontram-se o eixo principal e seus dois rolamentos, as hastes de acionamento dos martelos, os martelos e o conjunto de transmissão do eixo ao motor, composto pelas polias e a correia dentada. As peças mais complexas componentes do sistema mecânico tais como os roletes das hastes de acionamento, as guias lineares de movimento dos martelos, o eixo principal, os rolamentos com flange, as polias sincronizadoras e a correia dentada, foram adquiridas no mercado mediante a cotação e compra junto às empresas nacionais fabricantes e fornecedores de peças para o setor de máquinas e equipamentos. No terceiro subsistema, denominado como sistema eletromotriz, encontram-se os dispositivos que são alimentados por energia elétrica e cuja função é transformar a energia elétrica em um movimento de rotação controlado. Este sistema é composto pelo motor, que é acoplado a um conjunto de motorredução composto por engrenagens sinterizadas que atuam na redução mecânica de velocidade e pelo circuito eletrônico de condicionamento e retificação da energia para estabelecer o controle eletrônico da rotação do motor. Ao especificar as partes componentes da fonte sonora de impacto para usinagem foi necessário efetuar o levantamento das dimensões de cada parte componente com precisão. As medidas de precisão para fabricação de peças atenderam aos valores de tolerância descritos na norma ISO 140-7 (1998). Nas partes componentes cujas tolerâncias não são descritas pela norma foi utilizado como referência a tolerância mínima padrão do equipamento de fabricação, com o propósito de minimizar as retificações repetitivas nas peças. O anexo A da norma ISO 140-7 (1998) prescreve que o equipamento deverá conter cinco martelos dispostos de maneira linear e que a distância compreendida entre os eixos centrais de martelos vizinhos deverá ser de (100+/-3) mm. A distância entre os pontos de

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fixação dos suportes e os martelos vizinhos a estes pontos deverão ser de pelo menos 100 mm. Esses parâmetros foram observados na confecção das peças do protótipo. Também no anexo A da norma ISO 140-7 (1998) há a indicação de que o suporte do equipamento deva ser equipado com almofadas isolantes de vibração nos pontos de contato com a superfície de apoio. Cada martelo deverá ser cilíndrico com a superfície de impacto medindo (30+/- 0,2) mm com curvatura esférica de (500+/-100) mm. O peso total do martelo deve ser de (500+/-12) g. Ele deve ser elevado a uma altura de 40 mm e sofrer queda livre perpendicular à superfície com tolerância de 5%, para desempenhar no momento do impacto uma velocidade de 866 mm/s. O atrito produzido pelo contato das guias de condução no percurso deverá ser levado em consideração para ajustar a velocidade da queda. A Tabela 1 apresenta um resumo dos critérios adotados pela ISO para padronizar o conjunto de martelos. Para reproduzir o movimento de elevação e queda de forma padrão, o anexo A da norma ISO 140-7 (1998) exige que o tempo entre a elevação e queda do martelo deva ser menor que 80 ms. O tempo médio entre os impactos dos martelos deverá ser de (100+/-5) ms, enquanto que o tempo entre os impactos sucessivos deva ser (100+/-20) ms. Tabela 1. Requisitos e critérios aplicados pela ISO 140-7 para a Tapping Machine. Requisitos Massa do martelo Diâmetro do martelo Raio de curvatura Desvio do ângulo normal Velocidade de Impacto Intervalo entre impactos Medio entre impactos

Anexo A ISO 140-6,7,8 500 ± 6 ou 12* 30 ± 0,2 500 ± 100 0 ± 0,5 886 ± 33 ou 22* 100 ± 20 100 ± 5

Unidades g mm mm º mm/s Tempo (ms) Tempo (ms)

* Quando a massa do martelo é 500±6 g - Tolerância de velociadade 33mm/s Quando a massa do martelo é 500±12 g - Tolerância de valocidade 22mm/s

Fonte: Adaptado do Anexo A da norma ISO 140-7 (1998).

A montagem das peças para integração dos sistemas demandou a verificação das especificações, dos desenhos e da funcionalidade das peças produzidas dentro do conjunto. Foram necessários estudos para adaptações e correções de algumas das especificações do projeto, tendo como objetivo simplificar o funcionamento, o uso e a manutenção do equipamento. Os ajustes necessários para o funcionamento consistiram no controle da rotação do conjunto objetivando atingir o valor normatizado de tempo para o acionamento dos martelos. Foi necessário posicionar as hastes de elevação de modo angular e sequencial no eixo principal para manter os intervalos de tempo entre impactos. O equipamento foi montado e ajustado em laboratório para o pré-teste de funcionamento. Na Figura 1, apresenta-se a foto da parte interna do protótipo da fonte padronizada de ruído de impacto.

Figura 1. Protótipo de fonte padronizada de ruído de impacto utilizado nos ensaios de campo. 199


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3. VALIDAÇÃO DO USO DO PROTÓTIPO A validação do uso do protótipo da fonte padronizada de ruído de impacto para aplicações em campo baseou-se na análise dos resultados comparativos empregando o protótipo e uma fonte comercial em medidas de campo do nível de pressão sonora de ruído de impacto conforme o método de engenharia proposto pela norma ISO 140-7 (1998). Para o cálculo do nível de pressão sonora de ruído de impacto padronizado (L´nT) foi medido o nível de pressão sonora e o tempo de reverberação no ambiente receptor. Em um conjunto de edifícios residenciais foram selecionados dois edifícios. Em cada um dos edifícios foi realizado o ensaio de isolamento sonoro de impacto entre ambientes que compartilham o sistema piso-teto. No primeiro edifício adotou-se o ambiente da sala dos apartamentos por oferecem condições apropriadas de medição. No segundo edifício foi escolhida primeiramente a sala receptora e à seguir foi determinada uma área superior contendo três ambientes que compartilham uma mesma área do sistema piso-teto com a sala receptora. O primeiro ensaio para medição do nível de isolamento sonoro de impacto em piso ocorreu no edifício San Diego entre o ambiente das salas dos apartamentos 62 e 52. Os dois ambientes são imediatamente sobrepostos e as salas possuem o formato em “L”. Foi determinado em cada apartamento, mediante marcações no piso, a posição dos equipamentos para emissão e recepção sonora. A Figura 2 apresenta os desenhos, discriminando os ambientes emissor e receptor e a localização dos pontos empregados para a emissão e recepção sonora. A sala emissora do apartamento 62 possui piso laminado de madeira sobre laje do tipo maciça, onde foram marcados quatro pontos (E) de emissão de impacto para ser utilizado pelas duas fontes geradoras de ruído de impacto, o equipamento comercial e o protótipo.

Figura 2. Desenho de ambientes (a) emissor e (b) receptor com as posições da fonte de impactos (E) e do medidor de nível sonoro (R). 200


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Para a realização das várias medições, todas as portas e janelas dos ambientes foram mantidas fechadas, conforme sugerido pela norma ISO 140-7 (1998). Na sala receptora, localizada no apartamento 52, foram marcados quatro pontos (R), conforme Figura 2b, para medição do nível sonoro produzido pelos impactos gerados pela fonte sonora de impacto padronizado. Para a determinação do tempo de reverberação da sala receptora foram escolhidos três pontos para emissão de ruído aéreo (F) e quatro pontos de recepção (P). Neste ensaio foram realizados doze medidas de decaimentos sonoros para a determinação do tempo de reverberação, seguindo as diretriz es da norma ISO 3382 (1997), utilizando ruído rosa e método de ruído interrompido. A localização dos pontos de emissão e recepção de ruído aéreo para determinação do tempo de reverberação da sala receptora são discriminados na Figura 3.

Figura 3. Desenho da sala receptora as posições fonte (F) e receptor (P) para determinação do tempo de reverberação e nível de pressão sonora residual. A partir dos valores obtidos dos níveis de pressão sonora de impacto padronizado (L´nT) em função de frequências foram calculados os valores do nível de pressão sonora padronizado ponderado (L´nT,W), conforme descrito no texto da norma ISO 717-2 (1996). Os mesmos procedimentos de medição e cálculo dos valores de L´nT em função de frequências e de L´nT,W foram empregados nas condições de uso do protótipo construído e da fonte

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comercial. Na Figura 4 são apresentados os resultados L´nT, em função de frequências e L´nT,W obtidos para cada uma das fontes de impacto empregadas.

Figura 4. Comparação de resultados de isolamento sonoro de impactos obtidos no primeiro ensaio com emprego do protótipo (a) e com a fonte comercial (b) cada um dos equipamentos O segundo ensaio foi realizado em outro edifício pertencente ao mesmo condomínio. Neste segundo edifício os ambientes ensaiados têm dimensões e usos distintos. A sala receptora corresponde ao escritório de administração do condomínio e está localizada no pavimento térreo, na área frontal do edifício Los Angeles. Imediatamente sobre esta sala estão localizados três ambientes pertencentes ao apartamento 11, que compartilham uma mesma área do sistema piso-teto com a sala do pavimento inferior. Todo o interior deste apartamento encontra-se revestido com piso cerâmico, aplicado com argamassa na superfície da laje. A área de compartilhamento do sistema piso-teto sobreposta na edificação apresenta como vedação horizontal o mesmo tipo de laje maciça do ensaio anterior, porém nesta segunda avaliação a laje encontrada possui espessura maior que a laje do primeiro ensaio. Nas Figuras 5(a) e 5(b), apresenta-se a localização dos pontos de aplicação do impacto (E) na sala emissora e os pontos de captação (R) do nível sonoro na sala receptora, respectivamente.

Figura 5. Representação dos ambientes da edificação avaliada com localização de pontos emissores (a) e pontos receptores (b). 202


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Na Figura 6 apresenta-se a sala receptora com a localização dos pontos de fonte e receptor empregados na determinação do tempo de reverberação e no registro dos níveis de ruído deste ambiente. Foram estabelecidas três posições para a fonte omnidirecional (F) e quatro pontos de recepção (P), totalizando doze decaimentos para o cálculo do tempo de reverberação. Devido às dimensões da sala receptora, dois pontos para a emissão do ruído aéreo foram combinados com com dois pontos de recepção.

Figura 6. Representação dos pontos de emissão e captação para determinar o tempo de reverberação da sala. Para fins de comparação dos resultados das medidas de isolamento de impacto entre equipamentos e validar a utilização do protótipo nas medições em campo, foram calculados os valores de nível de pressão sonora de impacto padronizado (L´nT) em função de frequência e o nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (L´nT,W). As Figuras 7(a) e 7(b) apresentam os resultados obtidos nos cálculos dos valores de L´nT, e L´nT,W para uma área do sistema piso-teto compartilhada entre os ambientes ensaiados, empregando-se o protótipo e a fonte comercial respectivamente.

Figura 7. Comparação de resultados obtidos no segundo ensaio com cada um dos equipamentos utilizados.

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A Figura 8 apresenta a comparação dos valores de L´nT em função de frequências entre as fontes sonoras de impactos utilizadas. A Figura 8(a) refere-se à comparação dos valores de (L´nT) obtidos para o piso laminado de madeira e a Figura 8(b) indica a comparação dos valores (L´nT) entre os equipamentos obtidos para o piso cerâmico.

Figura 8. Comparação gráfica do espectro sonoro (L´nT) obtidos com cada uma das fontes utilizadas nos ensaios de ruído de impacto.

4. CONCLUSÕES O nível de pressão sonora de impacto padronizado (L´nT) em função de frequências e o nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado (L´nT,W) foram obtidos para diferentes composições de sistemas piso-teto, sendo utilizadas nos ensaios duas fontes geradoras de impacto distintas: uma fonte comercial importada e uma fonte construída no Brasil com materiais e serviços de origem nacional. A comparação entre os resultados obtidos para os níveis sonoros de impacto padronizado (L´nT) em função de freqüências, considerando as duas fontes de impacto mostrou resultados semelhantes. Para os valores em função de freqüência, as diferenças encontradas entre equipamentos não foram estatisticamente significativas. Para o numero único (L´nT,W) o resultado entre fontes foi idêntico. O mesmo comportamento aconteceu para dois tipos de sistemas piso-teto ensaiados. A construção de uma fonte padronizada de ruído de impactos permitiu conhecer em detalhes os requisitos do equipamento recomendado pela Organização Internacional para Padronização (ISO) como fonte para avaliação de desempenho acústico para ruído de impacto em pisos. A meta de construir um equipamento com peças e serviços de origem nacional foi plenamente atendida o que permitirá tornar mais eficiente a substituição de peças. Atualmente está sendo feita a pesquisa de patente referente às inovações introduzidas no equipamento, que resultou na redução do ruído de mecanismo e no condicionamento do movimento perpendicular dos martelos.

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Para tornar este protótipo de fonte padronizada de impacto num modelo de equipamento produzido em escala e formato industrial pouco serão os aperfeiçoamentos e ajustes de componentes e peças. No estagio atual, o protótipo tem plenas condições de ser utilizado em levantamentos de campo ou aplicações didáticas para determinação do nível de pressão sonora de impacto padronizado ponderado de pisos.

5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) pelo suporte financeiro à execução desta pesquisa.

REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15575-3 – Edificações habitacionais – Desempenho - Parte 3: Requisitos para os sistemas de pisos. Rio de Janeiro, 2013. INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO). ISO 140-7: Acoustics: measurement of sound insulation in buildings and of building elements. Part VII: Field measurements of impact sound insulation of floors. Genève, Switzerland, 1998. 17p. ___.ISO 717-2: Acoustics: rating of sound insulation in buildings and of building elements. Part II: Impact sound insulation. Genève, Switzerland, 1996. 12p.

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Estudio del campo sonoro de una sala a baja frecuencia D.K. Anthony, Mª J. Fernández, & F. Simón. a

Instituto de Tecnologías Físicas y de la Información, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Serrano 144, 28006 Madrid, España

RESUMEN: En acústica la caracterización de recintos necesita de la determinación del nivel de presión sonora en su interior. Habitualmente, se persigue un único valor que lo represente. Esto es factible gracias a que normalmente el campo presenta variaciones relativamente pequeñas en su interior gracias a su difusividad y las relaciones entre las longitudes de onda utilizadas y las dimensiones de los recintos estudiados. Por otro lado la tendencia en este tipo de trabajos es incluir bandas de frecuencia más baja en los análisis. Las razones son que cada vez más las fuentes de ruido emiten más potencia en estos rangos espectrales y que las nuevas soluciones constructivas utilizadas en edificación hacen que el campo sonoro de baja frecuencia se propague con mayor facilidad. La ampliación de los procedimientos de medida para incluir la baja frecuencia choca con la evidencia de que los fenómenos físicos dominantes son otros, de forma que los principios en los que se basan dichos procedimientos pueden ser no válidos. En este sentido existen varios grupos trabajando para proponer cambios en los procedimientos que garanticen unos resultados fiables y precisos en este rango de frecuencias. En este trabajo se muestran los resultados del análisis de la distribución espacial del campo sonoro en la baja frecuencia. Se revisan los criterios tradicionales para su determinación en este rango espectral y se discuten las nuevas propuestas realizadas para este tipo de mediciones.

KEYWORDS: Transmisión acústica, baja frecuencia (5), .

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1. INTRODUCCIÓN El aumento del nivel de bienestar en las sociedades desarrolladas se apoya, entre otras cosas, en el aumento del número de dispositivos y equipamientos que facilitan la vida del ser humano. Estos equipos producen niveles de ruido no deseado, que, aunque individualmente pueden no ser preocupantes, contemplados en conjunto han hecho que el ruido producido por ellos sea, hoy día, visto como una fuente de contaminación importante desde el punto de vista social. Esta contaminación afecta a las áreas industriales dominadas por equipo pesado o al ambiente exterior urbano, en el que los medios de locomoción lo inundan todo y lo llenan del ruido que emiten, habiéndose convertido en el agente contaminante más importante en este tipo de entornos. Sin embargo, la polución acústica no se queda en el exterior de los edificios. En su interior la generalización de un buen número de equipamientos, que contribuyen a facilitar la vida diaria, como ascensores, sistemas forzados de ventilación ,calefacción o refrigeración han acabado introduciendo el problema del ruido en las viviendas. Dentro de ellas, no solo existen estas fuentes, sino que la actividad diaria –que siempre ha existido– también contribuye a la pérdida de confort por ruido. Desde el punto de vista tradicional se consideraba que el campo sonoro que producía disconfort estaba comprendido entre las bandas de tercio de octava con frecuencias centrales de 100 Hz y 3150 Hz y dados los volúmenes y tamaños de los recintos habituales en las viviendas se consideraba que los problemas de ruido se podía tratar con aproximaciones de alta frecuencia. La novedad es que los nuevos equipos con mayores capacidades y más potencia producen ruido a frecuencias inferiores a las hasta ahora consideradas, con lo que los métodos de valoración y control del ruido deben adaptarse a la nueva situación, haciendo necesaria una reevaluación de los procedimientos de medida y de las técnicas de análisis. Desde el punto de vista metodológico la estrategia que debe utilizarse para el cálculo de la respuesta dinámica de un sistema de estas características pasa por dividir el rango espectral de interés en un subrango de baja frecuencia en el que los métodos de análisis utilizados se banas en FEM/BEM, muy extendidos en todas las ramas de la ingeniería, un subrango de alta frecuencia, en el que los métodos basados en SEA están muy extendidos, especialmente en acústica –aunque también se siguen utilizando actualmente otros métodos basado en desarrollos semiempíricos que parten de modelos analíticos clásicos–. Por último, si los subrangos anteriores no solapan, aparece un tercer subrango de media frecuencia en el que los métodos que se utiliza dependen mucho del tipo de problema particular y en el que aún hoy no existe un procedimiento aceptado como general. En la acústica de recintos se han propuesto un buen número de criterios para determinar cuando se alcanza el límite de alta frecuencia. Uno de los más extendidos se relaciona la longitud de onda de la frecuencia central de la banda de 1/3 de octava de análisis, λ, con el volumen, V, del recinto de forma que se puede suponer que la frecuencia es alta cuando se cumple que:

V ≥ 4λ 3

(1)

De acuerdo a esta expresión, que resulta de suponer que en una banda de frecuencia debe haber al menos 20 modos y que el recinto es paralelepípedo, los modelos de alta frecuencia para un recinto de 50 m3 –referencia habitual en acústica de la edificación– se tiene que los modelos de alta frecuencia funcionan a partid de la banda de 1/3 de octava de 160 Hz. Existen otros criterios, como el de la frecuencia de corte de Schroeder, fc según el

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cual un campo sonoro se puede considerar en el rango de alta frecuencia cuando la relación entre el volumen del recinto cumple la condición , V ≥ 4·10 6

T fc2

(2)

Lo que conduce a que si se quieren utilizar modelos de alta frecuencia con campos acústicos superiores a 100 Hz se requieren volúmenes superiores a 200 m3, que, como se ha indicado más arriba son mas grandes de lo habitual [1]. A pesar de todo lo anterior, en acústica de la edificación se han continuado utilizando modelos de alta frecuencia en todo su rango de estudio. Las razones pueden ser que, por un lado las bandas de frecuencia que se quedan fuera de este tipo de modelos son pocas (2 o 3) y, por otro, que, en acústica de la edificación, normalmente se trabaja con índices globales de número único que han demostrado ser muy estables y no verse perjudicados por la falta de consistencia del modelo en las bandas de frecuencia inferiores. En la actualidad la necesidad de reducir la banda de frecuencia inferior de análisis hace que los modelos se alejen aún más de su rango de validez y por tanto que se hace necesario replantear tanto los principios en que se fundamentan los modelos teóricos como los procedimientos de medida. Una vez que nos alejamos del rango donde los modelos de alta frecuencia no son válidos la respuesta modal del recinto cobra importancia debido a que la densidad modal en una banda de frecuencia es muy baja de forma que los métodos estadísticos dejan de funcionar. Por otro lado, la potencia que incide sobre la pared medianera deja de estar relacionada con el nivel de presión medio en el recinto emisor, dado que su campo ya no es difuso y los principios en los que se basan los métodos actuales de medida [2,3] no se cumplen. La ventaja que tienen los métodos actuales, frente a cualquier otro es que el uso de índices globales de número único permite una fácil descripción, valoración y catalogación de productos constructivos. Por eso, la línea de trabajo actual es adaptar los procedimientos existentes a su uso en la baja frecuencia [4,5,6], como se refleja en las normas de reciente aparición [7] En este trabajo se describe el campo acústico de dos recintos en el rango de la baja frecuencia. Uno de ellos actúa como recinto emisor en el que se ha instalado una fuente de ruido y otro como recinto receptor. De esta forma no solo se evalúa la distribución espacial del campo sonoro en el recinto sino también la influencia de la naturaleza de la fuente en el mismo. En el primer caso la fuente está localizada en un punto de la sala, mientras que en el otro el fuente es extensa (pared medianera). Para ello se desarrolla un modelo numérico que simula los dos recintos conectados por una pared y se calcula el campo en su interior mediante una malla de elementos finitos. Además se construye una rejilla con la que se simulan diferentes medidas de nivel de presión sonora medio en los recintos

2. DESCRIPCIÓN DE LOS RECINTOS Para la simulación de los ensayos se creó un modelo FEM de dos recintos de dimensiones (4.6 x 6.4 x 3.16) m3 y (4.6 x 6.31 x 3.16) m3 separados por una pared homogénea de características similares a un ladrillo hueco doble. Dicha pared fue simulada mediante un plano de 90 mm de espesor, módulo de Young de 17 GPa, densidad de 2·103 kgm-3, coeficiente de poisson de 0.3 y un factor de pérdidas de

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0.02. Se definieron dos posiciones de fuente, una situada en una esquina y la otra en medio de la arista posterior del recinto emisor. En cada recinto se definió también una malla de 64 puntos de medida distribuidos de forma uniforme por todo el recinto y de forma que cumplieran con las condiciones impuestas en los procedimientos de medida [3], además de otros 8 puntos de medida situados en los rincones de cada recinto de acuerdo a lo indicado en [7]. El modelo fue resuelto en el intervalo de frecuencias (20, 500) Hz. La pared modeló con una malla de 12 elementos por longitud de onda y el recinto con una malla de al menos 10. (véanse la Figuras 1 y 2)

Figura1: Malla de cálculo de uno de los recintos estudiados

Figura 2: Puntos de medida, rejilla y rincones, y puntos de excitación (estrellas hexagonales).

3. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS 3.1 Campo acústico en los recintos. Median el modelo FEM se simula tanto el campo acústico en los dos recintos como el campo de desplazamiento en la pared medianera. A través de los niveles de presión en toda la malla

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de los recintos se puede determinar el nivel medio de presión en todo el recinto así como las dispersiones respecto de la media.

Figura 3: Presión media del recinto 1 y su rango de variación para 2 posiciones de altavoz. Los resultados se muestran en la figura 3. Se observa como en ambos recintos la variabilidad de niveles es muy alta, los valores medios se acercan a los máximos cerca de los modos de los recintos y –aunque no se aprecia bien en las gráficas– la variabilidad es algo mayor en el recinto emisor que en el receptor como consecuencia de la diferente naturaleza de la fuente de excitación en cada sala.

Figura 4: Distribución de presiones en los dos recintos a la frecuencia de 30 Hz. En la baja frecuencia el comportamiento es modal y las presiones se agrupan en torno a los modos del recinto que están localizados espacialmente. El que la variación sea mayor en el recinto emisor lo explica la presencia de la fuente que distorsiona el campo de forma local pero muy fuerte. Este fenómeno se ilustra claramente en la Figura 4 en la que se muestra la distribución de niveles de presión en la frecuencia de 30 Hz. Se observa claramente como el

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modo se reparte espacialmente a lo largo del eje mayor de los dos recintos y como la presencia de la fuente en el recinto emisor distorsiona este patrón en su entorno.

Figura 5: Distribución de desplazamientos en la pared medianera a la frecuencia de 30 Hz. La excitación penetra en el recinto receptor a través de la pared medianera de acuerdo al patrón modal correspondiente, que para el caso de los 30 Hz es el mostrado en la Figura 5. Estos patrones se van diluyendo según aumenta la frecuencia, de forma que, por ejemplo, para 130 Hz los variaciones entre máximos y mínimos está tan próximos que el campo se hace cada vez más homogéneo, véase Figura 6.

Figura 6: Distribución de presiones en los dos recintos a la frecuencia de 130 Hz.

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3.2 Estadística de resultados de ensayo. Se realizaron 100 simulaciones de medida de nivel de presión sonora en cada recinto de acuerdo a las exigencias de [3]. A partir de los puntos de la rejilla descrita en la Figura 2 se calcula 100 veces el nivel promedio en 6 puntos diferentes de dicha rejilla escogidos de forma aleatoria, con ellos se calcula el nivel promedio en el recinto y se promedian los resultados, por otro lado también se calculan los promedios de los valores del campo den los rincones. Estos resultados se muestran en la Figura 7, junto con el nivel medio del campo sonoro en el recinto obtenido mediante la malla del modelo FEM. A pesar de lo qe dice la literatura y los resultados obtenidos en otros trabajos, aquí se observa como los valores del NPS en los rincones de los recintos no son siempre los dominantes, aunque esto si ocurre en el rango de baja frecuencia. Sin embargo, lo que parece que no se puede garantizar en este rango de frecuencia es que los niveles medios del recinto sean superiores a los niveles de los ensayos simulados (La corrección introducida en [7] se basa en asumir que esto ocurre). Por otro lado a medida que se sube en frecuencia los tres diferentes tipos de nivel tienden a converger, como se espera de una aproximación de alta frecuencia. La consecuencia es que es posible, al menos en el caso aquí presentado, que un procedimiento basado en ponderar los niveles medidos en el recinto mediante los niveles medidos en los rincones del recinto sobreestime el valor del campo, siendo esto más probable en recepción que en emisión.

Figura 7: Niveles de presión en los recintos para tres situaciones de cálculo diferentes

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Halliwell, R.E. & Warnock, C.C. Sound Transmission loss: Comparison of Conventional Techniques with Sound Intensity Techniques, J. Acoust. Soc. Am. 77(6), 2094-2103 (1985) [2] ISO 10140. Acoustics – Laboratory measurement of sound insulation of building elements – Parts 1 to 5 (2010). [3] ISO 140. Acoustics – Measurement of sound insulation in buildings and of building elements – Parts 1 to 18 (1991-2007). [4] Kropp, W., Pietrzyk, A. & Kihlman, T. On the meaning of the sound reduction index at low frequencies. Acta Acustica 2, 379-392 (1994). [5] Simmons, C. Measurement of sound pressure levels at low frequencies in rooms. Comparison of available methods and standards with respect to microphone positions. Acta Acustica united with Acustica, 85, 88-100 (1999). [6] C. Hopkins, C. & Turner, P. Field measurement of airborne sound insulation between rooms with non-diffuse sound fields at low frequencies. Applied Acoustics, 66, 1339-1382 (2005). [7] ISO 16283-1 Acoustics – Field measurement of sound insulation in buildings and of building elements – Part 1: Airborne sound insulation (2014).

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Optimización del Diseño Formal de Envolventes para el Control del Ruido de Tránsito A.R. Maristany, L. Abadía, M. Agosto, L. Carrizo & M. Chitarrini Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas - CIAL, Facultad de Arquitectura, Universidad Nacional de Córdoba, CP5000, Argentina, arturo.maristany@gmail.com

RESUMEN: El control de ruido en los edificios, proveniente principalmente del tránsito vehicular, representa un constante tema de estudio. Está demostrado que existe una complementariedad importante entre el aislamiento acústico de la envolvente y el aporte que significan al control de ruido la forma, y los materiales superficiales con que están compuestas las fachadas. De este modo, el aislamiento acústico global de una fachada también depende de la forma y de la materialización del cerramiento y necesariamente debe relacionarse con el tipo, frecuencia y nivel de ruido exterior. En esta ponencia se presentan los resultados de análisis realizado a una muestra de edificios característicos del área central de la Ciudad de Córdoba. Se analizaron los elementos constructivos componentes de las fachadas de los edificios que limitan arterias de alto tránsito, los cuales están compuestos por muros, ventanas, puertas y celosías, balcones, barandas con diferentes condiciones de aislamiento. La evaluación se realizó mediante la aplicación de un software de simulación basado en la teoría modificada del trazado de rayos. Para la simulación se refirió la fuente de ruido al espectro de ruido normalizado de tránsito de la EN 1793-3, y en función de los niveles reales en las avenidas principales de la ciudad. El análisis se realizó discriminando en frecuencias, a los efectos de definir las variables constructivas y formales mas adecuadas al tipo de ruido incidente.

KEYWORDS: balcones, ruido urbano, control de ruido

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1. INTRODUCCIÓN El bienestar general de las personas que ocupan los edificios está directamente relacionado con el diseño eficiente de las envolventes, el cual aporta ventajas tanto económicas como ambientales, permitiendo que las personas que hacen uso de esos espacios tengan mejores condiciones de habitabilidad. El diseño de la envolvente deberá ser integral, considerando aspectos ambientales relacionados con el sonido, la radiación solar y la iluminación natural, a los efectos de lograr el confort ambiental desde el punto de vista térmico, acústico y lumínico [1]. Para el análisis desde el punto de vista acústico, se considera que el ruido que se genera en una zona urbana de alto tránsito se propaga incidiendo sobre las envolventes de los edificios y en cada uno de los elementos que las conforman, hasta penetrar en el interior principalmente a través de los cerramientos. Los niveles de ruido que afectan la envolvente de un edificio están relacionados con el tipo de fuente generadora de ruido, las características de las avenidas, la distancia de los edificios a las mismas, la altura e implantación de los edificios dentro de la trama urbana, la exposición directa o indirecta de las envolventes a la fuente productora de ruido, la forma de la fachadas, las características superficiales de las envolventes que conforman los edificios, entre otros factores [2] [3]. En las arterias de transito rápido los vehículos se desplazan a velocidad constante o casi constante. De este modo el ruido de tráfico generado por una vía de circulación se constituye en la suma simultánea de los niveles sonoros variables generados por los distintos vehículos que conforman dicho flujo. El ruido particular de cada vehículo es una suma de fuentes sonoras diversas, tales como el ruido propio del motor, del escape y del rozamiento con la calzada. Se identifica que las bajas frecuencias están relacionadas con el ruido generado por el motor y escape. Este tipo de ruido es muy difícil de amortiguar y se extiende fácilmente en todas direcciones siendo percibido a grandes distancias. En el componente energético del ruido de tránsito también están presentes las frecuencias medias y altas relacionadas con el motor y rozamiento del rodado sobre la calzada. Está demostrado que el diseño de la envolvente influye significativamente en el aislamiento acústico, y en avenidas de alto tránsito en el control del ruido producido por los vehículos [4] [5]. Los balcones, que forman parte del diseño, son elementos constructivos que ofrecen protección acústica, actuando como barreras o pantallas, generando reducción de niveles de ruido debido a las diversas formas que adquieren, la profundidad de los mismos, las características superficiales y constructivas de los elementos que los conforman, las diferentes alturas de cada balcón. En esta ponencia se presentan resultados de un trabajo destinado a analizar el nivel de amortiguamiento de los balcones de los edificios de construcciones habituales en la ciudad de Córdoba con diferentes conformaciones. Se utiliza como herramienta para la determinación cuantitativa del nivel de ruido un software de simulación basado en la técnica de trazado de rayos, que permite obtener los niveles de ruido en distintos puntos no solo de manera global sino discriminando en frecuencias. Técnica utilizada por otros autores en trabajos similares publicados anteriormente [6] [7]. Este análisis posibilita estudiar la interacción entre las fuentes productoras de ruido, la forma edilicia y su relación con el aislamiento, a los efectos de obtener conclusiones sobre la influencia que ocasiona la geometría de los edificios sobre el ruido de tránsito.

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2. DESARROLLO 2.1 Elección de los casos de estudio Los balcones poseen diferentes conformaciones y la incidencia y transmisión del sonido dependerá de las características constructivas y superficiales de cada uno de los componentes. Se realizó un relevamiento sistemático de balcones de edificios ubicados en el área central de la ciudad de Córdoba. Este relevamiento posibilitó sintetizar conformaciones de balcones comunes a la mayoría de los edificios relevados. Se determinaron siete tipos de barandas y dos anchos de balcones y cuatro tratamientos superficiales de cielorraso. Cada uno de los casos analizados se muestran esquemáticamente en las figuras 1 a 7. Se consideraron para cada caso dos anchos de balcones de 1 m y de 2 m. Los edificios analizados se encuentran ubicados sobre arterias con alto tránsito vehicular el cual es tomado como fuente de ruido externo para la evaluación.

Tipo B1 Baranda con estructura metálica de reja sobre losa

Figura 1: Balcón tipo B1 – baranda de reja Tipo B2 Baranda de mampostería 0,30 m con pasamano de reja

Figura 2: Balcón tipo B2 – baranda de Mampostería y reja Tipo B3 Baranda de mampostería 0,70 m con pasamano de reja

Figura 3: Balcón tipo B3 – baranda de Mampostería y reja

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Tipo B4 Baranda de vidrio o chapa separada de la losa y con pasamanos de acero

Figura 4: Balcón tipo B4 – baranda de vidrio Tipo B5 Baranda de mampostería y vidrio

Figura 5: Balcón tipo B5 – baranda de Mampostería y vidrio Tipo B6 Baranda de vidrio

Figura 6: Balcón tipo B6 – baranda de vidrio Tipo B7 Baranda de mampostería y cantero con estructura metálica.

Figura 7: Balcón tipo B7 – baranda de Mampostería y cantero 2.2 Materiales usuales para la superficie de cielorraso Se prestó especial interés en analizar diferentes situaciones relacionadas con las características superficiales de las envolventes de cielorraso que conforman los balcones, a fin de distinguir la influencia de los materiales en relación al ruido de tráfico y su incidencia sobre el plano límite de la fachada. Se consideraron distintos tipos de superficies de cielorraso: revoque sobre mampostería, madera con cámara de aire de 5 cm, rellena de lana de vidrio, placas de roca yeso con cámara de aire de 5 cm rellena en su interior con lana de vidrio, placas de

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madera perforada con cámara de aire de 5 cm rellena de lana de vidrio. Los coeficientes de absorción utilizados de cada material y su respuesta en frecuencia se muestran en la tabla 1. Tabla 1: Coeficientes de absorción utilizados para cielorrasos Coeficientes de absorción de materiales según frecuencias Frecuencias (Hz)

Material de cielorraso Revoque Madera con cámara de aire Roca yeso con cámara de aire Madera perforada con CA

63 0.02 0.30 0.30 0.20

125 0.02 0.30 0.30 0.25

250 0.02 0.25 0.20 0.63

500 0.03 0.20 0.05 0.87

1000 0.03 0.17 0.02 0.50

2000 0.03 0.15 0.02 0.42

4000 0.04 0.10 0.02 0.60

8000 0.04 0.10 0.02 0.70

2.3 Característica de la fuente productora de ruido El ruido proveniente de automóviles, transporte público y motos se constituye en el ruido ambiente dominante en el área central de la ciudad. Para la simulación es necesario determinar el nivel de presión sonora por bandas de octava del ruido generado por el tránsito. Se realizaron simulaciones basadas en el espectro normalizado de ruido de transito dado por la ISO 1793-3:1998 y simultáneamente en base a los valores obtenidos en mediciones realizadas in situ, en las cuales se determinó el espectro típico de las avenidas principales, siendo este ultimo el valor finalmente adoptado por adecuarse a la situación real del tránsito en las avenidas. En la tabla 2 se muestra el espectro de ruido de tránsito medido. Tabla 2: Espectro de ruido de tránsito Frecuencias (Hz) Nivel de ruido medido(dB)

63 88

125 90

250 87

500 83

1000 78

2000 72

4000 66

8000 59

2.4 Metodología Los cálculos de los niveles de ruido que inciden en las superficies de fachadas se han obtenido por medio del uso de un programa de simulación basado en la técnica de trazado de rayos modificada (3D numerical model of pyramid tracing). La simulación se realizó con el software DISIAPYR® [8] y para los datos de partida se tuvieron en cuenta la geometría de los balcones, la zona de implantación de los edificios analizados y los coeficientes de absorción que conforman las envolventes de cada uno de los balcones. En el programa se puede representar cualquier tipo de geometría de fachada independientemente de su complejidad. La conformación del canal típico o característico de la trama urbana de la ciudad de Córdoba posee edificios enfrentados. Se seleccionó un canal típico o característico de la ciudad, con importante circulación de tránsito, con un ancho total de 10 m, una distancia entre edificios de 16 m y considerando una altura de edificación máxima, alcanzando un total de 22 m. En la figura 8 se muestra el esquema del canal y un perfil de valores de simulación. Se realizó el cálculo del nivel sonoro en un balcón del tercer piso de un edificio tipo, ya que se considera que a esa altura actúan de manera combinada tanto la absorción de los materiales como así también el apantallamiento generado por las distintas conformaciones de barandas. Se simularon las combinaciones correspondientes a los siete tipos de barandas, dos anchos de balcones y las cuatro características superficiales de cielorraso enunciadas anteriormente.

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Figura 8: Configuración típica de canal urbano y simulación Para cada alternativa de tratamiento, se calculó el nivel sonoro promedio sobre el plano de la fachada y a 2 m de distancia del mismo (L0,20, L2 m), respondiendo al criterio fijado en el anexo C de la Norma Europea EN 12354-3 [9]. En los esquemas de la Figura 9 y 10 se detallan, a modo de ejemplo las simulaciones correspondientes a las siete alternativas de balcones con un ancho de 1 m y 2 m y cielorraso revocado. En la Figura 11 las curvas de nivel resultantes de las simulaciones del B5 (balcón 5) con las cuatro alternativas de cielorraso.

Figura 9: Simulaciones correspondientes a las siete alternativas de balcones, con un ancho de balcón de 1m

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Figura 12: Simulaciones correspondientes a las siete alternativas de balcones, con un ancho de balcón de 2 m

Revoque

madera c/CA

Roca-yeso

Madera perforada

Figura 11: Simulación tipo B5 con las cuatro alternativas de cielorraso 2.5 Análisis de resultados En la gráfica de la figura 12 se muestra el comportamiento acústico para el balcón B5 con cada material utilizado como alternativa de cielorraso. Se indica la diferencia ΔL promedio del nivel de ruido por bandas de octava calculado mediante la diferencia (L2m-L0,20 m), nivel en el exterior, a 2 m del plano de la ventana menos el nivel de ruido promedio sobre el plano de la ventana. Se observa que nivel de atenuación por octavas sigue la misma tendencia del coeficiente de absorción del material de cielorraso. Para el caso del revoque el aumento progresivo de la atenuación con la frecuencia depende exclusivamente del apantallamiento. Con respecto al comportamiento de la madera y del yeso con cámara de aire se observa una importante contribución en bajas frecuencias y que, específicamente en la madera la

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atenuación se mantiene constante en todo el espectro. En el caso de la madera perforada con cámara de aire, la diferencia aumenta de manera muy notable en la zona correspondiente a la banda de las frecuencias medias (500 Hz) y altas frecuencias coincidiendo con los altos valores de absorción en esa frecuencia. 1

12

0.9

11

0.8

10

0.6

DLprom (L2m-L0.2m)

coeficiente de absorción

0.7

0.5 0.4 0.3 0.2

9 8 7 6 5

0.1 0

4 63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

63

125

250

Frecuencia (Hz)

500

1000

2000

4000

8000

Frecuencia (Hz)

Revoque

Madera c/CA

Revoque

Madera c/CA

Roca-yeso c/CA

Placa perforada c/CA

Roca-yeso c/CA

Placa perforada c/CA

Figura 12: Absorción cielorraso y diferencia ΔL promedio (L2m- L0,20m)- tipo B5 En la grafica de la figura 13 se muestran los resultados promedio de atenuación de cada una de las situaciones analizadas con los dos anchos de balcones estudiados (1m y 2m). 10.0 9.0 8.0

ancho 1 m 7.0

L2m - L0.2m

7.0 6.0

5.0

5.3 5.1

5.0

5.0 4.0 2.4 2.5 2.5 2.7

3.0 2.0

6.0

6.0

2.7 2.9 2.8

5.3 5.1

5.6

6.0 5.8

3.3 1.5 1.6 1.5

1.4 1.4 1.4 1.5

1.8

1.0

Roca-yeso

Revoque

Madera

5.3

6.6

Placas perforada

6.6

Baranda 7

Baranda 6

7.0 6.4

9.0

7.6 6.8

9.9

7.1

Roca-yeso

Baranda 7

Baranda 6

4.5 4.3

Baranda 4

4.2

Baranda 5

Baranda 4

Baranda 3

6.0 5.8Madera

7.1 6.4

9.0

Baranda 5

6.0 Revoque 5.0 5.2 5.1

7.8

6.3

Baranda 3

5.1 4.3 4.5 4.4

Baranda 2

ancho 2 m

Baranda 2

Baranda 1

10.0 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

Baranda 1

L2m-L0.20m

0.0

Placas perforada

Figura 13: Resultados promedio de cada una de las situaciones analizadas para balcones de 1 y 2m de ancho Del análisis se observa que, en aquellas conformaciones de balcones cuyas características de cierre son más permeables y menos materializadas (B1 Y B4) la atenuación

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del ruido sobre el plano de la fachada es menor que para aquellos balcones cuyas barandas poseen un cierre más homogéneo. Se observa que, en todas las situaciones analizadas, el ancho de balcón de 2 m produce una atenuación mayor que para balcón de 1 m. En todos los casos donde el material superficial utilizado como absorción en el cielorraso es la madera perforada con cámara de aire, se evidencia una atenuación más importante cuando el apantallamiento es mayor, alcanzando los valores más altos, alrededor de 10 dB, correspondiente al apantallamiento de la baranda tipo B7 con 2 m de ancho. La situación permite suponer que el mayor rendimiento del cielorraso absorbente se logra cuando se complementa con el apantallamiento. Asimismo se evidencia que la absorción del cielorraso con madera con cámara de aire proporciona también un incremento importante en la atenuación para todas las situaciones analizadas.

3. CONCLUSIONES En este estudio se realizó un análisis comparativo, de diferentes conformaciones y tipos de cierre de balcones, a los efectos de verificar la atenuación del ruido producido por el tránsito sobre el plano de las fachadas de los edificios. Se confirmó, siguiendo la línea de otros trabajos anteriores, que la absorción de los materiales superficiales de cielorraso, el ancho del balcón y el apantallamiento de la baranda tienen una influencia importante en el nivel de ruido incidente sobre el plano de fachada. Las características constructivas y los diferentes diseños de las barandas como sistema de protección pueden relacionarse con su comportamiento como barrera acústica, contribuyendo a disminuir el ruido producido por el tránsito, actuando de este modo como control de ruido. Se verifica que el desarrollo de fachadas que incorporan balcones, diseñados a partir de la elección conveniente de la forma y los materiales, serán un elemento que aporte a la calidad y confort acústico de los edificios en nuestras ciudades.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1]Monteiro da Silva S. & Guedes de Almeida M. Thermal and acoustic comfort in buildings. Internoise 2010. Lisboa, junio (2010). [2] Simón F., Rodriguez R.M. & Pfretzschner J. Difracción acústica por fachadas escalonadas y su aplicación a la arquitectura modernista: una aproximación de su protección acústica. TecniAcústica (1999). [3] Maristany A., Abadía L., Agosto M. & Carrizo L. Influencia de la conformación de la fachada en la atenuación del ruido. VIII Congresso Iberoamericano de Acústica. Evora- Portugal (2012). [4] Hothersall D.C., Horoshenkov K.V. & Mercy S.E. Numerical modelling of the sound field near a tall building with balconies near a road, Journal of Sound and Vibration 198(4),507–15 (1996). [5] Li K.M., Lui W.K., Lau K.K. & Chan K.S. A simple formula for evaluating the acoustic effect of balconies in protecting dwellings against road traffic noise. Applied Acoustics 64, 633–653 (2003). [6] Hossam El-Dien H. & Woloszyn P. Prediction of the sound field into high-rise building facades due to its balcony ceiling form, Applied Acoustics, 65, 431-440 (2004). [7 ]Busa L. & Secchi S. Effect of Facade Shape for the Acoustic Protection of Buildings. International Congress on Acoustics. Madrid, 2-7 September (2007) [8] Farina A. & Brero G. Computer code based on experimental results for acoustical mapping of urban areas. Proceedings of Noise & Planning, Pisa (1996). [9] UNE-EN 12354-3 2000. Acústica de la Edificación. Estimación de las Características Acústicas de las Edificaciones a partir de las Características de sus Elementos. Parte 3 – Aislamiento Acústico a Ruido Aéreo contra Ruido del Exterior.

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Análisis de parámetros acústicos de recintos para dos condiciones de ocupación: estudio de caso de un aula universitaria G.A. Craveroa, S.P. Ferreyraa, H.C. Longonia, M.D. Floresa, O.A. Ramosa,b, F.C. Tommasinia,c a

Centro de Investigación y Transferencia en Acústica (CINTRA), Unidad Asociada al CONICET Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional. Maestro López esq. Av. Cruz Roja Argentina. CP:X5016ZAA, Córdoba, República Argentina, gacravero@gmail.com b Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Av. Rivadavia 1917, CP:C1033AAJ, Ciudad Autónoma de Buenos Aires, Republica Argentina. c Facultad de Matemática, Astronomía y Física, Universidad Nacional de Córdoba, Argentina, Av. Medina Allende s/n , Ciudad Universitaria, CP:X5000HUA Córdoba, República Argentina.

RESUMEN: El campo sonoro de un aula depende de múltiples factores tales como: absorción y difusión sonora, ruido de fondo, entre otros. La respuesta impulsiva del recinto caracteriza completamente dicho campo sonoro para cada ubicación de la fuente y el receptor. En este trabajo, se presentan los resultados del análisis espacial de parámetros acústicos monoaurales y binaurales de recintos siguiendo las directrices de la norma ISO 3382, para el caso de estudio de un aula de la Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional en dos condiciones de ocupación (sala vacía y 60 % de ocupación).

KEYWORDS: acústica de aulas, parámetros acústicos de recintos, respuesta impulsiva, ISO 3382.

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1. INTRODUCCIÓN Este trabajo se desarrolló en el marco del Proyecto de Investigación y Desarrollo homologado por la Universidad Tecnológica Nacional de la República Argentina, PID UTN Nº1658: Estudio de características principales de campos sonoros en aulas y auditorios (2012-2014). El objetivo general de este proyecto es estudiar y evaluar las características acústicas del campo sonoro de aulas y pequeños auditorios utilizados en el nivel universitario, mediante métodos objetivos y subjetivos. Actualmente la medición de parámetros acústicos monoaurales y binaurales considera realizar múltiples mediciones de curvas de decrecimiento energéticas para diferentes posiciones de fuente y receptor, calcular el parámetro para cada una de ellas y finalmente obtener la media aritmética de todos los puntos medidos. En este trabajo experimental se presenta un análisis de resultados obtenidos en la medición de parámetros acústicos monoaurales como lo son el Tiempo de Reverberación, Tiempo de Decrecimiento Temprano, Centro de Tiempo, Definición y un parámetro binaural el Coeficiente Interaural de Correlación Cruzada en un aula universitaria. Las variables bajo análisis son, el comportamiento de estos parámetros para las múltiples posiciones de medición (análisis espacial) y una comparación de resultados obtenidos en dos condiciones de ocupación, “aula vacía” y “aula ocupada”.

2. AULA UNIVERSITARIA El estudio experimental se realizó en un aula típica del nivel universitario perteneciente a la Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional, República Argentina. En la Figura 1 se presenta un modelo 3D del aula con sus dimensiones expresadas en metros.

Figura 1: Modelo 3D del aula. 2.1 Relevamiento acústico arquitectónico Recinto de base rectangular, ver Tabla 1, las paredes están construidas con diversos materiales, siendo una de las transversales de hormigón y el resto de tabique doble de placa roca yeso (12,5 mm espesor c/u rellena con fieltro liviano de lana de vidrio 50 mm de espesor). Presenta ventanas con aberturas de carpintería de aluminio y paños de vidrio de 4 mm de espesor. El techo está construido con vigas de hormigón pre moldeado. Equipada con 35 bancos construidos de madera y caño. En la Figura 2 se muestran dos imágenes del interior

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del aula en las dos condiciones de ocupación.

a) b) Figura 2: Imágenes del recinto en las dos condiciones de ocupación: a) ocupada; b) desocupada. Tabla 1: Características básicas del aula. Volumen Superficie Cubierta

178,96 [m3] 49,30 [m2]

Largo Ancho

8.30 [m] 5,94 [m]

Altura media Capacidad

3,63 [m]

(número de bancos)

35

3. MEDICIÓN DE LA RESPUESTA IMPULSIVA Las mediciones de respuesta impulsiva de recintos (RIR) se realizaron siguiendo las recomendaciones de la norma IRAM 4109-2:2011 (compatible con ISO 3382-2:2008) [1], [2]. La RIR fue obtenida aplicando la técnica de deconvolución de señales determinísticas, utilizando como señal de excitación un barrido de frecuencia sinusoidal de variación exponencial, debido a las ventajas que esta presenta [3]. Las curvas de decrecimiento fueron obtenidas mediante la integración inversa del cuadrado de la respuesta impulsiva del recinto (método de la respuesta impulsiva integrada, [4]). 3.1 Sistema de medición Las mediciones se realizaron utilizando un sistema de medición optimizado para tal fin [5] el cual se detalla en Tabla 2. Tabla 2: Componentes del sistema de medición. Descripción Marca, modelo Micrófono de medición

Brüel & Kjær, type 4134

Placa de adquisición de sonido

Presonus, Audio box 44VSL

Fuente sonora omnidireccional

Cintra, FSO D -12

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Descripción

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Marca, modelo

(dodecaedro) Sistema de gestión de altavoces

dBx, Drive Rack PA+

Pre-amplificador para micrófono, 200V

Brüel & Kjær, type 2804

Amplificador de audio

Samson, Servo 300

Simulador de cabeza y torso

Brüel & Kjær, Type 4128

PC Notebook

Bangho, Intel i3 Duo / RAM 4 GB

3.2 Posiciones de medición La cantidad de puntos utilizados corresponde al método de precisión especificado en la norma, registrándose un total de 12 RIR correspondientes a 6 posiciones de micrófono y 2 posiciones de fuente sonora omnidireccional tal como se puede ver en la Figura 3. El criterio de selección de puntos consideró las condiciones habituales de funcionamiento, es decir la fuente sonora en posibles ubicaciones del orador y el micrófono omnidireccional o simulador de cabeza y torso en posibles ubicaciones de los alumnos.

Figura 3: Posiciones de medición de Fuente (FSOx) y Receptor (Mxx). 3.3 Condiciones de ocupación Las mediciones fueron realizadas en dos condiciones de ocupación. La primera condición fue a sala vacía, donde en el interior del aula se encontraba el equipamiento de medición y dos personas encargadas de la medición. La segunda condición fue a sala ocupada permaneciendo dentro del recinto en el momento de la medición 21 alumnos. La capacidad total del aula es de 35 asientos por lo que el índice de ocupación es del 60 %.

4. ANALISIS ESPACIAL EN DOS CONDICIONES DE OCUPACIÓN

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Se presentan los resultados obtenidos en la medición de parámetros acústicos monoaurales y binaurales con una resolución espectral de octavas entre 63 y 16000 Hz. El valor para cada frecuencia fue obtenido como la media aritmética de los valores medidos para las 12 combinaciones de fuente-receptor. Las variables involucradas en el análisis son el comportamiento espacial de estos parámetros para las 12 combinaciones de fuente receptor (análisis espacial) y las dos condiciones de ocupación descriptas en el apartado 3.3. El análisis espacial se llevará a cabo utilizando el coeficiente de variación porcentual (CV %), este es un parámetro estadístico que permite expresar la desviación estándar de las 12 posiciones como porcentaje del promedio del parámetro acústico estudiado. En cuanto al comportamiento de los parámetros en las diferentes condiciones de ocupación se presentan los resultados en gráficos de barra para las dos que permitiendo hacer una comparación directa entre ambas. 4.1 Tiempo de reverberación. En relación a la variación de este parámetro para las diferentes posiciones de medición, se puede observar en la Figura 4 que los desvíos más importantes ocurren a bajas frecuencias hasta 250 Hz, alcanzando valores superiores a 10 de CV%. Mientras que por encima de 250 Hz en ninguna frecuencia se supera el 5%. En cuanto a la variación del tiempo de reverberación para las dos condiciones de ocupación, se observa que la absorción sonora introducida en la condición de “aula ocupada” por los alumnos disminuye el valor de este parámetro hasta un 50 % respecto de la condición “aula ocupada”, para bandas de frecuencia superiores a 125 Hz [6]. T30 Aula Ocupada

T30 Aula Ocupada

3,5 3

T30 [s]

2,5 2 1,5 1 0,5 0 63

125

250

500 1000 2000 4000 8000 16000 Frecuencia [Hz]

Figura 4: Tiempo de reverberación (T30) para dos condiciones de ocupación. 4.2 Tiempo de Decrecimiento Temprano (EDT) Este parámetro se asocia con la percepción subjetiva de la reverberación. Para el caso de estudio se observa en la Figura 5 que el mayor valor de CV% ocurre en la frecuencia de 125 Hz donde su valor a en la condición “Aula Ocupada” es 26% y en la condición “Aula Vacía” 27%.

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EDT Aula Ocupada

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EDT Aula Vacía

3

EDT [s]

2,5 2 1,5 1 0,5 0 63

125

250

500 1000 2000 4000 8000 16000 Frecuencia [Hz]

Figura 5: Tiempo de decrecimiento temprano (EDT) en dos condiciones de ocupación. 4.3 Centro de Tiempo (Ts) Este parámetro indica el punto en el tiempo en el que la energía temprana es igual a la energía tardía, también conocido como el centro de gravedad de la respuesta impulsiva. Se observa en la Figura 6 que este parámetro en la condición de “aula ocupada” disminuye un 42% en 1000 Hz y un 36% en 2000 Hz. Ts Aula Ocupada

Ts Aula Vacía

250

Ts [ms]

200 150 100 50 0 63

125

250

500 1000 2000 4000 8000 16000 Frcuencia [Hz]

Figura 6: Centro de tiempo (Ts) en dos condiciones de ocupación. 4.3 Definición (D50) Este parámetro relaciona la energía en los primeros 50 ms (sonido directo y primeras reflexiones) respecto de la energía total recibida. En en la Figura 7. Se puede observar que como en frecuencias de 250, 500 y 1000 Hz el CV% toma valores mayores en la condición de

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“aula ocupada” respecto de la condición de “aula vacia”. A su vez en cuanto a la condición de “aula ocupada” se observa como este parámetro valores superiores a 50 % para frecuencias superiores mayores a 1000 Hz. D50 Aula Ocupada

D50 Aula Vacía

100 90 80

D50 [%]

70 60 50 40 30 20 10

0 63

125

250

500 1000 2000 4000 8000 16000 Frecuencia [Hz]

Figura 7: Definición (D50) en dos condiciones de ocupación. 4.4 Coeficiente interaural de correlación cruzada (IACC) En este apartado se muestran los resultados obtenidos en la medición del Coeficiente Interaural de Correlación Cruzada (IACCTot). El subíndice Tot indica que se utiliza la RIR completa para realizar la operación de correlación. Para medir la respuesta impulsiva binaural se reemplazó el micrófono omnidireccional en cada posición por un simulador de cabeza y torso artificial (Brüel & Kjær, Type 4128) como se puede ver en la Firgura 8. Este fue colocado sobre los bancos a la altura promedio de los alumnos (1,25 m).

Figura 8: Simulador de cabeza y torso utilizado en la medición de RIR binaural.

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IACC TOT Aula Ocupada

IACC TOT Aula Vacía

1,25

IACCTOT [-]

1 0,75 0,5 0,25 0 63

125

250

500

1000 2000 4000 8000 16000

Frecuencia [Hz] Figura 9: Coeficiente interaural de correlación cruzada (IACC) para dos condiciones de ocupación.

5. CONCLUSIONES Según los resultados presentados en la sección anterior en primer lugar se concluye que en el “análisis espacial” de los parámetros T30, EDT y TS no se evidenciaron desvíos significativos que permitan emitir una conclusión entre las dos condiciones de ocupación. Por otra parte, los desvíos más importantes ocurrieron en bajas frecuencias, lo que se puede atribuir al efecto de los modos propios del recinto [8]. En segundo lugar en cuanto al análisis en dos condiciones de ocupación, se puso en evidencia que los parámetros T30, EDT y TS varían significativamente llegando a duplicar su valor en la condición de “aula ocupada”. Por otra parte el tiempo de reverberación en ambas condiciones de ocupación se encuentra por encima de los valores recomendados por normas internacionales para este tipo de recintos [7], resultando inapropiado para el proceso enseñanza aprendizaje. El parámetro D50 en la condición de “aula vacía” toma valores inferiores al recomendado (50%) [8]. En la condición de “aula ocupada” en 1000 Hz toma un valor de 49% y en frecuencias superiores se mantiene por encima de 50%. Por último en cuanto al IACCTOT se puede observar en la Figura 8 que este parámetro no es afectado de manera significativa por la presencia de alumnos en la condición de “aula ocupada”, la variación que presenta en las dos condiciones de ocupación es comparable con los desvíos en los diferentes puntos de medición.

6. AGRADECIMENTOS A la Secretaria de Ciencia, Tecnología y Posgrado de la Universidad Tecnológica Nacional. Al Centro de Investigación y Transferencia en Acústica (CINTRA), Unidad Asociada al CONICET, de la Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ISO 3382-1:2009: Acoustics — Measurement of room acoustic parameters — Part 1: Performance spaces. ISO 3382-2:2008, Acoustics — Measurements of room acoustics parameters Part 2: Reverberation time in ordinary rooms. 2008. [2] IRAM 4109-2 Acústica. Medición de parámetros acústicos en recintos. Parte 2 – Tiempo de reverberación de recintos communes (2011). [3] Farina, A., Simultaneous measurements of impulse response and distortion with a swept-sine technique. Proc. 108th Convention of Audio Engineering Society, Paris, Francia, (2000). [4] Schroeder M., New method of measuring reverberation time, Journal Acoustical Society of America, 37:409-412 (1965). [5] Ferreyra S.P., Esquinas P.B., Orecchia I., Elías J.M. “Diseño y construcción de una cadena de instrumentación electroacústica para la medición de la respuesta al impulso de recintos según norma ISO 3382. Mecánica Computacional, Vol. XXVIII, págs. 63-72. Actas del 18vo Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones ENIEF (2009). [6] Cravero G A, Ferreyra S P, Flores M D, Budde L, Longoni H C, Ramos O A, y Tommasini F C. Medición y simulación de tiempo de reverberación y otros parámetros acústicos de aulas. Mecánica Computacional Vol XXXII, págs. 2889-2900 (2013). [7] Carrión Isbert, A. Diseño acústico de espacios acústicos arquitectónicos. Alfaomega

(2001). [8] Ferreyra S P., Cravero G A., Flores M D., Budde L, Longoni H C, Ramos O A., y Tommasini F C. Análisis modal de aulas universitarias. Mecánica Computacional Vol XXXII. págs. 3978-3993. Mendoza, Argentina, 19 al 22 (2013).

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Análisis espacial del índice energético temprano-tardío en aulas universitarias S.P. Ferreyraa, G.A. Craveroa, H.C. Longonia, M.D. Floresa, O.A. Ramosa,b & F.C. Tommasinia,c a

Centro de Investigación y Transferencia en Acústica, Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional, Maestro López esq. Cruz Roja Argentina, Córdoba, CP:X5016ZAA, Córdoba, República Argentina, sferreyra@scdt.frc.utn.edu.ar b Consejo Nacional de Investigaciones Científico y Técnicas (CONICET), Av. Rivadavia 1917, CP: C1033AAJ, CABA, República Argentina c Facultad de Matemática, Astronomía y Física, Universidad Nacional de Córdoba, Av. Medina Allende s/n , Ciudad Universitaria, CP:X5000HUA, Córdoba, República Argentina.

RESUMEN: Por lo general, la claridad con que se percibe la voz en un aula no es constante para toda el área de audición. Los principales factores que la afectan son la reverberación y la relación señal-ruido. El índice energético temprano-tardío es un indicador objetivo que permite evaluar mediante fracciones energéticas de la respuesta impulsiva del recinto la claridad con que la señal original es percibida. En este trabajo, se presentan los resultados del análisis espectral de este índice para el caso de la palabra hablada en una muestra de 9 aulas universitarias representativa, en términos de dimensiones y características constructivas, de una población de 78 aulas. Finalmente, se realiza el análisis espacial en un recinto seleccionado.

KEYWORDS: Índice energético temprano-tardío, reverberación, aulas, palabra hablada, respuesta impulsiva.

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1. INTRODUCCIÓN Este trabajo se desarrolló en el marco del Proyecto de Investigación y Desarrollo homologado por la Universidad Tecnológica Nacional de la República Argentina, PID UTN Nº1658: Estudio de características principales de campos sonoros en aulas y auditorios (2012-2014). El objetivo general del proyecto es estudiar y evaluar las características acústicas del campo sonoro de aulas y pequeños auditorios utilizados en el nivel universitario, mediante métodos objetivos y subjetivos. Diversos estudios científicos demuestran que la inteligibilidad de la palabra está vinculada con la correcta percepción de las consonantes. Elevados valores de tiempo de reverberación (T) pueden degradarla significativamente provocando el enmascaramiento de las consonantes [1]. Es por esto que el T es uno de los parámetros críticos en recintos destinados al proceso de enseñanza-aprendizaje basados en la palabra hablada. Por lo general, la construcción de este tipo recintos en la República Argentina no considera criterios acústicos, utilizándose materiales con bajos coeficientes de absorción sonora. En la actualidad el T y otros parámetros acústicos de recintos se obtienen a partir de la medición de la Respuesta Impulsiva del Recinto (RIR), siendo la norma ISO 3382 el documento de referencia que establece las recomendaciones para realizar dicha medición a nivel internacional [2]. El índice energético temprano tardío (Cx), es un parámetro acústico normalizado que permite determinar la relación entre la energía sonora temprana y tardía que arriba a una posición determinada. Cuando este descriptor es calculado empleando como límite de integración el valor de 50 ms, su resultado se correlaciona en buena medida con la “claridad de la palabra hablada”. El trabajo está organizado de la siguiente manera: en la sección 2 se presenta la medición de la respuesta impulsiva de recinto, el sistema de medición utilizado y el parámetro acústico seleccionado para el estudio; en la sección 3 se presenta una breve descripción de las características acústicas arquitectónicas de los recintos y su vista en planta; en la sección 4 se presenta el análisis espectral por banda de octava para los nueve recintos y seguidamente el análisis espacial en un recinto seleccionado. Finalmente, se presentan las conclusiones.

2. MEDICION DE LA RESPUESTA IMPULSIVA DE RECINTO Todas las mediciones fueron realizadas cumplimentando las recomendaciones sugeridas en la norma ISO 3382-2. Las respuestas impulsivas fueron obtenidas por el método de la Respuesta Impulsiva Integrada (IIR), [2][3], registrando un total de 12 combinaciones fuente-receptor para 6 posiciones de micrófono y 2 de fuente sonora omnidireccional. 2.1 Sistema de medición El sistema de medición utilizado se detalla en la Tabla 1 [4]. La fuente sonora omnidireccional fue compensada en frecuencia mediante la utilización de un proceso de ecualización aplicado filtros digitales de tercio de octava. Tabla 1: Sistema de medición utilizado para la medición de RIR. Descripción

Marca Presonus,

Placa de adquisición de sonido

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Modelo AudioBox 44 VSL


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Descripción

paper ID: 0122 /p.3

Micrófono electrostático de medición

Marca Brüel & Kjær,

Type 4133

Pre-amplificador para micrófono, 200V

Brüel & Kjær,

Type 2804

Calibrador sonoro de referencia

Brüel & Kjær,

Type 4231

Software de aplicación

Brüel & Kjær,

Type 7841

Amplificador de audio de potencia Sistema de gestión de altavoces (DSP)

Samson,

Servo 300

Fuente sonora omnidireccional, FSO (dodecaedro)

Cintra,

PC Notebook

HP

Pavillon dv3

Auriculares

Sennheiser,

HD 280 PRO

dBx,

Modelo

Drive Rack PA+ OSS D-12

2.2 Índice energético temprano-tardío Propuesto por Reichard et al [5], es un indicador de la relación de la energía temprana-tardía, se define como 10 veces el logaritmo entre la energía que llega a un oyente dentro de los primeros “t” segundos desde la llegada del sonido directo (incluyéndolo) y la energía que le llega con posterioridad a una posición espacial determinada (1), donde p representa la presión sonora instantánea de la RIR.

(1)

En este trabajo el índice energético temprano-tardío (Cx), fue obtenido a partir de la respuesta impulsiva integrada utilizando como límite de integración el valor de 50 ms, este valor es el utilizado para evaluaciones de la palabra hablada (C50), según la expresión (2).

(2)

2.3 Posiciones de medición Para la selección de las coordenadas de los puntos de medición se tuvieron en cuenta las condiciones de funcionamiento habitual de las aulas y auditorios. De este modo, se localizó la fuente sonora omnidireccional en dos posibles posiciones que pueda tomar el orador dentro del recinto. Y en cuanto los puntos de recepción se tuvieron en cuenta posiciones tales como, la más cercana al orador, la más lejana y algunas posiciones intermedias. Registrando en cada recinto 2 posiciones de fuente sonora y 6 de micrófono, ver Figuras 1 a 5.

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3. RECINTOS La muestra de 9 recintos estudiados, corresponden a 7 aulas y 2 auditorios de la Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional, República Argentina. La selección se llevó a cabo teniendo en cuenta características constructivas, materiales y el entorno de cada recinto, obteniendo una muestra representativa de un total de 78 aulas. A continuación se presenta una breve descripción de los recintos seleccionados donde se detallan las características constructivas y las posiciones de medición, ver Figuras 1 a 5 (con puntos rojos las posiciones de fuente sonora omnidireccional (FSO) y con puntos azules las posiciones de Micrófono). Aula 608: de base rectangular y con un volumen de 179,46 m3. Las paredes están construidas con diversos materiales, siendo una de las transversales de hormigón y el resto de tabique doble de placa roca yeso (12,5 mm espesor c/u rellena con fieltro liviano de lana de vidrio 50 mm de espesor). Presenta ventanas con aberturas de carpintería de aluminio y paños de vidrio de 4 mm de espesor. El techo, está construido con vigas de hormigón pre moldeado. Posiciones de medición, ver Figura 1. Aula 015: de base rectangular y con un volumen de 194,25 m3. Las paredes están construidas con ladrillo hueco revocado, pintado con látex. Posee una puerta placa de madera tipo doble hoja y ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor. Estas últimas están equipadas con una cortina liviana. El techo está construido con vigas de hormigón, cubierto por un cielorraso de placa de roca yeso de 9 mm de espesor. El piso es de baldosas cerámicas de granito (20 cm x 20 cm). Posiciones de medición, ver Figura 1.

a) b) Figura 1: Vista en planta y coordenadas de medición: a) Aula 608; b) Aula 015.

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Aula 011: de base rectangular y volumen de 93,45 m3. Las paredes están construidas con ladrillo macizo de barro cocido de 0,30 m de espesor, con revoque cementico de 2 cm de espesor. Posee una puerta placa de madera tipo doble hoja y ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor. El techo, está construido con losa de hormigón, cubierto con un cielorraso de placas de yeso de 9 mm de espesor. Posiciones de medición, ver Figura 2.

a) b) Figura 2: Vista en planta y coordenadas de medición: a) Aula 011; b) Aula 154. Aula 154: de base rectangular con un volumen de 143,32 m3. Las paredes están construidas con ladrillo hueco revocado pintado con látex, puerta placa de madera tipo doble hoja y ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor. El techo, presenta losa de hormigón armado revocado. Posee además un cielorraso de paneles rígidos de lana de vidrio de 20 mm de espesor, a una distancia de 1 m respecto de la losa. Posiciones de medición, ver Figura 2.

a) b) Figura 3: Vista en planta y coordenadas de medición: a) Aula 708; b) Aula 405

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Aula 708: de base rectangular con un volumen de 318,82 m3. Tres paredes están construidas con tabique doble de placa de roca yeso de 12,5 mm de espesor, mientras que la restante es de hormigón. Posee una puerta placa de madera tipo doble hoja y ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor. El techo, está construido con vigas tipo doble T de hormigón premoldeado. Posiciones de medición, ver Figura 3. Aula 405: de base rectangular, con un volumen de 561,02 m3. Construidos con ladrillo block de hormigón revocado y con pintura látex. Ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor, y cortina de un paño. El techo, está construido con losa de hormigón y ladrillo. El mismo presenta un cielorraso de placa yeso de 12,5mm de espesor. Posiciones de medición ver Figura 3.

a) b) Figura 4: Vista en planta y coordenadas de medición: a) Aula 225; b) Aula Magna Aula 225: de base rectangular y con un volumen de 240,45 m3. Las paredes están construidas con ladrillo hueco revocado y terminado con pintura látex. Posee una puerta placa de madera tipo doble hoja y ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor. El techo es de chapa de acero galvanizada y posee un cielorraso de placa rígida de lana de vidrio de 20 mm de espesor, a una distancia de 1 m respecto de la chapa. Posiciones de medición, ver Figura 4. Aula Magna: de base rectangular con un volumen de 540 m3. Los muros son de ladrillo macizo de 0,3 m de espesor con revoque de cemento de 20 mm de espesor; combinados en algunos sectores con hormigón armado. Una de las paredes longitudinales cuenta con aberturas de carpintería de aluminio equipadas con paños de vidrio de 6 mm de espesor y cortinado doble de tela de algodón. El techo es de hormigón armado con vigas del mismo material de 1 m por 0,4 m, dispuestas en sentido longitudinal. Las puertas son de madera. El piso está recubierto con alfombra tipo bucle de 10 m de espesor. Las localidades se presentan en dos naves de 22 filas cada una, con 10 butacas por fila. Las mismas poseen respaldo y base de goma espuma con terminación en cuero. Posiciones de medición ver Figura 4.

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S.U.M: de base rectangular con un volumen de 211,88 m3. Construido con tabique doble con cámara interior de 70mm, con placa de madera MDF enchapado de 19 mm de espesor; ventanas de carpintería de aluminio con paños de vidrio de 4 mm de espesor, y cortina doble de tela sintética. Techo de losa de hormigón y ladrillo. El mismo presenta un cielorraso de placa perforada de 12,5mm de espesor. Posiciones de medición, ver Figura 5.

Figura 5: Vista en planta y coordenadas de medición, SUM.

4. ANÁLISIS ESPECTRAL Y ESPACIAL Por cuestiones de espacio se presentan los resultados algunos recintos en relación al análisis espectral y espacial del índice energético temprano-tardío. En primer lugar, se analizan los valores espectrales por banda de octava de todos los recintos. En segundo lugar, se analiza la variación espacial para diferentes posiciones de la fuente respecto de un único punto de recepción. 4.1 Análisis espectral En la Figura 6 se presentan los resultados de C50, obtenido como la media aritmética de los valores medidos en bandas de octava de 31,5 a 16.000 Hz en cada recinto para las doce combinaciones de fuente-receptor. Se observa la gran dispersión del parámetro C50 por bandas de octava que asumen este para los 9 recintos. Dicha variación resulta en algunas bandas de octava superior a 10 dB. Por otra parte, existen diversos estudios psicoacústicos que determinan las diferencias mínimas notables (JND) de diversos parámetros acústicos de recintos. Es decir, la mínima variación de un parámetro acústico que un oyente es capaz de discriminar. La JND definida para el índice energético temprano-tardío según ISO 3382-1 es de ±1 dB. Por otra parte los valores típicos del C50 son del orden de ± 5 dB.

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Figura 6: Valores promedio del índice energético temprano-tardío en banda ancha para cada recinto. 4.1 Análisis espacial Se presentan los resultados del análisis espacial en el aula 608 para un total de 9 RIR monoaurales correspondientes a 9 posiciones de fuente y 1 posición de micrófono. En la Figura 7 se presentan las configuraciones de medición de los pares fuente-receptor (FSOi-M1). El micrófono siempre estuvo orientado en dirección hacia la fuente sonora. Se mantuvo constante la ganancia del sistema. Por lo cual, la única variable identificada se atribuye al cambio de posición de la fuente sonora en el recinto en el plano x-y.

Figura 7: Configuraciones de medición, vista superior del recinto.

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Figura 8: Análisis espacial de índice temprano tardío para 9 posiciones Fuente-Receptor En la Figura 8, en primer lugar se observa que C50, evidencia significativas variaciones en todo el espectro de frecuencias, siendo de hasta 9 dB en la banda de octava de 63 Hz; 4 dB para 125, 250, 500, 1000 Hz; y 2 dB por encima de 2 kHz, con excepción de la banda de 16 kHz con variaciones de 4 dB. En segundo lugar, el estudio demuestra que a pesar de ser un recinto pequeño, el campo sonoro resulta altamente heterogéneo en función de la posición, pudiéndose concluir que la inteligibilidad de la palabra será afectada significativamente en aquellas posiciones donde este parámetro asume valores máximos negativos. Este efecto observado se debe al efecto que introducen los modos propios de vibración del recinto.

5. CONCLUSIONES En primer lugar, según el estudio experimental realizado el índice energético tempranotardío C50 calculado en banda ancha presenta significativas variaciones que superan en varios órdenes de magnitud la JND conocida, al comparar resultados entre la muestra seleccionada, la cual es representativa de una población de 78 aulas universitarias. Por otra parte, del análisis espacial efectuado se concluye que el índice energético temprano tardío es altamente dependiente de la posición de medición en bajas y medias frecuencias presentando marcadas coloraciones provocadas por los modos propios de vibración [6], verificándose variaciones de hasta 4 dB, en bandas de octava de baja y media frecuencia, que componen el espectro de la palabra hablada.

6. AGRADECIMENTOS A la Secretaria de Ciencia, Tecnología y Posgrado de la Universidad Tecnológica Nacional. Al Centro de Investigación y Transferencia en Acústica (CINTRA), Unidad Asociada al CONICET, de la Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Carrión Isbert, A. Diseño acústico de espacios acústicos arquitectónicos. Alfaomega (2001). [1] ISO 3382-1:2009: Acoustics — Measurement of room acoustic parameters — Part 1: Performance spaces. ISO 3382-2:2008, Acoustics — Measurements of room acoustics parameters Part 2: Reverberation time in ordinary rooms (2008). [3] Schröeder M., New method of measuring reverberation time, Journal Acoustical Society of America, 37:409-412 (1965). [4] Ferreyra S.P., Esquinas P.B., Orecchia I. & Elías J.M. “Diseño y construcción de una cadena de instrumentación electroacústica para la medición de la respuesta al impulso de recintos según norma ISO 3382. Mecánica Computacional, Vol. XXVIII, págs. 63-72. Actas del 18vo Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones ENIEF (2009). [5] Riechardt, W., Abdel A., O. & Schmidt W., “Definition and basis of making an objective evaluation to distinguish between useful and useless clarity defining musical performances”,Acustica, 32:126-137. (1975) [6] Ferreyra S.P., Cravero G.A., Flores M. D., Budde L., Longoni H.C., Ramos O.A., & Tommasini F.C. Análisis modal de aulas universitarias. Mecánica Computacional Vol XXXII. págs. 3978-3993. Mendoza, Argentina, 19 al 22 Noviembre 2013

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Soluções de reforço/reabilitação acústica de lajes aligeiradas - Resultados laboratoriais J. Antónioa, A. Tadeua,b & A. Nevesb a

Departamento de Engenharia Civil, Universidade de Coimbra, Rua Luís Reis Santos, 3030-788 Coimbra, Portugal, julieta@dec.uc.pt b Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico em Ciências da Construção – ITeCons, Rua Pedro Hispano, 3030-289 Coimbra, Portugal

RESUMO: A aplicação de lajes aligeiradas, executadas com vigotas pré-esforçadas e abobadilhas, tem sido uma prática corrente, em muitos edifícios em Portugal, desde há várias décadas. Em geral, estas lajes apresentam um comportamento acústico deficiente tanto em relação a sons aéreos como em relação a sons de percussão, motivado pela falta de massa, e pela utilização de materiais muito rígidos na sua execução. As exigências de conforto acústico nos edifícios advêm, por um lado, de aspectos legislativos relativos ao desempenho dos edifícios e, por outro, da necessidade que os utilizadores têm em ter uma qualidade de vida melhor. A solução de laje aligeirada, em geral, não cumpre os limites impostos pelo Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios nem garante condições de conforto aos habitantes. O objectivo deste trabalho é o estudo e caracterização de soluções de reforço/reabilitação que permitam melhorar o comportamento acústico de pavimentos de laje aligeirada. Para o efeito serão estudadas situações de reforço que incluem tectos falsos com diferentes tipos de apoios e lajetas flutuantes. Adicionalmente, apresentam-se resultados para algumas soluções de reforço de tecto falso aplicadas em laje maciça de betão.

KEYWORDS: reabilitação acústica, lajes aligeiradas, ensaios laboratoriais.

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1. INTRODUÇÃO Os pavimentos de madeira vigados, as lajes aligeiradas em betão e lajes alveolares representam a maior fonte de problemas acústicos em edificios mais antigos [1]. Por outro lado, os pavimentos em laje maciça, com reduzida espessura ou revestimentos rígidos, costumam apresentar um baixo isolamento sonoro. A adição de um forro ao tecto é uma forma de melhorar o isolamento a sons aéreos e/ou sons de impacto, outra é a utilização de um pavimento flutuante [2]. Valluzzi et al. [3] realizaram um trabalho experimental para optimizar o desempemho acústico e mecânico de pavimentos existentes de madeira através da sobreposição de placas de madeira e materiais resilientes. Ensaiaram diferentes combinações de placas e materiais acústicos que permitiram identificar a solução, capaz de optimizar os requisitos mecânicos e acústicos, a ser proposta para a intervenção em pavimentos de madeira existentes. Existe pouca bibliografía com casos de estudo sobre a reabilitação acústica de pavimentos, apesar de existirem muitas soluções propostas no mercado, mas para as quais não são reveladas as suas propriedades de isolamento. No presente trabalho são apresentados os resultados de ensaios, para determinação de isolamento a sons aéreos e sons de percussão, de soluções de lajes aligeiradas reforçados por tectos falsos e/ou pavimentos flutuantes, realizados em câmaras acústicas. Apresentam-se ainda alguns resultados relativos a soluções de reforço de laje maciça de betão com tecto falso. Nestas soluções introduziram-se alguns materiais reciclados e outros de origem renovável. Usaram-se placas de gesso laminado, fabricadas com gesso FGD (‘flue gas desulfurization’) produzido pelas centrais termoeléctricas, e estas placas associadas a aglomerado de cortiça expandida. O material resiliente usado sob a lajeta flutuante é um aglomerado de cortiça natural com poliuretano.

2. METODOLOGIA E CASOS DE ESTUDO 2.1 Metodologia de ensaio As soluções em análise foram acopladas à solução base (laje aligeirada ou maciça) que se encontra numa moldura que pode ser movimentada e colocada entre duas câmaras acústicas sobrepostas verticalmente. Foram realizados ensaios dos pavimentos, para a determinação do isolamento a sons aéreos e sons de percussão, nas câmaras acústicas do ITeCons, em Coimbra. As duas câmaras comunicam entre si através de uma abertura com 10 m2, onde é colocado o provete de ensaio, que apresenta uma área de cerca de 12.7m2. O volume da câmara receptora é de cerca de 75,27 m3. Os ensaios de isolamento a sons aéreos seguiram os procedimentos preconizados na norma ISO 10140-2:2010 [4] e os ensaios de isolamento a sons de percussão foram efectuados de acordo com a norma ISO 10140-3:2010 [5]. O equipamento usado nos ensaios consta de um sistema de aquisição multianalisador Pulse, um microfone de 1/2´´ do tipo 4190, montado em girafa giratória do tipo 3923, um calibrador acústico, do tipo 4231, uma fonte de ruídos de percussão do tipo 3207, uma fonte de ruídos aéreos, do tipo OMNIPOWER 4292, todos da marca “Bruel & Kjaer”, um barómetro e um termohigrómetro. 2.2 Soluções ensaiadas tendo como base uma laje aligeirada Nesta secção vão apresentar-se as soluções de reforço aplicadas numa laje aligeirada, considerando três situações possíveis, reforço com tecto falso, reforço com pavimento flutuante e reforço em simultâneo com tecto falso e pavimento flutuante. A solução de base é

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constituída por uma laje aligeirada existente no ITecons cuja representação esquemática se pode observar na Figura 1. A laje tem uma espessura de 200mm e é constituída por vigotas pré-esforçadas e abobadilhas cerâmicas 400x160x250 (lxhxc, em mm) e uma camada de compressão em betão com espessura de 5cm, armada com malhasol. A superfície da laje foi regularizada através da aplicação de autonivelante.

Figura 1: Representação esquemálica da laje aligeirada (solução A0) Soluções de reforço com tecto falso: As soluções cujo reforço é constituído por um tecto falso estão representadas através de um esquema na Figura 2. Na solução A1 o tecto falso é constituído por uma placa de gesso cartonado suspenso por apoios de varão metálico, numa estrutura metálica, criando uma caixa-de-ar de cerca de 200 mm parcialmente preenchida com 60mm de lã de rocha (25kg/m3). A solução A2 difere da A1 por possuir uma placa adicional de gesso cartonado. Na solução A3 no tecto falso é aplicada uma placa constituída por uma camada de gesso laminado e uma camada de aglomerado de cortiça expandida. A placa é também suspensa por varões metálicos existindo uma caixa-de-ar de 200mm, sem preenchimento. A solução A4 difere da solução A3 pela introdução de apoios anti-vibráteis nas suspensões.

laje aligeirada

laje aligeirada

apoio

apoio

lã mineral 2 placas gesso cartonado

lã mineral 1 placa gesso cartonado

b)

a) laje aligeirada

laje aligeirada

apoio

apoio antivibrátil aglomerado de cortiça expandida gesso cartonado

aglomerado de cortiça expandida gesso cartonado

c) d) Figura 2: Soluções de reforço com tecto falso: a) solução A1; b) solução A2; c) solução A3; d) solução A4 Na Figura 3 apresentam-se as curvas de isolamento a sons aéreos para as soluções A1 a A4 e também para a solução A0 (solução base). A aplicação do tecto falso faz aumentar o isolamento sonoro a sons aéreos em toda a gama de frequências ensaiada, com especial relevância nas médias e altas frequências. O aumento é considerável, pois as soluções A1 e A2 apresentam valores de Rw de 63 e 67 dB respectivamente, enquanto a solução A0 possui um valor de Rw=45 dB. As soluções A3 e A4 apresentam um valor de Rw de 64 e 66 dB. Verifica-se que as soluções A1 e A3 apresentam valores do índice de redução sonora quase equivalentes (1dB superior para a solução A3). A solução A3 é ligeiramente superior à A1 nas baixas frequências e um pouco inferior entre as frequências de 630 Hz e 2500 Hz. Verifica-se que o gesso com ICB pode substituir o gesso com a lã mineral. Verifica-se um incremento do isolamento quando se adiciona mais uma placa de gesso (ver soluções A1 e A2) e também quando se aplicam suspensores anti-vibráteis (ver soluções A3 e A4).

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Em relação aos sons de percussão (Figura 4) nota-se também uma grande redução da transmissão sonora pela aplicação do tecto falso. Em termo globais, as soluções A1 e A2 apresentam um melhor comportamento (Ln,w de 64 e 60 dB) do que as soluções A3 e A4 (Ln,w de 69 e 68 dB). Verifica-se que para o isolamento a sons de percussão, a substituição de lã mineral por cortiça não é tão eficaz, nomeadamente entre 630 Hz e 3150 Hz. ISOLAMENTO A SONS AÉREOS 80

60

50

40

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

20

125

30

100

Isolamento sonoro normalizado R (dB)

70

Frequência (Hz) A0 [Rw= 45 dB]

A1 [Rw= 63 dB]

A3 [Rw= 64 dB]

A4 [Rw= 66 dB]

A2 [Rw= 67 dB]

Figura 3: Curvas de isolamento a sons aéreos para as soluções A0 a A4 ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO 100 90

Nível sonoro normalizado Ln (dB)

80 70 60 50 40 30 20 10

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

100

0 Frequência (Hz) A0 [Ln,w= 95 dB]

A1 [Ln,w= 64 dB]

A3 [Ln,w= 69 dB]

A4 [Ln,w= 68 dB]

A2 [Ln,w= 60 dB]

Figura 4: Curvas de isolamento a sons de percussão para as soluções A0 a A4 Soluções de reforço com lajeta flutuante: A Figura 5 apresenta os diagramas das soluções de reforço constituídas por lajeta flutuante. Na solução A5 é colocada sobre a laje uma camada resiliente perfilada de 6mm constituída por um aglomerado de cortiça e poliuretano e sobre esta uma lajeta flutuante leve (com argila expandida) e camada superficial de argamassa tradicional (espessura total da

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lajeta 70mm). Para a solução A6 acrescentou-se à lajeta flutuante um revestimento flutuante de madeira (espessura 7mm) sobre manta resiliente de polietileno expandido (espessura 2mm). As curvas de isolamento a sons aéreos para estas soluções apresentam-se na Figura 6 e as curvas de isolamento a sons de percussão na Figura 7. pavimento flutuante de madeira lajeta flutuante

lajeta flutuante leve + argamassa

laje aligeirada

laje aligeirada

b) Figura 5: Soluções de reforço com lajeta flutuante: a) solução A5; b) solução A6 ISOLAMENTO A SONS AÉREOS 80

60

50

40

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

20

125

30

100

Isolamento sonoro normalizado R (dB)

70

Frequência (Hz)

A0 [Rw= 45 dB]

A5 [Rw= 56 dB]

A6 [Rw= 56 dB]

Figura 6: Curvas de isolamento a sons aéreos para as soluções A0, A5 e A6 ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO 100 90 80

Nível sonoro normalizado Ln (dB)

70 60 50 40 30 20 10

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

0 100

a)

Frequência (Hz)

A0 [Ln,w= 95 dB]

A5 [Ln,w= 57 dB]

A6 [Ln,w= 57 dB]

Figura 7: Curvas de isolamento a sons de percussão para as soluções A0, A5 e A6

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Apesar de se registar um aumento do isolamento a sons aéreos pela aplicação de uma lajeta flutuante (cerca de 11dB em termos globais), esta solução não é tão eficaz como a colocação de um tecto falso. No que se refere aos sons de percussão, este tipo de soluções apresenta muito bons resultados, nomeadamente nas altas frequências, apresentando índices de isolamento muito mais baixos (melhores) que as soluções anteriores. Apresentam uma melhoria de 38 dB, em termos globais em relação à solução base. Apesar do índice de isolamento a sons de percussão ter o mesmo valor (Ln,w=57 dB) para as soluções A5 e A6 a aplicação de soalho flutuante em madeira melhora consideravelmente a solução a partir da frequência de 250 Hz (ver Figura 7). Soluções de reforço com lajeta flutuante e tecto falso: Na figura 8 apresentam-se duas soluções de reforço com lajeta flutuante e tecto falso. A solução A7 é uma combinação da solução A4 com A5, enquanto a solução A8 resulta da combinação da solução A4 com a A6. Nas Figuras 9 e 10 apresentam-se as curvas de isolamento a sons aéreos e sons de percussão respectivamente. lajeta flutuante

pavimento flutuante de madeira lajeta flutuante

laje aligeirada

laje aligeirada

apoio antivibrátil

apoio antivibrátil

aglomerado de cortiça expandida gesso cartonado

aglomerado de cortiça expandida gesso cartonado

a) b) Figura 8: Soluções de reforço com tecto falso e lajeta flutuante: a) solução A7; b) solução A8 ISOLAMENTO A SONS AÉREOS 80

60

50

40

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

20

125

30

100

Isolamento sonoro normalizado R (dB)

70

Frequência (Hz)

A0 [Rw= 45 dB]

A7[Rw= 70 dB]

A8 [Rw= 70 dB]

Figura 9: Curvas de isolamento a sons aéreos para as soluções A0, A7 e A8 Como se pode observar, nas Figuras 9 e 10, a solução A8 apresenta um comportamento melhor que a A7. No que respeita ao isolamento a sons aéreos, a soluçãoA7 apresenta um comportamento melhor que A4 e A5, ficando mais próxima de A4. A solução A8 também apresenta melhor comportamento que A4 e A6, aproximando-se mais de A4. Em relação aos sons de percussão há uma grande melhoria da solução A7 em relação às soluções A4 e A5, com a curva A7 a seguir a tendência da curva A5. Considerações semelhantes

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podem ser feitas para a solução A8. Para o isolamento a sons aéreos verifica-se uma grande contribuição do tecto falso para o desempenho da solução, enquanto que para o isolamento a sons de percussão a maior contribuição é conferida pelas lajetas flutuantes. ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO 100 90

Nível sonoro normalizado Ln (dB)

80 70 60 50 40 30 20 10

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

125

100

0 Frequência (Hz)

A0 [Ln,w= 95 dB]

A7 [Ln,w= 43 dB]

A8 [Ln,w= 44 dB]

Figura 10: Curvas de isolamento a sons de percussão para as soluções A0, A7 e A8 2.3 Soluções ensaiadas tendo como base uma laje maciça Nesta secção apresentam-se algumas soluções de reforço com tecto falso, aplicadas a uma laje maciça em betão (ver Figura 11).

laje maciça de betão apoio lã mineral 1 placa gesso cartonado

a)

b) laje maciça de betão

laje maciça de betão

apoio

apoio antivibrátil

lã mineral 2 placas gesso cartonado

lã mineral 1 placa gesso cartonado

d)

c) laje maciça de betão apoio antivibrátil lã mineral

e) Figura 11: Soluções de reforço com tecto falso: a) solução B0; b) solução B1; c) solução B2 d) solução B3; e) solução B4

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A solução de base (solução B0) é constituída por uma laje maciça de betão existente no ITeCons com uma espessura de 140 mm (Figura 11a). A superfície da laje foi regularizada através da aplicação de autonivelante. ISOLAMENTO A SONS AÉREOS 90

80

60

50

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

800

1000

630

500

400

315

250

200

160

30

125

40

100

Isolamento sonoro normalizado R (dB)

70

Frequência (Hz) B0 [Rw= 52 dB]

B1 [Rw= 64 dB]

B3 [Rw= 66 dB]

B4 [Rw= 71 dB]

B2 [Rw= 67 dB]

Figura 12: Curvas de isolamento a sons aéreos para as soluções B0 a B4 ISOLAMENTO A SONS DE PERCUSSÃO 80

Nível sonoro normalizado Ln (dB)

70

60

50

40

5000

4000

3150

2500

2000

1600

1250

1000

800

630

500

400

315

250

200

160

125

20

100

30

Frequência (Hz) B0 [Ln,w= 82 dB]

B1 [Ln,w= 61 dB]

B3 [Ln,w= 58 dB]

B4 [Ln,w= 52 dB]

B2 [Ln,w= 57 dB]

Figura 13: Curvas de isolamento a sons de percussão para as soluções B0 a B4 Estudaram-se 4 soluções de reforço de tecto falso constituído por placas de gesso suspensas (por varões metálicos) numa estrutura metálica criando uma caixa-de-ar com 150mm de altura, parcialmente preenchida com uma camada de lã mineral com 60mm de espessura. A solução B1 (Figura 11b) possui apenas uma camada de gesso e os suspensores não têm material resiliente. A solução B2 (figura 11c) difere da B1 pela introdução de suspensores antivibráteis. A solução B3 (Figura 11d) difere da B1 pela introdução de uma

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placa adicional de gesso cartonado, enquanto a solução B4 (Figura 11e) difere da B3 pela introdução de apoios antivibráteis. As curvas de isolamento, em função da frequência, apresentam-se nas Figuras 12 e 13 para sons aéreos e sons de percussão, respectivamente. A introdução do tecto falso aumenta o desempenho da solução base, tanto em termos de sons aéreos (19 dB para a melhor solução, B4) como de sons de percussão (30 dB para a melhor solução B4). Para o aumento do isolamento a sons aéreos a introdução de mais uma camada de gesso adicional não parece ter tanta importância como a introdução de suspensores antivibráteis. No entanto, quando o tecto já tem suspensores antivibráteis a influência da introdução de uma placa de gesso adicional é mais visível. No caso dos sons de percussão tiram-se conclusões semelhantes, embora com a introdução dos suspensores antivibráteis as melhorias de comportamento sejam mais evidentes.

5. CONCLUSÕES Neste trabalho apresentaram-se resultados de isolamento a sons aéreos e sons de percussão, determinados em laboratório, para soluções de reforço de lajes aligeiradas e lajes maciças de betão. O reforço foi implementado através da colocação de tectos falsos e/ou lajetas flutuantes. As soluções de tecto falso, em lajes aligeiradas, permitem aumentar consideravelmente o isolamento a sons aéreos (cerca de 22 dB) para a melhor solução. A adição de mais uma placa de gesso ou de apoios antivibráteis melhora o isolamento. Refira-se que a substituição da lã mineral pela cortiça conduz a resultados similares. A aplicação do tecto falso introduz reduções no valor de Ln,w que podem ir até aos 35 dB. Para os sons de percussão a substituição de lã mineral por cortiça não é tão eficaz como para os sons aéreos. A aplicação de reforços constituídos por lajetas flutuantes não são tão eficazes como os tectos falsos no isolamento a sons aéreos, no entanto, revelam-se superiores na contribuição para o isolamento a sons de percussão. A combinação de uma solução de tecto falso com lajeta flutuante conduz aos melhores resultados (Rw=70 dB e Ln,w=44 ou 43 dB). Verifica-se que o tecto falso contribui mais para o isolamento a sons aéreos enquanto a lajeta flutuante contribui mais para o isolamento a sons de percussão. Quando a solução base é uma laje maciça de betão obtiveram-se aumentos de 19 dB para isolamento a sons aéreos e 30 dB para isolamento a sons de percussão (solução B4) em relação à solução base. Nestas lajes o acréscimo de isolamento a sons aéreos introduzido por uma placa adicional de gesso cartonado é menos evidente do que o introduzido pela colocação de apoios antivibráteis (quando apenas existe uma placa de gesso). A introdução de apoios antivibráteis tem bastante influência no aumento de isolamento a sons de percussão.

6. AGRADECIMENTOS Este trabalho é enquadrado na Iniciativa Energia para a Sustentabilidade da Universidade de Coimbra e apoiado pelo projeto Energy and Mobility for Sustainable Regions - EMSURE (CENTRO-07-0224-FEDER-002004). Agradece-se, ainda, o apoio do projecto BloCork (FCOMP-01-0202-FEDER-013373) e do “Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico em Ciências da Construção – ITeCons”.

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Plan de Acción contra el Ruido de Actividades de Ocio al Aire Libre S. Jiménez, J. Romeu, A. Balastegui & C. Vega Laboratorio de Ingeniería Acústica y Mecánica, LEAM – UPC Universidad Politécnica de Cataluña C/ Colom, 11 08222 Terrassa (Barcelona) España santiago.jimenez@upc.edu

RESUMEN En determinados entornos en los que no es posible conseguir el cumplimiento de los niveles exteriores de ruido, se establece la obligación de aplicar un plan específico de medidas atenuadoras que asegure, el cumplimiento de los niveles en el interior de las viviendas. Se presenta un estudio de las posibles actuaciones en una zona de ocio formada por un conjunto de bares musicales que abocan a la calle la emisión sonora. Se realiza un mapa acústico del entorno mediante simulación, en que las fuentes de ruido son las aperturas en las fachadas de dichos bares. Conocida la relación entre nivel interior de cada actividad, el nivel en la fachada de los receptores y considerando el aislamiento acústico que proporcionan los diferentes tipos de ventana existentes, la solución pasa por reducir el nivel de emisión sonora de los locales o/y aumentar el aislamiento de las viviendas afectadas. Mediante el uso de herramientas SIG se determina el nivel en el interior de los receptores y la población afectada. Estas variables juntamente con el coste asociado al incremento necesario de aislamiento en fachada, se constituyen en un modelo matemático que permite optimizar la combinación de aislamiento acústico y reducción de la emisión sonora de los locales. ABSTRACT In certain environments it is not possible to achieve compliance with the external noise levels. In such cases, however, normative stresses the compliance levels in the interior of the housing. The communication presents a study of the possible actions in a recreation area consisting of a set of open doors music bars which gives as a result loud street levels. The first step is creating a detailed sound map of the environment through simulation, in which the sources of noise are the openings in the façades of these bars. The second step is to determine the acoustic sound insulation of the receivers’ façades. Known the relationship between interior level of each activity, the level on the façade of the receptors and considering the acoustic insulation, the solution consists of reducing the level of noise emission of the activities and/or increase the isolation of the affected homes. Through the use of GIS, the level inside of the receivers and the affected population is also calculated. These variables along with the cost associated with the necessary increase insulation in facade, defines a mathematical model that allows to optimize the combination of acoustic insulation and reducing the noise emission of the activities.

KEYWORDS: Ruido, Ocio, Plan de actuación, Coste, Població

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1. INTRODUCCIÓN En muchos municipios y especialmente en los municipios turísticos, existen ciertas zonas urbanas donde se realizan actividades de recreo que suelen generar molestias y problemas de ruido [1-3]. Sin embargo, la población afectada por el ruido proveniente de este tipo de actividades representa un porcentaje relativamente bajo al compararlo con la población expuesta a otro tipo de fuentes, como puede ser el ruido de tráfico [4]. Sin embargo las actividades de ocio presentan la particularidad de que pueden causar un nivel sonoro elevado en su entorno, especialmente en horario nocturno, siendo en este caso el potencial de molestia elevado y es obligado su control [5-6]. Si además, esta actividad se desarrolla al aire libre, en el casco urbano de una ciudad, donde se dá la coexistencia de usos recreativos (de ocio nocturno) y de viviendas en una misma zona o emplazamiento, las medidas de control son aparentemente incompatibles con la voluntad de preservar una determinada modalidad de oferta turística, un determinado modelo económico, producto de la propia dinámica económica y social del municipio. Para este tipo de situaciones la Ley autonómica de protección contra la contaminación acústica de la Generalitat de Catalunya [7] establece las Zonas Acústicas de Régimen Especial (ZARE) en las que, debido a las actividades que allí se desarrollan, se pueden superar los límites establecidos para el uso predominante de la zona. Sin embargo, se establece la obligación de aplicar un plan específico de medidas atenuadoras que aseguren el cumplimiento del nivel sonoro en el interior de las viviendas afectadas. En esta comunicación se describen las diferentes fases y actuaciones seguidas en la elaboración del plan de acción contra el ruido de una zona ZARE, donde existen un gran número de actividades de ocio, denominadas en otras comunidades autónomas como zona acústicamente saturada ZAS [8].

2. DESCRIPCION DE LA ZONA “ZARE” En el caso estudiado, la zona ZARE es una Zona Acústica de Régimen Especial en el que se superan en 15 dBA o más, los valores límites de inmisión en el ambiente exterior de las zonas catalogadas como (C1) Áreas con predominio del suelo de uso terciario, recreativo y de espectáculos [9]. Esta zona constituye los ejes de ocio del plan de mejora urbana de integración de usos en el casco antiguo del municipio [10], con una extensión viaria de 2200 m2 donde se concentran 50 locales de ocio nocturno, entre los que se encuentran: bares musicales, discotecas, bares y restaurantes, que realizan su actividad con las puertas abiertas y que atraen a una gran aglomeración de gente en la calle. Ver figura 1.

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Figura 1. Tipología de las actividades presentes en la zona ZARE.

3. METODOLOGIA Considerando el hecho de que la voluntad municipal es, que esta zona de ocio continúe formando parte de la oferta turística y del modelo económico del municipio, el objetivo de las medidas correctoras debe ser el cumplimiento de los niveles previstos para el interior de las viviendas. Debido a las condiciones de la zona y del tipo de actividades que se desarrollan, en principio solo se contemplan dos posibles actuaciones: limitar el nivel interior de las actividades de forma que el nivel exterior sea tal que se garantice el nivel sonoro previsto para el interior de las viviendas, o bien incrementar el aislamiento de los receptores. Esto obliga a determinar la aportación de cada fuente sonora y a conocer el nivel sonoro en cada receptor. Debido a esta necesidad de información intensiva, se realiza un modelo acústico del entorno mediante simulación [11-13]. La figura 2 muestra los niveles de inmisión sonora debido a las diferentes actividades de ocio, para cada uno de los receptores, los resultados se representan de manera gráfica en un modelo 3D. Obsérvese la propagación acústica y la afectación sobre la fachada de los receptores. Estos niveles de ruido elevados coinciden con los obtenidos en otros estudios similares [14].

Figura 2. Modelo acústico de la zona ZARE. Respecto al aumento de aislamiento acústico de los receptores, se debe tener en cuenta, que el ruido generado por las actividades puede llegar dentro de las viviendas a través de dos vías diferentes, una procedente del exterior a través de la fachada y la otra, que procede del interior del local, a través de la estructura del edificio. Hay que verificar que el sonido transmitido por

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las dos vías no supera en ningún caso el establecido por el marco legal en cuanto a ruido en el interior de las viviendas. Por otra parte, el plan de aislamiento se tiene que diseñar para un nivel sonoro máximo en el local emisor. Hay que garantizar que este nivel no se superará en la fase de explotación del local, lo que obliga a instalar un limitador-registrador ajustado al nivel de referencia, que asegure que no se superan los valores límites establecidos para el interior de las viviendas.

4. FASES Y ACTUACIONES DEL PLAN DE ACCIÓN A continuación se describen las diferentes fases y actuaciones contempladas en el plan de acción correspondientes a las actividades recreativas de pública concurrencia. FASE I 4.1 Plan de medidas de aislamiento acústico a ruido aéreo entre recintos de todos los locales situados en la zona ZARE, donde se realizan actividades reguladas y clasificadas en función del nivel de inmisión acústica dentro de su recinto. El objetivo es certificar que las actividades que estén ubicadas en edificios y en contigüidad con uso residencial disponen del aislamiento acústico necesario para garantizar a las viviendas más afectadas el cumplimiento de los valores límites de inmisión establecidos en la Ordenanza de Ruido. O, en caso contrario, determinar el nivel máximo de sonido dentro del local, y que sería el nivel de sonido de referencia que se aplicaría al limitador. 4.2 Instalación en todos los locales de un limitador - registrador homologado que cumpla con las características técnicas y requisitos exigidos en la Ordenanza de Ruido y en el “Plan de medidas básicas para disminuir el ruido de la zona ZARE”. El limitador tendrá que estar ajustado, como mínimo, de forma que los niveles de inmisión en la vivienda anexa no superen el valor límite indicado en la Ordenanza de Ruido. Pero además el limitador tendrá una función importante en la regulación del nivel exterior, como se indicará en la fase II. Con el objetivo de unificar los procedimientos, reducir costes y acotar en el tiempo su implantación, las medidas de aislamiento, la instalación y gestión de los limitadores, sería conveniente realizarla de forma conjunta por un único instalador. Más importando aun, de esta forma todos los locales dispondrán del mismo equipo, mismo programa de gestión y visualización de los datos, lo cual facilitará el control de los servicios técnicos municipales o empresa en que delegue el ayuntamiento si es el caso. 4.3 Determinar el nivel de ruido en fachada en las nuevas condiciones de trabajo, niveles sonoros conocidos en el interior de los locales, una vez instalados y calibrados los limitadores al nivel de emisión correspondiente. De esta forma se tendrá el punto de partida real que permitirá definir las medidas correctoras. FASE II 4.4 Instalación de Doble Puerta o limitación del nivel sonoro dentro de los locales. Como primer paso hay que reducir el sonido en la fachada de los receptores hasta un valor aceptable de alrededor de 72 dB, que haga factible conseguir los niveles dentro de las viviendas que

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prevé la ordenanza, teniendo en cuenta valores realistas de aislamiento acústico de fachada. Puesto que los locales realizan su actividad con puertas y ventanas abiertas [15], esto se puede conseguir o bien reduciendo el nivel de sonido dentro de los locales (mediante uso de limitador) hasta llegar a este nivel exterior o bien instalando una doble puerta con muelles de regreso y cierre hermético, a posición cerrada, u otros sistemas equivalentes que garanticen en todo momento el aislamiento en fachada en los momentos de entrada y salida del público. 4.5 Determinar la afectación sonora generada por las actividades en las nuevas condiciones de doble puerta o limitación del nivel sonoro dentro de los locales. Se realiza una campaña de medidas simultáneas de ruido tanto dentro como en la fachada de un número representativo de viviendas, los niveles obtenidos sirven para calibrar el modelo de simulación 3D (figura 3), que a la vez permite estimar el nivel sonoro en cada vivienda.

Figura 3. Modelo acústico de la zona una vez limitado el nivel sonoro dentro de los locales de ocio. FASE III Una vez aplicados los requerimientos técnicos contemplados en los apartados anteriores, (instalación de limitador-registrador, instalación de doble puerta, reducción del nivel sonoro en el interior del local) se conoce cuáles son las viviendas afectadas y a qué nivel están expuestas. A partir de aquí, las actuaciones son: 4.6 Plan de medidas de aislamiento acústico en las fachadas contra el ruido aéreo. Se realiza una campaña de medidas de aislamiento acústico de las fachadas de todas las viviendas donde se supere el valor límite indicado por la normativa. Esto permite determinar el aislamiento acústico necesario en la fachada de cada vivienda que asegure, que el nivel en el interior de las viviendas no supere lo establecido en la ordenanza. Conocidos el nivel exterior y el nivel interior se determina el aislamiento necesario, y con el aislamiento existente determinado en las medidas realizadas, se determina el incremento de aislamiento. 4.7 Implantación de estructuras de aislamiento de fachada adecuadas, consistente en la instalación, sustitución o refuerzo del aislamiento acústico normalmente sobre la ventana. Para ello, en función del aislamiento acústico requerido, se han elegido cuatro tipologías de ventana existentes en el mercado con diferentes prestaciones, algunas con prestaciones reforzadas de aislamiento acústico, compuesto por dos o más vidrios ensamblados entre sí por una o varias láminas de PVB (Butiral de Polivinilo), montados sobre perfilería apropiada con hasta tres juntas de estanqueidad entre la ventana oscilobatiente y el marco, mejorando el aislamiento acústico de la ventana. [16] La tabla 1 y figura 4 muestran la configuración, las

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prestaciones acústicas y el coste aproximado por m2 de ventana. Los costes de la instalación no están considerados, y dependerán de la tipología de instalación que se deba aplicar. Tabla 1. Tipos de vidrio y propiedades. Tipo de vidrio 66.2/16/44.2 44/12/6 33/12/6 6/12/5

30 dB

€/m2 1120 900 650 445

RA tr 42 35 33 30

35 dB

42 dB

Figura 4. Tipos de vidrio y configuración de ventana. Font: Finstral S.A.

Conocida la relación entre nivel interior de cada actividad, el nivel en la fachada de los receptores y considerando el bajo aislamiento acústico que proporcionan los diferentes tipos de ventana existentes, la solución pasa por reducir el nivel de emisión sonora de los locales o/y aumentar el aislamiento de las viviendas afectadas. Mediante el uso de herramientas SIG se determina el nivel en el interior de los receptores y la población afectada [17]. Estas variables juntamente con el coste asociado al incremento necesario de aislamiento en fachada, se constituyen en un modelo matemático que permite optimizar la combinación de aislamiento acústico y reducción de la emisión sonora de los locales. Debido a las diferencias existentes en cada una de las calles que forman la zona ZARE (concentración y tipo de locales de ocio, tipología de los receptores y número de personas residentes), se realiza un estudio para cada una de estas calles, considerando que a cada vivienda afectada se le aplica el tipo de ventana necesaria en función del aislamiento acústico requerido. La figura 5 muestra, para una de estas calles, el coste asociado al plan de aislamiento acústico (superficie y tipos de ventana a instalar) y el porcentaje de población beneficiada en función de la reducción de la emisión sonora en el interior de los locales de ocio. Obsérvese como aplicando una reducción de 5 dB, únicamente se cumplirá el nivel interior para el 55% de la población, cuyo coste asciende a 200 k€. Esto significa que aún considerando ventanas con elevado aislamiento acústico, existen viviendas que no quedan protegidas, y no se cumplen los niveles en el interior de las viviendas para el 45% de la población. Si la emisión sonora dentro de los locales se reduce en 10 dB, se cumple el nivel en el interior de las viviendas para el 99% de la población, pero se requiere aumentar el coste del aislamiento acústico entorno a los 400 k€.

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Sin embargo, para asegurar que el nivel permitido en el interior de las viviendas se cumpla para el 100% de la población, la reducción debe ser de 13 dB y el coste del aislamiento acústico se aproxima a los 340 k€. Finalmente si la emisión sonora se reduce en 20 dB, no es necesario incrementar el aislamiento acústico para el 29% de población, y el coste del plan de aislamiento baja hasta los 150k€. Coste Plan de Aislamiento Acústico C.Bonaire (k€)

Coste Plan de Aislamiento Acústico  C. Bonaire 0

400

50

100

150

200

250

300

350

400

350 20

250

Reducción (dB)

Coste  k€

300

200 150 100

15

10

50 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Población % Reducc. 5 dB

Reducc. 10 dB

5

Reducc. 13 dB

10

20

30

Reducc. 20 dB

40

50

60

70

80

90

% Población

Figura 5. Población beneficiada y coste del plan de aislamiento acústico.

La figura 6 muestra el coste del aislamiento acústico necesario para otra calle de la zona. Si se aplica una reducción de 5 dB, únicamente se cumplirá el nivel interior para el 8% de la población, y aplicando una reducción de 10 dB, se cumplirá para el 65% de la población. Aun considerando ventanas con elevado aislamiento acústico, no se cumplen los niveles en el interior de las viviendas para el 35% y 92% de la población respectivamente. Sin embargo, para asegurar que el nivel permitido en el interior de las viviendas se cumpla para el 100% de la población, la reducción debe ser de 13 dB y el coste del aislamiento acústico en este caso, se aproxima a los 200 k€. Coste Plan Aislamiento Acústico  C. Primer de Maig

Coste Plan de Aislamiento Acústico C.Primer de Maig (k€)

200

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

180 160

20

120

Reducción (dB)

Coste  k€

140

100 80 60 40

15

10

20 0 0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100 5

Población % Reducc. 13 dB

Reducc. 10 dB

Reducc. 5 dB

Reducc. 20 dB

% Población

Figura 6. Población beneficiada y coste del plan de aislamiento acústico.

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Finalmente se realiza un escandallo del coste global del plan de aislamiento [16], considerando una reducción del nivel sonoro en el interior de los locales mediante el limitador, de forma que el sonido que llega a la fachada de los receptores sea de 72 dB, y teniendo en cuenta, que todas las viviendas afectadas son tratadas con el tipo de ventana necesaria en función del aislamiento acústico requerido. Como se puede observar en la figura 7, el 28% de la población residente en la zona requiere de unas ventanas de altas prestaciones acústicas, cuyo coste asciende entorno a 426 k€. Siendo la población que no precisa actuación el 18%. Población %

Coste aislamiento

19%

197.550 €

19%

66.2/16/44.2  (42 dB) 18%

124.150 €

44.2/12/6 (35 dB) 94.813 €

33.2/12/6 (33 dB)

16%

44.2/12/6 (35 dB) 33.2/12/6 (33 dB)

6/12/5 (30dB) 28%

66.2/16/44.2  (42 dB)

426.160 €

Sense actuació

6/12/5 (30dB)

Figura 7. Población y coste del plan de aislamiento acústico limitando el nivel dentro de los locales.

5. CONCLUSIONES Se presenta un plan de acción contra el ruido para las zonas ZARE, donde las principales fuentes de ruido son las actividades musicales de los locales de ocio que se concentran en la zona. El plan de acción pasa necesariamente por reducir el nivel de ruido emitido y por mejorar el aislamiento acústico de las fachadas de las viviendas afectadas. Sin embargo, es necesario cuantificar qué nivel de reducción es el adecuado frente a las necesidades de aislamiento y coste económico. Se parte de un mapa acústico existente que permite determinar la contribución de cada una de las actividades, a la afectación sonora sobre la línea de fachada de los distintos receptores. El conjunto de los datos suministrados por la simulación, los datos de población, el aislamiento real de la fachada existente, y el coste de la solución de aislamiento acústico necesario para conseguir el nivel interior deseado, permiten determinar el coste de la campaña de aislamiento acústico en función del nivel de ruido exterior y establecer la mejor solución posible de acuerdo con el criterio del municipio. La solución de aislamiento acústico se ha estandarizado al cambio o mejora de ventanas, eligiéndose cuatro tipologías de ventana existentes en el mercado con diferentes prestaciones de aislamiento acústico, montados sobre perfilería apropiada con hasta tres juntas de estanqueidad entre la ventana y el marco.

REFERENCIAS [1] Feijóo, S., Arines, S., Balsa R. Estudio de ruido nocturno en Santiago de Compotela. Proceedings 41º Congreso Nacional de Acústica, Encuentro Ibérico de Acústica, EAA European Symposium on Hydroacoustcs. CD-ROM. Gandia 2003.

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[2] Barrigon Morilles J., Gómez Escobar, V., et al. Study of the noise asociated wiht night leisure activities in the Caceres City. Proceedings 39th International Congress on Noise Control Engineering 2010 (INTER-NOISE 2010) Lisbon 2010. [3] González , A.E., et al. Incidencia de actividades recreativas nocturnas sobre la calidad acústica del entorno de la ciudad de Salto (Uruguay). XXX Iberoamerican Congress of AIDIS Internacional. Toronto, Canada 2006. [4] Mª A. Martín Bravo, A.I. Tarrero Fernández, T. Rodríguez, R. Sorribas. Estudio psicosocial de la molestia ocasionada por el ruido en la población de Valladolid. Proceedings 34º Congreso Nacional de Acústica, Encuentro Ibérico de Acústica, EAA Symposium CD-ROM. Bilbao 2003. [5] La percepció social del soroll a Sitges. Ajuntament de Sitges. D-CAS Colol·lectiu d’Analistes Socials. LEAM-UPC Laboratori d’Enginyeria Acústica i Mecànica - Universitat Politècnica de Catalunya. Març 2005. [6] La percepció social del soroll a Esplugues de Llobregat. Ajuntament d’Esplugues de Llobregat. DCAS Colol·lectiu d’Analistes Socials. LEAM-UPC Laboratori d’Enginyeria Acústica i Mecànica Universitat Politècnica de Catalunya. Novembre 2004. [7] Decret 176/2009 por el cual se aprueba el Reglament de la Llei 16/2002 de protección contra la contaminación acústica. DOGC nº 5506 de 16 de noviembre de 2009. [8] García Ortiz, E.; Cepeda Riaño, J.; García de la Peña, D.; Fuentes Robles, M.; de Barrios Carro, M.; Búrdalo Salcedo, G. Propuesta de delimitación de zona acústicamente saturada en la ciudad de León. Proceedings 41º Congreso Nacional de Acústica, Encuentro Ibérico de Acústica, EAA European Symposium on Hydroacoustcs. CD-ROM. Gandia 2003. [9] Mapa de Capacitat Acústica del municipi de Sitges, juny 2013. LEAM-UPC Laboratori d’Enginyeria Acústica i Mecànica - Universitat Politècnica de Catalunya. [10] Pla de Millora Urbana d’Integració d’Usos en el Casc Antic de Sitges. Text refós, setembre 2008. [11] Jiménez Díaz, S.; Romeu Garbí, J.; Balanyà Anguera, A. Mapa acústico en zona acústica de regimen especial (ZARE) formada por actividades de ocio. Proceedings 44º Congreso Español de Acústica, Encuentro Ibérico de Acústica, EAA European Symposium on Environmental Acoustics and Noise Mapping CD-ROM. Valladolid 2013. [12] Norma UNE-EN 12354-4: 2001 Estimación de las características acústicas de las edificaciones a partir de las características de sus elementos. Parte 4: Transmisión del ruido interior al exterior. [13] F. Sgard, H. Nelisse, N. Atalla, On the modeling of the diffuse field sound transmission loss of finite thickness apertures. J. Acoustc. Soc. Am. 122 (1), 302-313, 2007. [14]

Borgeaud, D. Noise mapping an entertainment precinct. Acoustics 2005 Conference.

[15] UNE-EN 14351-1:2006+A1:2011 Ventanas y puertas. Norma de producto, características de prestación. Parte 1: Ventanas y puertas exteriores peatonales sin características de resistencia al fuego y/o control de humo. [16] Santiago Jiménez, Jordi Romeu, Teresa Pàmies, Sandra Guasch. Sistemas de Información Geográfica en la Gestión integral del Ruido. Proceedings Acústica, 2008 Coimbra-Portugal CDROM. Coimbra 2008. [17] Goyenecheca C.M., Ortiz J.C. Creencias ambientales y coste social del ruido de ocio. Revista de Acústica, 36 3-4.

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Análise do Índice de Reconhecimento de Fala na Relação Sinal Ruído para o Ruído de Tráfego em Salas de Aula E. M. L. Moraesa, G. S V. Melob, D. D. R. Ramosc, M. U. P. Freitasc & C. Nagawoc a

Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal do Pará, Belém, Pará, Brasil, elcione@ufpa.br b Grupo de Vibrações e Acústica-GVA. Faculdade de Engenharia Mecânica. UFPA. Belém, Pará, Brasil. c Faculdade de Arquitetura e Urbanismo, Universidade Federal do Pará, Belém, Pará, Brasil.

RESUMO: A voz do professor é de fundamental importância para a percepção da fala, o ouvinte deve entender de forma clara, harmoniosa, inteligível e sem qualquer tipo de ruído competitivo. O objetivo deste trabalho é determinar a relação entre índice de reconhecimento de fala e a Relação Sinal Ruído para o ruído de tráfego no contexto da palavra falada em sala de aula. Para ganhos substanciais nos índices de inteligibilidade deve-se ampliar o nível do sinal de voz ou reduzir os níveis externos através de isolamento acústico. Nas salas de aula “padrão” do Campus da Universidade Federal do Pará, em Belém/Brasil, os níveis de ruído externo nas suas mediações são em médias 47 dB(A), a relação sinal/ruído ideal é de 25 dB(A), assim o sinal de voz do professor deveria ser superior a 85 dB(A), esses níveis podem causar lesões ao sistema auditivo dos alunos e professores. O sinal de ruído de tráfego e o sinal de voz apresentaram características físicas e estatísticas muito similares o que os tornam concorrentes. Obteve-se para o índice de inteligibilidade de fala valores muito superiores a 15% em uma das salas o que caracteriza baixa inteligibilidade em função da relação sinal/ruído e do alto tempo de reverberação. Com o condicionamento da sala a redução do Tempo de Reverberação os índices de inteligibilidade da fala alcançariam valores ideias.

KEYWORDS: inteligibilidade da fala, relação sinal/ruído, ruído e reconhecimento da fala.

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1. INTRODUÇÃO O aprendizado e entendimento em sala de aula é prejudicado em função das condições físicas, de revestimento interno e do ruído dentro e fora da sala, traduzidos em forma de reverberação e inteligibilidade da fala. Na comunicação humana é inerente a presença constante de ruído, seja produzida pelos dispositivos que nos cercam e até mesmo pela presença dos ruídos humanos internos. Mesmo em locais tratados acusticamente com níveis extremamente baixos de ruídos pode-se ouvir os sons dos órgãos internos, como do coração, por exemplo. Portanto, o ruído estará sempre presente desde que haja a presença humana. Podemos e devemos controla-lo embora não seja possível eliminar o ruído [1]. O ruído pode prejudicar a saúde do ser humano de forma irreversível. É fator de impacto sobre o comportamento, a cognição, o metabolismo e a audição, além de causar prejuízos econômicos e ambientais. É um agente físico que pode provocar, ainda, danos como perturbações do sono, no tempo de atenção, na concentração, no trabalho mental, além de irritação, ansiedade, tonturas, gastrites, zumbidos, hipertensão, náuseas [2]. Nível excessivo de ruído em salas de aula provoca inquietação, desatenção e um baixo rendimento global médio podendo elevar os índices de reprovação e evasão das escolas/universidades, além de grande número de professores com problemas de voz. É imperativo avaliar concretamente a situação de forma a abalizar sua correção seja por meio de campanhas educativas, de soluções técnicas, ou até mesmo de legislação mais rigorosa [3]. O Tempo de Reverberação (TR) e do Ruído de Fundo (RF) depende de um grande número de fatores em destaque a localização da sala, do tipo de construção e do material aplicado. Analisar os problemas de inteligibilidade de fala decorrentes do nível do ruído urbano no entorno das salas é o principal objetivo deste artigo. Para tanto um estudo de caso com as salas de aulas do setor básico e do setor profissional do campus do Guamá da Universidade Federal do Pará, na capital Belém/Brasil. O campus da UFPA em Belém não foge ao contexto global da poluição sonora nas cidades. Essa constatação fica muito evidente no mapa acústico do campus desenvolvido por Moraes, et al. quando da elaboração do mapa acústico do campus [4] com base no ruído de tráfego. Os níveis de pressão sonora (NPS) médios registrados nos setores Básico e Profissional do referido campus mostram, com clareza, que os índices ultrapassam os valores recomendados pela normativa nacional e indicam, ainda, que o campus já está no patamar de alerta. No estudo os autores ressaltam que o tempo de exposição a níveis sonoros elevados acarreta maior fragilidade no sistema auditivo do indivíduo exposto, de modo que, o tempo de aulas diárias (hoje superior a cinco horas, em média), somado as horas trabalhadas em atividades extraclasse no campus, contribuem para o agravamento do problema. Essa condição poderá piorar, com velocidade extremada, caso não haja a adoção de um instrumento eficiente de controle.

2. ÁREA DE ESTUDO O campus universitário do Guamá, situado às margens do rio Guamá a 10 km do centro da cidade de Belém, em uma área de aproximadamente de 471ha. O campus atendendo aos princípios “ecológicos”, com técnicas que favorecem ao conforto térmico, ventilação cruzada,

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adequada orientação das fachadas protegidas da insolação direta, uso de venezianas, grandes beirais, coberturas de telha de barro. [5] Atualmente, a cidade universitária é parcelada em quatro setores: básico, profissional, esporte e saúde. Este estudo foi desenvolvido com o objetivo de analisar a inteligibilidade da fala e o tempo de reverberação nas salas de aula padrões dos respectivos setores Básico e Profissional. Este estudo foi desenvolvido em salas de aula tipo do setor básico e do profissional. O mesmo autor relata que no setor básico concentram-se várias seções importantes da universidade (biblioteca central, restaurante universitário, bancos, reitoria, ginásio, etc.), o que provoca maior centralização e fluxo de pessoas e veículos nesse setor, seja para permanecer por todo o período laboral como para ter acesso temporário aos serviços localizados no setor. Os edifícios do setor Básico estão posicionados no eixo Leste-Oeste, o que favorece a ventilação predominante (Nordeste) e a maior proteção das fachadas da radiação solar direta no período da tarde. Nesse setor há uma grande quadra central, que concentra a maior parte dos edifícios (cerca de 80%), com um sistema viário circundante tipicamente modernista, resultando em uma baixa capilaridade na quadra, que implica em caminhos mais extensos (hoje transformados em passarelas) e pouca capacidade de integrar acessos, aspecto que caracteriza toda a urbanização do campus. Historicamente, na cidade universitária a urbanização se apresenta desta maneira. Deste modo, a penetração nas quadras é feita quase que exclusivamente por pedestres. O setor Profissional, segundo maior do campus, está estruturado em torno de uma única grande quadra que apresenta proporções típicas de uma quadra de um bairro de classe média, com densidades moderadas. A área do setor profissional é visivelmente a menos extensa dentro do campus. Orientação e locação dos edifícios Leste-Oeste. A implantação dos prédios e as configurações do setor criaram uma situação de paralelismo no miolo de quadra, que colaborou na criação e no reforço de áreas negativas, ou áreas vazias. Os bolsões de estacionamento regular e disperso na relação entre os edifícios, com lotes dentro das quadras sem delimitações claras. Este setor apresenta áreas verdes em maior quantidade que o setor básico, porém esses espaços verdes não proporcionam integração relevante com os edifícios do setor, conclui Ximenes. Em cada setor foi selecionado uma sala de aula que represente as salas tipo dos setores. Na figura 1 abaixo podemos identificar a configuração urbana dos dois setores, assim como, a localização das duas salas de estudo.

Figura 1: Vista dos setores básico e profissional do campus e das salas de aula analisadas.

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2.2 Salas de aula analisadas As sala do setor básico compõem bloco térreos em conjunto de 5 cinco salas por bloco, são construídas em tijolo comum e separadas por divisórias de PVC. As janelas originalmente eram de venezianas de madeira e vidro. Posteriormente foram fechas as venezianas com placas de PVC devido a instalação de aparelhos de ar condicionado. As portas são em madeira e visor em vidro. A cobertura é de telha de barro tipo canal e forro em PVC. A sala possui 27 carteiras algumas plásticas e outras estofadas. (Figura 2) As salas de aula do setor profissional estão em bloco de dois pavimentos com cinco salas em cada pavimento. A sala analisada está localizada no pavimento inferior, possui duas paredes em venezianas de madeira e vidro e as outras duas em alvenaria lisa e pintada. O piso é de placas cimentadas e teto em laje de concreto. Possui 41 carteiras entre plásticas e estofadas. (Figura 3).

Figura 2: Sala de aula do setor básico. Figura 3: Sala de aula do setor profissional.

3. MÉTODO 2.1. Parâmetros acústicos O procedimento utilizado para a caracterização das salas de aulas dos dois setores, objetivando as características acústicas, teve como base a determinação dos parâmetros: nível de pressão sonora (NPS) interno e externo, ruído de fundo (RF), tempo de reverberação (TR) e a relação sinal ruído (S/R) Medição dos Níveis de Pressão Sonora: os NPS foram medidos com as salas em funcionamento, com uma media de 15 alunos por sala, O microfone do sonômetro foi fixado a um tripé a altura de 1,50m do solo, seguindo recomendação da NBR 10.152/1987, foram feitas medições em 4 pontos no interior da sala, no tempo de medição de 1 minuto por ponto, com filtro de 1/3 de oitava de frequência.

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Medição do ruĂ­do de fundo: as mediçþes de ruĂ­do de fundo no interior da sala, foram feitas no perĂ­odo de fĂŠrias com as mesmas vazia e o aparelho ar condicionado em funcionamento e as janelas fechadas e sob condiçþes anĂĄlogas as mediçþes anteriores. Paralelamente, realizamos a medição do nĂ­vel de pressĂŁo sonora no exterior da sala, na fase que dĂĄ acesso a via de trĂĄfego de veĂ­culos e pessoas com o microfone posicionado nas mesmas condiçþes da medição anterior, a fim de verificar os NPS obtidos sob influencia direta do trĂĄfego de veĂ­culos e pessoas. Medição dos tempos de reverberação: A medição do tempos de reverberação da sala vazia foi realizada na banda de 1/3 de oitava de frequĂŞncia, nos mesmo 4 pontos de medição do NPS. O sinal (ruĂ­do rosa) foi gerado por um amplificador e produzido por uma fonte onmidirecional situada a 2 m de altura do piso, posicionada em frente a ĂĄrea de audiĂŞncia com uma distância mĂ­nima de 2 m das paredes. Relação Sinal RuĂ­do: a determinação da relação sinal ruĂ­do ĂŠ feita subtraindo o ruĂ­do de fundo do valor do NS medido na sala de aula, com a contribuição do ruĂ­do de fundo e do NPS mĂŠdio da voz do professor atravĂŠs da fĂłrmula:                                 đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2020; = 10 log 10

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(1)

Inteligibilidade da fala (%ALCons): Nesta pesquisa a inteligibilidade da fala nĂŁo pode ser medida atravĂŠs do mĂŠtodo subjetivo porem foi determinada atravĂŠs do mĂŠtodo matemĂĄtico. O procedimento consiste na determinação da diferença do NPS entre os valores obtidos para o campo direto e reverberante (LD â&#x20AC;&#x201C; LR), e o valor do tempo de reverberação para a banda de 1/3 de oitava de frequĂŞncia correspondente a frequĂŞncia de 2KHz, atravĂŠs da fĂłrmula:                                                           đ??żđ??ˇ  â&#x20AC;&#x201C;  đ??żđ?&#x2018;&#x2026; = 10 log

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â&#x2C6;&#x2019;  17  đ?&#x2018;&#x2018;đ??ľ

(2)

Instrumentação: foram utilizados um medidor de nĂ­vel de pressĂŁo sonora Tipo 2260 Investigator com filtro de 1/1 e 1/3 de oitava de frequĂŞncia, marca BrĂźel & KjĂŚr; uma fonte omnidirecional; dois cabos de prolongamento de microfones; dois tripĂŠs para medidor; dois microfones free field ½â&#x20AC;?, marca BrĂźel & KjĂŚr; dois protetores de vento de microfone; uma fonte onmidirecional da marca BrĂźel & KjĂŚr; e um calibrador acĂşstico, marca BrĂźel & KjĂŚr. Os microfones eram calibrados antes de cada medição. Todos os dados foram processados e agrupados em uma planilha Excell para anĂĄlise e conclusĂľes.

3. ANà LISE EXPERIMENTAL E ANAL�TICA A Tabela 1 abaixo apresenta os valores coletados e calculados para as duas salas analisadas, na comparação entre elas podemos concluir: no que diz respeito ao NPS, a sala do setor profissional registrou maiores índices mÊdios (57,61 dBA) superando em mais de 7 dBA o

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valor recomendado pela norma brasileira como limite máximo para o período diurno e em 17 dBA para o período noturno. O maior índice por frequência foi registrado a baixa frequência, 160Hz, o valor médio de 60,4dBA e os índices mais baixos a alta frequência, 4KHz, correspondente a 40,2 dBA. Quanto ao ruído de fundo, em ambas as salas os valores estão elevados, 46,20 dBA e 51,31 dBA na sala do setor básico e profissional respectivamente, superando os limites máximos recomendados pela ANSI que é de 35 dBA. Assim, para que o professor seja compreendido pelos alunos precisará elevar o tom de voz, sacrificando as cordas vocais, fenômeno que com o tempo poderá gerar lesões importantes na saúde vocal e auditiva dos professores. Em relação ao Tempo de Reverberação os valores médios medidos atingem 1,14s na sala do setor básico e 1,23s na sala do setor básico e profissional para a frequência de 2KHz. Esses valores são muito superiores aos valores recomendados que comprovadamente proporcionam condições de conforto nos ambientes, de 0,6 s à 0,7s segundo a ANSI e 0,4s segundo a ASHA (American Speech and Hearing Association). Quanto a Inteligibilidade da fala, com base na análise por formulação matemática, podemos observar que a sala do setor básico pode ser considerada com comportamento razoável, apresentando um valor de %ALCons de 11,12%, estando à baixo de 15% como recomenda a ANSI, embora quanto mais próximo de zero for o valor calculado melhor será a inteligibilidade da fala no ambiente. Porem a sala do setor profissional, até mesmo por sua dimensão e desproporcionalidade, registra 28,29% de %ALCons, demostrando um altíssimo prejuízo para a inteligibilidade da fala na sala de aula desse setor. A quantificação da Relação Sinal/Ruído demostra que segundo a recomendação da ASHA o nível sonoro médio da voz do professor não é suficiente para uma boa compreensão da informação nas duas salas de aulas. A ASHA recomenda um valor de +15dBA para a perfeita compreensão da fala, os valores demonstram que a sala do setor profissional apresenta um valor médio de +9,02dBA enquanto a sala do setor básico alcança apenas +6,30dBA. Mais uma vez os dados demonstram que o professor necessita de um esforço excessivo nas cordas vocais para que se faça compreender pelos alunos. Tabela 1: parâmetros experimentais, analíticos das salas de aulas analisadas e valores recomendados Ruído de NPS NPS Inteligibil. Relação Fundo médio médio TR (s) Absorç Referência da Fala S/R médio (dBA) (dBA) 2KHz ão (%ALCons) 2KHz (dBA) interno externo 2KHz Setor 46,20 55,22 47,50   1,14 20,30 12,68 + 9,02 Básico Setor 51,31 57,61 47,14   1,23 20,48 43,49 + 6,30 Profissional Valores   Recomenda 40-50 dos NBR 10152/87 Valores   Recomenda 0,6 à <35dBA ≤15% dos ANSI 0,7 S12.60-

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2002,S

Valores Recomenda dos ASHA

0,4

+15 dBA

Quando avaliamos a relação do Ruído de Fundo no interior das salas com os NPS médios no exterior das mesmas, medidos simultaneamente, percebemos que não há grande diferença entre os níveis da sala do setor básico (46,20 dBA interno e 47,50 dBA externo) embora a sala analisada esteja localizada cerca da via de tráfego muito próxima ao rio Guamá que circunda o campus (Figura 4). Já na sala do setor profissional percebemos que os níveis sonoros no interior da sala supera os níveis sonoros externos em 4,17 dBA, esse resultado evidencia que o nível de ruído de fundo é excessivo na sala de aula devido principalmente ao ruído gerado pelo aparelho de ar condicionado. Vale ressalta que as salas de aula do setor profissional estão afastadas das vias de tráfego de veículo e protegidas por estacionamentos na frente aos blocos.

Figura 4: Vista do sonômetro no exterior da sala de aula do setor básico

4. CONCLUSÕES E RECOMENDAÇÕES Os resultados das avaliações de duas salas tipos dos setores básico e profissional do campus da UFPA em Belém, Campus Guamá, nos leve a uma reflexão e preocupação no que diz respeito a condição acústica e de inteligibilidade das referidas salas. Particularmente a sala do setor profissional, embora protegida do ruído de tráfego de veículos, é a que resulta mais preocupante por apresenta um alto nível de pressão sonora de

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ruído de fundo, baixa relação sinal/ruído, elevado tempo de reverberação e inteligibilidade da fala muito deficiente. Observamos que em ambas as salas não há boa condição de inteligibilidade diretamente relacionada com alto tempo de reverberação, devido a que não há superfícies absorvente do som no interior das salas, assim como, a inadequada proporção da dimensões e volume das salas. O estudo comprova o que um número expressivo de estudo demonstram que inteligibilidade da sala está diretamente influência não só pelo nível de ruído de fundo e tempo de reverberação mas também pelo comportamento e desempenho doa alunos. [6], [7], [8], [9], [10], [11], [12], [13] Portanto, o condicionamento acústico das salas de aulas deve ser a ação prioritária para que alcancemos condições de conforto e inteligibilidade adequada durante as atividades docentes por parte dos professores e aproveitamento máximo dos alunos.

5. AGRADECIMENTOS Este artigo não seria possível de ser realizado sem a ajuda de colaboradores do LADEC e GVA, assim, gostaríamos de agradecer a todos que contribuíram com o êxito do trabalho, em especial ao Prof. do GVA/FEM Fábio Setúbal, o aluno do mestrado do GVA/FEM Danilo Braga, as alunos da FAU/UFPA Tais Sales e Sônia Teixeira, e Ramirez Sena do mestrado em Biologia/UFPA.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ARAÚJO, F. C. R. S; et al. O Ruído Urbano em Sala de Aula e a Inteligibilidade de Fala, In: Encontro da Sociedade Brasileira de Acústica, Belo Horizonte (2008). [2] NUDELMANN, Alberto A. et al. PAIR: Perda Auditiva Induzida pelo Ruído. Revinter. (2001). [3] OLIVEIRA, Maria E. A. A educação no processo da gestão para qualidade sonora ambiental: uma reflexão sobre a interferência do ruído no ambiente escolar. Universidade Estácio de Sá, (1999). [4] MORAES, E.M.L., MELO, G.S.V., RAMOS, D.D.R., FREITAS, M.U.P., A contaminação acústica na cidade universitária da Universidade Federal do Pará. XII Encntro Nacional e VIII Encontro Latinoamericano de Conforto no Ambiente Construido. Antac, (2013). [5] XIMENES, J., et alli. Plano director do campus Belém da UFPA. XIV Encontro nacional da ANPUR, Anpur, (2011). [6] SILVA, C.M.F., O tempo de reverberação e a inteligibilidade da palavra. Estudo de caso: salas de aula de FEUP. Universidade do Porto, (2013). [7] ARAÚJO, F.C.R.S., Inteligibilidade de fala em sala de aula e o ruído de tráfego urbano: modelagem e interrelações. Unama. (2009). [8] OLIVEIRA, A.C.T. & BRITO, V.L.F., Importância da rigidez articulatória do profesor para inteligibilidade da fala. Educere2007, (2005).

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[9] TORO, M.G.U., Avaliação acústica em salas de aula em escolas públicas na cidade de Belém-PA: uma proposição de projeto acústico. UFPA, (2005). [10] SEEP, B., GLOSEMEYER, R., HULCE, E. LINN, M. & AYTAR, P., Acústica de salas de aula. Revista de Acústica e Vibração, (9), (2009) [11] BRADLEY, J. S., Uniform derivation of optimum conditions for speech in rooms. Report BRN 239. National Research Council, Ottawa, (1985). [12] BRADLEY, J. S. ‘‘Speech intelligibility studies in classrooms,’’ J. Acoust. Soc. Am. (80), 846–854, (1986). [13] BISTAFA, S. R. & BRADLEY J. S., Reverberation time and maximum backgroundnoise level for classrooms from a comparative study of speech intelligibility metrics, J. Acoustic Socity American, (107), 861–875 (2000).

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Desempenho Acústico de Fachadas de Edificações em Campus Universitário S.R. Bertolia & A. Moreirab a

Faculdade de Engenharia Civil, Arquiteturae e Urbanismo - UNICAMP, Campinas, Brasil, rolla@fec.unicamp.br b Brüel & Kjaer Norteamérica, 2815-A Colonnades Ct, Norcross, GA 30071, EE.UU., alfonso.moreira@bksv.com

RESUMO: O ruído ambiental está presente na grande maioria das cidades e também vem sendo percebido em áreas mais restritas como campus universitários. No Brasil, estudos mostram que nessas áreas, a maior contribuição para o ruído ambiental vem do trafego de veículos. As edificações nesses ambientes precisam garantir um isolamento acústico aéreo de fachadas adequado para que as atividades de ensino e aprendizagem realizadas em salas de aula não sofram prejuízos por ruídos excessivos. Estudo recente identificou o mapa de ruido de umas principais vias de acesso ao campus da UNICAMP. O objetivo deste trabalho foi identificar o isolamento sonoro aéreo das diferentes fachadas das edificações localizadas ao longo dessa via. O isolamento aéreo das fachadas foi realizado empregando o sistema Building Acoustics da Bruel & Kjaer, seguindo as recomendações da norma ISO 140-5. Tecnica de intensimentria tambem foi emprega para a determinação da potência sonora transmitida pela fachadas, visando identificar as fragilidades do isolamento.

KEYWORDS: ruido, fachada, intensidade, universidade, Brasil

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1. INTRODUCÃO No Brasil, a frota de veiculos dobrou em dez anos atingindo a marca de 45,4 milhões de veículos. Em 2014 conta-se 1 carro para cada 4,4 habitantes. Uma das consequências desse crescimento é o aumento do ruído ambiental gerado por tráfego de veículos. As fachadas das edificações sujeitas a esses novos níveis de ruído tem sua eficiência de isolamento reduzida. Ambientes que requerem níveis de ruído internos baixos como os recintos escolares são um dos que mais são prejudicados pelo isolamento inadequado. Estudos realizados por Maiorino et al. (2014) [1] e por de Zannin et al. (2013) [2] demonstraram que os níveis sonoros que atingem as fachadas de edificações de diferentes centros universitários são elevados. Nos mapas de ruídos gerados no trabalho de Maiorino et al. (2014) [1] que trata do ruído de tráfego de veículos na UNICAMP é possível encontrar, nas fachadas das edificações, níveis sonoros que variam de 64,8 a 66,5 dB. Poucos dados são encontrados sobre o desempenho de isolamento de fachadas em edificações brasileiras. A norma brasileira NBR 15575 aprovada em 2013 [3] é o primeiro documento que estabelece critérios para isolamento sonoro aéreo de fachadas porém restrito ainda a edifícios habitacionais. Em 1980 foram construídos vários prédios padronizados no campus da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) para atender diferentes demandas. Esses prédios foram usados na área da saúde, na área administrativa e também para abrigar novas salas de aulas. Inseridos muitas vezes próximos a vias com grande fluxo de veículos e por serem projetos padronizados, esses prédios não tiveram nenhum tratamento acústico especial visando ajustar o desempenho de isolamento das fachadas de acordo com os níveis de ruído externos. Esse trabalho tem como objetivo apresentar a avaliação de isolamento sonoro aéreo de uma fachada padrão muito utilizada no campus da UNICAMP, determinando o seu desempenho acústico por meio de medidas segundo a norma ISO 140-5 (1998) [4]. Medidas de potência sonora transmitidas pelas janelas que compõe a fachada foram realizadas aplicando técnicas de intensimetria, visando identificar a fragilidade de isolamento sonoro da fachada devido as janelas .

2. DESCRICÃO DAS MEDICÕES 2.1

Descrição da Fachada Avaliada

A seleção da fachada teve como objetivo avaliar o isolamento sonoro aéreo de fachadas representativas de grande parte das edificações usadas na universidade para salas de aula. Tratase de uma combinação de parede de tijolos e duas janelas que vão do chão ao teto com 5 painéis de vidro e estrutura de alumínio. A Figura 1 mostra a vista da fachada estudada. Esta configuração de fachada foi muito aplicada na década de 1980, especialmente para a construção de edificações para ensino no campus da universidade. No entanto, algumas características deste sistema torna-o impróprio para o desenvolvimento de atividades de ensino e aprendizagem em áreas de ambientes ruidosos devido ao isolamento de ruído inadequado que eles fornecem.

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Figura 01: Fachada avaliada e a localização externa do sistema de medição A fachada selecionada para avaliação de isolamento sonoro aéreo pertence a um edifício administrativo, em torno do qual o ruído do tráfego (e ruido do fundo em geral) é particularmente baixo. A sala de recepção em questão é uma sala de reuniões com mobiliário composto por uma mesa e algumas cadeiras, que tiveram de ser reorganizados para a realização das medições. 2.2

Procedimento de medição de Isolamento de Fachada

A determinação do isolamento sonoro aéreo da fachada foi realizada seguindo as orientações da norma ISO 140-5 (1998) [4] indicadas para avaliação global da fachada empregando fonte sonora (alto-falante). Para este procedimento, é sugerido localizar a fonte sonora de acordo com o desenho da Figura 02, com a fonte apoiada diretamente no chão. A linha que liga o local de origem e o centro da fachada deve formar um ângulo de 45° +/- 5° com a linha perpendicular ao centro da fachada.

Figura 02: Localização da fonte de som de acordo com ISO 140-5

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A distância da fonte à linha de fachada (perpendicular) foi de 5 m, e da fonte ao centro da divisão de 7 m. O local das medições externas tem algumas estruturas para serviços da edificação, porém nenhuma delas está localizada entre a posição de origem e de partição vertical. A distância do edifício mais próximo da fachada em questão é de aproximadamente 15 m de distância situado em paralelo conforme pode-se observar na vista aérea da apresentada na Figura 03.

Figura 03: Vista Aérea do local de medição (Google Earth) Para as medidas dos niveis de pressão sonora do sinal sonoro que incidem sobre a fachada foram escolhidos três pontos externos localizados a 2 m da fachada e a 1,5 m de altura do solo. Para a medida dos niveis de pressão sonora no ambiente interno a fachada (sala receptora) foram selecionados cinco pontos. Para a seleção dos pontos foram observados os requisitos mínimos de 0,7 m entre as posições de microfone, de 0,5 m entre a posição do microfone e as paredes ou objetos, e 1,0 m entre microfone e fonte tambem foram respeitados. Os pontos de medição exteriores (P), de medição interiores (R) e a posição da fonte sonora são mostrados na Figura 04 a esquerda e a direita, respectivamente.

Figura 04: Pontos de medição de ruído incidente e em sala de recepção No Brasil, o parâmetro acústico adotado para avaliar o desempenho acústico de fachadas foi a diferença padronizada de nível a 2 m (, ) e diferença padronizada de nível ponderada 2 m (, ) e para a medição foi indicado a norma ISO 140-5 (1998). A diferença

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padronizada de nível a 2 m Ê calculada segundo a Equação 01, onde  representa o nível de pressão sonora externo medido a 2 m da fachada,  o nível de pressão sonora medido no ambiente interno, T Ê o tempo de reverberação do ambiente interno (receptor), e = 0,5 s. 

, =  â&#x2C6;&#x2019;  + 10 log   

dB

(1)

Para o cålculo da diferença padronizada de nível a 2 m Ê necessårio emitir um sinal sonoro sobre a fachada e medir simultaneamente o nível de pressão sonora num ponto interno e externo em relação a fachada, em função de frequencia em bandas de 1/3 de oitava entre 100 e 3150 Hz. Nesse trabalho para cada ponto de medição externo foi medido o nível sonoro em todos os pontos do interior, totalizando 15 mediçþes de ruído simultaneamente no exterior e no interior. A diferença entre os níveis sonoros externas e internas são calculadas e corrigidos pelo tempo de reverberação para cada par de pontos e o valor global Ê calculado de acordo com a Equação 02, tal como definido na norma ISO 140-5 (1998).

, = â&#x2C6;&#x2019;10 log  â&#x2C6;&#x2018; 10/ 

dB

(2)

O ruído de fundo foi medido em cada posição do interior da sala. Devido a colaboração do pessoal administrativo que utiliza o prÊdio, foi possível utilizar níveis sonoros altos o suficiente para minimizar a necessidade de se corrigir o ruído de fundo. Para as mediçþes do tempo de reverberação foram empregadas duas posiçþes de fonte (F) e três posiçþes de microfone (R) que são apresentados na Figura 05. Os mesmos pontos receptores foram usados para as medidas do ruido de fundo.

Figura 05: Posiçoes da Fonte e microfone para a medição de tempo de reverberação Para a determinação do tempos de reverberação do ambiente interno (sala receptora) foi empregado o mÊtodo de ruído interrompido. O sinal sonoro selecionado foi o ruído rosa e o tempo de estabilização foi de um segundo. Para as medidas de isolamento sonoro aÊreo da fachada empregou-se o sistema de medição Building Acoustics da Bruel & Kjaer composto pelo: Fonte Sonora Omnidireccional 4292-L, Amplificador 2734, Analizador Portåtil Tipo 2270, Software BZ-7229 de Acústica de Edificios para 2270 (2 canales), Software Qualifier 7830 para Anålises de Acústica de Edificios.

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Medidas de Intensidade Sonora de janelas

A fim de investigar a transmissão do som através da fachada e, especialmente, através de suas janelas, foram realizadas as medições da intensidade do som transmitido através das janelas. Estas medições foram efetuadas com a fonte sonora colocada externamente na mesma posição que a utilizada no ensaio de isolamento aéreo de fachadas. A sonda de intensidade sonora foi posicionada internamente de frente para cada uma das janelas que compõe a fachada mas pelo lado interno da sala. A area de medição foi dividida numa malha de 3 colunas e 7 linhas e a intensidade sonora medida no centro de cada célula. Para as medidas de intensimetria utilizouse a sonda de intensimetria 3654 acoplada ao medidor 2270, ambos da Bruel & Kjaer.

3. RESULTADOS A diferença padronizada de nível a 2 m (, ) em função da frequencia para a fachada estudada é apresentada pela curva preta da Figura 06. Aplicando o procedimento indicado pela ISO 717-1 [5] para o calculo diferença padronizada de nível ponderada a 2 m (, ) obtevese o valor de isolamento acústico da fachada de , = 23 dB. A Figura 06 tambem mostra, em tracejado vermelho, o ajuste de curva para o cálculo , da fachada. Para o ruído incidente na fachada, verificou-se que não há duas medidas adjacentes (faixas de frequência 1/3 oitava) que superou a diferença de 6 dB entre elas, conforme observase na figura 07. As Figuras 08 e 09 mostram as médias das medições de nível sonoro obtidos no interior, o ruído de fundo, respectivamente. O tempo de reverberação em função de frequencia da sala receptora é apresentado na Figura 10.

Figura 06: Isolamento sonoro da fachada em 1/3 de Oitava

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Figura 07: Níveis de ruído Incidente médio, medidos a 2m da fachada

Figura 08: Nível sonoro médio no interior da sala de recepção

Figura 09: Níveis médios de ruído de fundo

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Figura 10: Tempo médio de reverberação na sala de recepção O resultado da medição de intensidade sonora está representado na Figura 11. Os valores correspondem a potência sonora total transmitida através das duas janelas que compoe a parede da fachada, entre as frequencias de 100 e 3150 Hz. Na janela da esquerda da Figura 11 está instalado um ar condicionado (AC). As Figuras 12 e 13 mostram o espectro de potência do som transmitido através de cada janela.

Figura 11: Potência sonora total transmitida através das janelas nas faixas entre 100 e 3150 Hz. Note-se que esta é uma medida (e vista) a partir do interior.

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[dB/1p W] 60 50 40 30 20 10 125

250

500 [Hz]

1k

2k

Figura 12: Potência Sonora transmitida através da janela com equipamento AC [dB/1p W] 60 50 40 30 20 10 125

250

500 [Hz]

1k

2k

Figura 13: Potência Sonora transmitida através da janela sem equipamento AC

4. OBSERVAÇÕES E DISCUSSÃO Verifica-se a homogeneidade do campo sonoro impactante na fachada. Para cada faixa de freqüência a diferença entre os níveis máximos de imissão e mínimo foi inferior a 5 dB, com variâncias para cada ponto e frequência menores de 0,15 dB. O espectro de ruído de fundo medido na sala interna a fachada estudada corresponde a NC-35, que é aparentemente aceitável para utilização como uma sala de reuniões. No entanto, a alta similaridade entre a forma do espectro observado entre o ruído de fundo e a média dos niveis sonoros  indica que grande parte do ruído na sala, pelo menos na data dos testes, vem do exterior. Em outras palavras, o ruído a partir do interior do edifício é baixo. Isso afeta a privacidade dos ambientes em situações de baixo nível de ruído de fundo (baixo tráfego de veículos) e deixa-os altamente vulneráveis ao ruído externo, especialmente ruido de tráfego. No Brasil, a norma NBR 10152 (1987) [6] estabelece a curva NC-35 como nível de conforto para salas de aula, e considera como nível aceitavel até NC-45, o que equivale aproximadamente a 45 – 50 dBA. O estandar internacional, por outra parte, recomenda um NC entre 25 – 30 [7], ou 35 – 40 dBA. Considerando o isolamento sonoro obtido para a fachada de

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23 dB e os ruidos gerados pelo trafego de veiculos superiores a 65 dB em algumas vias do campus, o nível esperado na sala de aula devido a fontes externas (cerca de 45 dBA) é aceitável de acordo com os critérios da norma NBR 10152, mas não é aceitável de acordo com os padrões internacionais. É importante considerar que as curvas de NC são adequadas para descrever o ruído interior devido ao equipamento mecânico (por exemplo, ar condicionado), o qual é estável. Neste caso, a fonte considerada é o tráfego de veículos, e sua alta variabilidade intensifica a interrupção das atividades de ensino e aprendizagem. A partir dos resultados de medições da intensidade, observa-se o efeito de sombra proporcionada pelo fato das janelas terem alguma profundidade em relação à fachada, especialmente na janela sem AC.

5. AGRADECIMENTOS Agradecimentos a Iara Cunha da Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetua e Urbanismo da UNICAMP e a Rafael Zocatelli da Bruel & Kjaer Brasil pela colaboração nas medições.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Maiorino A.V., Cunha I.B., Leite J.C.C.de V., Mojolla R., Bertoli S.R. Mapeamento sonoro de tráfego de veículos em ambiente universitário, UNICAMP (2014). [2] Zannin P.H.T., Engel M.S., Fiedler P.E.K., Bunn F. Characterization of environmental noise based on noise measurements, noise mapping and interviews: A case study at a university campus in Brazil. Cities, 31, pp. 317–327 (2013). [3] NBR 15575. Edificações habitacionais – Desempenho -. Rio de Janeiro (2013). [4] ISO 140-5. Acoustics – Measurement of sound insulation in buildings and of building elements – Part 5: Field measurements of airborne sound insulation of façade elements and façades (1998(E)). [5] ISO 717-1. Acoustics: rating of sound insulation in buildings and of building elements. Part I: Airborne sound insulation. Genève, Switzerland (1996). [6] NBR 10152. Niveis de ruído para conforto acústico. Rio de Janeiro (1987). [7] http://asa.aip.org/classroom/booklet.html

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Diseño Acústico de recintos para Broadcasting M. Huaquína a

Departamento de Ingeniería, Proyectos Acústicos Ltda., Clemente Fabres 874, Providencia, Chile, mhuaquin@proyectosacusticos.cl

RESUMEN: En las últimas décadas, la Industria de Radio y Televisión en Chile ha crecido a la par de los avances tecnológicos, incorporado la ingeniería de diseño acústico en sus proyectos. Los desafíos, en diseñar cada nuevo espacio para los estudios de radio y televisión, salas técnicas, de dirección de audio, locutorios, edición y salas de control, nos exigen soluciones constructivas muy diferentes. Durante los últimos treinta años, nuestro departamento de ingeniería ha desarrollado un gran número de proyectos acústicos para cadenas de Radio y Televisión nacionales y extranjeras, tales como: Nuevos edificios de Televisión Nacional de Chile, (11 estudios para drama, 2 en prensa, múltiples salas de post-producción, salas de Máquinas), en ejecución el nuevo centro de prensa con 3500m2, de igual forma para Chilevisión, Canal 13, Megavisión, CNN, La RED Televisión, Iberoamerican Radio Chile, Radio Play, Sonar, Horizonte, Oasis, Radio Cooperativa y muchos otros. Este trabajo muestra el desarrollo de esta área, el broadcasting, incorporando elaborados conceptos de aislamiento, además del diseño acústico arquitectónico, y lo más importante, los requerimientos de nuestros clientes para el confort acústico de cada espacio. Los desafíos de la televisión digital transmisión en estéreo y multicanal, plantean nuevos diseños que modifican los espacios y la forma como se realizarán las transmisiones.

KEYWORDS: Broadcasting, aislamiento, inteligibilidad, oral, difusión.

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1. INTRODUCCIÓN En las últimas décadas, la Industria de radio y televisión, ha crecido a la par de los avances tecnológicos, incorporando la ingeniería del diseño acústico en esta evolución. Los desafíos al diseñar cada nuevo espacio para los diferentes recintos que se requiere, tales como: estudios de radio y televisión, salas técnicas, de dirección, locutorios, salas de control de audio y video, edición, ingesta, etc., nos exigen soluciones acústicas y constructivas cada vez más elaboradas. Este trabajo muestra el desarrollo acústico para un campo particular, los medios de comunicación que, utilizan para el arte de las comunicaciones el broadcasting o transmisión de señales, donde se requiere elaborados diseños para el aislamiento de salas, diseño acústico arquitectónico y los requerimientos en el correcto confort acústico de cada espacio. El registro del audio en la radio y televisión, con su evolución en lo que a contenido se refiere pasando por los estudios de prensa, set deportivos, área dramática, estudios multipropósito y ahora la transmisión en estéreo, multicanal y la transmisión digital, requiere de un conocimiento de la dinámica de cada uno de los medios. Por ejemplo, la radiodifusión en las últimas décadas, hace de las noticias su plataforma de despegue y competitividad frente al mercado de las comunicaciones, requiriendo la optimización del campo acústico en los espacios de locución y monitoreo para sus instalaciones. El mensaje que finalmente llega al usuario, son fundamentalmente voces, a través de la transmisión de sus señales, sea bandas electromagnéticas convencionales, óptica, online o satelital u otras formas de transmisión. Los recintos para broadcasting, tanto para televisión como radiodifusión, son ambientes controlados que se utilizan para el registro de sonido y procesamiento de señales, donde son monitoreadas, procesadas y capturadas en plataformas análogas o digitales para su posterior, archivo, edición, reprocesamiento y transmisión, estos espacios esencialmente son similares, sin embargo, los procesos sonoros son diferentes y se pueden clasificar según la etapa en diversos tipos, desde el comienzo de la cadena, grabaciones de voces al aire libre o en salas de grabación o captura de señal en estudios de televisión, locuciones en off, estudios de prensa, salas de edición, ingesta, transmisión al aire, móviles, pero fundamentalmente, los espacios desde un punto de vista acústico calificaran por sus adecuadas características físicas, y aquí debemos detenernos, en los conceptos básicos. El término broadcasting fue acuñado por los primeros ingenieros del medio oeste de Estados Unidos, el broadcasting cubre gran parte de los medios de comunicación de masas y se opone a la emisión para audiencias reducidas, llamada narrowcasting. Broadcasting (literalmente difundir o esparcir ampliamente) es un término inglés que designa el servicio de emisión de señales de radio y televisión para uso público generalizado o muy amplio. En español se usa el término radiodifusión, tanto para radio como radiodifusión sonora (solo audio), o en televisión como radiodifusión de televisión (audio y video). La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) define precisamente las bandas de radiofrecuencias disponibles para estos servicios, que se ubican dentro de los Servicios Terrenales (o terrestres), y éstos dentro del Sector de Radiocomunicaciones. Los espacios destinados a la radiodifusión o televisión han tenido un desarrollo en los últimos 50 años, principalmente hacia un desarrollo funcional, sin embargo, los parámetros acústicos, son los mismos utilizados que, en el diseño acústico arquitectónico tradicional. El

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desafío es determinar cómo se establece qué parámetro acústico, cómo actúa en el espacio disponible y cómo modula el sonido que percibe el controlador de tal manera que sea puro, sin resonancias o coloraciones extrañas, un campo sonoro controlado y una reverberación de acuerdo al tipo de señal, teniendo en consideración al usuario que recibe un programa de voces, además de señales musicales envasadas.

2. PARAMETROS ACÚSTICOS Los espacios que requiere la Radiodifusión sea para la Radio y/o Televisión, son de múltiples características, pero simplemente los podemos diferenciar en recintos grandes y pequeños, esto nos condiciona el diseño debido a que, en los espacios pequeños se debe cumplir con estándares, parámetros acústicos que, muchas veces no están definidos para recintos pequeños, por lo que se adaptan y/o se extrapola el parámetro y su concepto, a todo tipo de recintos, incluyendo los recintos pequeños. Los parámetros fundamentales en el diseño son los siguientes.

Aislamiento Reverberación Calidez tonal Inteligibilidad Claridad Difusión Proporciones

Tabla 1: Parámetros de diseño - Criterios NC, NR, TL, Rw. - RTmid, T60, ITDG, intimidad menor a 20 ms - BR suma de TR 125-250 hz y 500hz-1khz - % Alcons, IACC - C50, C80 - Control de modos - Control de modos

Además del tamaño, cada espacio necesita de un diseño según la actividad para lo cual fue definido, por ello, se debe considerar las fuentes sonoras o las voces generadas acústicamente, que son grabadas o transmitidas, y las señales a partir de una fuente electroacústica, con una respuesta definida por el sistema de reproducción utilizado. Entonces podemos definir los espacios, según su tamaño y actividad, registro y/o monitoreo: Recintos Grandes: Estudios de televisión para drama Estudios de televisión multipropósito Estudios de televisión para prensa Estudios de televisión para estelares con público Estudios de televisión para programas de conversación, (set) deportivos, matinales, late, etc. Recintos Pequeños: Estudios de Radio Locutorios Salas de control Salas de edición para radio y televisión Salas de dirección de audio Salas de dirección de video Salas de edición, post-producción Salas de musicalización

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Salas de continuidad Salas de ingesta Salas técnicas 2.1 Recintos grandes Como se puede observar los recintos grandes, son los estudios para la televisión y en ellos solo se registra las voces de los actores, actrices, conductores de programas, invitados, ambiente de público, etc.. Proporcionalmente existe muy poca música en vivo a grabar y si así fuera, se realiza una mezcla especial, ya que es sonido capturado directamente y/o doblado o editado posteriormente. En los grandes espacios, los parámetros acústicos son todos muy notorios e importantes, el ruido de fondo es muy crítico, la reverberación, claridad, inteligibilidad de la palabra, definición, etc... Un estudio de televisión, puede ser utilizado durante dos o tres años para un solo propósito y un solo programa según su éxito, pero a lo largo de su vida útil puede tener múltiples propósitos, aquí aparece el concepto multipropósito, que nos condiciona los parámetros acústicos para registro de señales con una calidad sonora adecuada a cada producción de televisión, pero principalmente deben cumplir un criterio de ruido de fondo diferente según su uso. Sin embargo, así como las superficies dependiendo de su capacidad de reflejar el sonido, modulan la respuesta del sonido directo y las reflexiones, la escenografía también modula el espacio sonoro, como un obstáculo que produce efectos de difusión, difracción, comb-filter, etc., estos parámetros también deben ser considerados a la hora de diseñar los estudios. 2.2 Recintos pequeños Generalmente los espacios que se disponen en los proyectos de canales de televisión, consorcios radiales, estaciones de radio, para sus instalaciones de registro y control de señales de audio, son realizados en recintos de no más de 5 a 30 m2, entre 15 y 80 m3. Las salas de post producción son las más pequeñas, edición de audio y video, locutorios, luego las salas de dirección, control de audio, continuidad, ingesta, estudios de radio, aumentan su tamaño por el tipo de actividad y cantidad de personas que trabajan en ellas y donde se administra todo tipo de señales. Los mayores problemas de espacios pequeños con paredes paralelas, ocurre cuando, se percibe resonancias de medio-baja frecuencia, producto de la excitación de modos menores a 250 Hz, justo por debajo de los tonos fundamentales de voces masculinas principalmente. Los modos de vibración en volúmenes pequeños no son muchos, pero si muy definidos, lo que obliga a resolver con precisión su control. Si hay menos modos axiales de baja frecuencia, en la habitación bajo consideración, deben ser distribuidos lo más uniformemente posible. Esto se logra eligiendo una relación de dimensiones favorables: (Bolt, Bonello, Sepmeyer Volkmann). Los valores de las frecuencias propias asociadas a los diferentes modos propios dependen de la geometría y dimensiones del recinto y su determinación es compleja, solo en recintos paralelepípedos resulta más simple a través de la formula de Rayleigh. Sin embargo, los estudios modales generalmente parten desde una fuente imaginaria en un rincón de la sala donde el factor de directividad es máximo, pero en realidad las fuentes siempre son ubicadas

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donde el factor de directividad es 1, por lo que debemos utilizar soluciones empíricas para lograr evitar coloraciones indeseadas.

3. SALAS DE GRABACIÓN Los humanos para comunicarse emiten sonidos, tales como vocales y consonantes, las primeras se dice que forman parte del régimen permanente del habla y las consonantes el régimen transitorio, de hecho la duración promedio de una vocal son 90 ms y una consonante 20 ms, las vocales emiten mucho mas frecuencias bajas que las consonantes y es por esta razón que su nivel energético puede ser hasta 12 dB mayor a una consonante. Sin embargo, la comprensión del mensaje oral lo proporcionan a las consonantes. Luego la simultaneidad temporal de la vocal y la consonante con sus correspondientes niveles, así como su respuesta de frecuencia son causantes del enmascaramiento parcial o total de las consonantes provocando la perdida de la inteligibilidad de la palabra. De aquí que la relación entre la inteligibilidad y reverberación son muy importantes, a menor reverberación mayor inteligibilidad. También existe relaciones energéticas entre el sonido reflejado temprano y tarde, estos parámetros son C50, C80, que dependen del tiempo en que se percibe el sonido reflejado sus componentes y respecto del sonido directo y su intensidad. Nuestra preocupación será principalmente el C50, es decir, la claridad vocal, relación que existe entre la energía sonora que llega al oyente durante los primeros 50 ms., desde la llegada del sonido directo y la que llega posteriormente. Por lo tanto, para lograr una buena inteligibilidad en un espacio pequeño, se debe controlar muy bien las proporciones, modos de vibración, reverberación, ruido de fondo, el control del sonido directo y reflejado, el valor energético y temporal. Todas las reflexiones con menos de 50 ms., que llegan al oído percibidas como parte del mensaje oral, son reflexiones útiles.

Figura 1. Relación entre sonido retardado e inteligibilidad de la palabra. Antiguamente los televisores y radios utilizaban parlantes pequeños para la transmisión del Audio, crecían las pantallas pero los parlantes no mejoraban, pasaron 30 años sin preocuparse de la señal de audio, entonces se podía cortar desde los 100 Hz hacia abajo la transmisión de la señal al aire, con lo que esos modos ya no serían percibidos. Incluso aparece

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el concepto de monitoreo cercano con parlantes de no más de 4”. En los 80, Auratone impuso un modelo de monitores muy pequeños que se usaban encima de la consola, se utilizaban para producciones de TV principalmente, años después, Yamaha estandarizo con el NC-10, el monitoreo cercano en estudios de grabación y control de audio en televisión. Desde hace aproximadamente 20 años en Chile, los recintos para broadcasting se proyectan con mayor volumen y requerimientos acústicos, funcionales, incluso estéticos. La noticia resulta ser un producto muy valioso para los medios, por lo que se aumenta el tamaño de los estudios de radio, para recibir invitados y otros medios como la televisión diseñan estudios exclusivos. Posteriormente aparece el home-theater, y se inicia un desarrollo para el amplio espectro en los altavoces y sistemas de sonido asociados a la recepción de señales de audio para cine y video. Todos los recintos relacionados mejoraron, las salas de cine, auditorios, incluso los programas de televisión salieron a otros escenarios, exigiendo cada vez mas y mas tecnología, por diferentes razones incluyendo espacio para la luz y el Sonido. Es muy importante tener en consideración que el producto final siempre va ha ser escuchado en recintos pequeños, desde cualquier medio que sea transmitido. Actualmente existen radios y canales de televisión dedicados exclusivamente a transmitir noticias, así como los canales de televisión que tienen espacios exclusivos para transmitir noticias dedicadas, internacionales y otros a noticias deportivas, etc... Además de las producciones musicales, de conversación, dramáticas propias y envasadas. El lugar común que nos preocupa es como se captura, como se procesa y trasmite el mensaje oral. En los recintos grandes como estudios de televisión la reverberación se debe mantener entre 0,7 y 1,1 segundos, con un campo difuso perimetral y una inteligibilidad de la palabra que solo se pierda a medida que aumenta la distancia de la fuente con el micrófono, es por esto que se utiliza las cañas y micrófonos direccionales para la captura de parlamentos en las grabaciones de escenas dramáticas.

4. TIPOS DE SALAS Y PARÁMETROS ACÚSTICOS Básicamente existe dos tipos de salas y en ellas la acústica es relativamente diferente, tenemos una sala para grabación de las voces: los locutorios, estudios de radio o televisión y las salas de control y/o monitoreo, edición, postproducción, etc... En las primeras no necesitamos la simetría, pero si la correcta proporcionalidad y control de modos, la difusión es muy importante pero también lo es el ruido de fondo. La sala de control y monitoreo, debe ser diseñada perfectamente simétrica por nuestra audición biaural y por la reproducción de señales estereofónicas, aquí el ruido de fondo no es tan importante, el criterio de ruido a utilizar puede ser menos exigente que en las salas de registro, la forma y el control de las reflexiones resulta fundamental. En las salas donde se graba no debe existir ningún tipo de ruido y los criterios parten desde NC-15 o NC-20, en las salas de control o salas técnicas, el NC puede ser NC-30, aquí ya es inevitable que, con el uso de computadores y equipos, los ventiladores de los sistemas de refrigeración generen niveles que superan los 40 dB(A). El aislamiento de una sala es fundamental, principalmente cuando se trata de grabar y procesar voces, cualquier sonido extraño es detectado porque generalmente en las transmisiones y captura de voces, en todos los medios se utiliza micrófonos de condensador de muy buena calidad, partiendo por Neumann, Shure, Senheisser, Rode, otros , etc. Luego

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los muros, losas, tabiques, ventanas y puertas de cada recinto son dobles o triples, con su correspondiente Rw > 60 dB. Los equipos de aire acondicionado son realmente un desafío en el diseño debido a la generación de ruido que producen y lo invasivo de sus instalaciones. Se requiere de un diseño muy complejo para el trazado de ductos y selección de equipos de bajo ruido. Principalmente cuando se está trabajando en espacios pequeños. A pesar que los equipos puedan ser de bajo ruido, el aire genera turbulencias y ruido en las rejillas y difusores, luego la velocidad del aire y la potencia del equipo, debe ser siempre muy bien diseñada y prevenir el sobredimensionamiento. Es muy importante en este tipo de recintos realizar un diseño que se preocupe de las canalizaciones eléctricas, de alta y baja tensión, aquí también se produce perforaciones de los tabiques aislados acústicamente y este es otro desafío, debido a que generalmente se utiliza escalerillas de grandes dimensiones y por norma los cables deben ser registrables, entonces, tanto en radio como en televisión, el llevar la señal de un recinto a otro debilita el aislamiento de los tabiques y por consecuencia de los recintos significativamente. Se recomienda minimizar al máximo las perforaciones y sellar debidamente cada una de ellas. No es simple debido a que siempre es deseable que se pueda volver a remover cables y por lo tanto, los sellos se pierden. La transmisión por flancos siempre es un gran dolor de cabeza en este sentido. A pesar de que el espacio disponible para los recintos de procesamiento de señales de audio ha aumentado en algunos casos, aun siguen siendo recintos pequeños, por lo que los fenómenos acústicos, se deben comprender muy bien para lograr resultados óptimos. Cuando hablamos de señales a registrar y/o a monitorear, aparece el concepto de relación sala parlante, que justamente establece una relación entre el estudio y/o locutorio y la sala de control, esta relación de como el sonido puede ser percibido en un determinado volumen espacial, está muy relacionado con la reverberación y el tamaño del recinto debido a que la sala de registro, debe tener una reverberación levemente mayor que el control, y por lo tanto, una menor reverberación en la sala de control, el sonido será definido por una respuesta acústica que responde a un campo difuso, sin coloraciones de la sala misma, con una reverberación controlada, una inteligibilidad optima, ambos recintos están encadenados por su respuesta acústica y fundamentalmente por el resultado registrado en la sala de control, que percibe a través, de parlantes o monitores y registra a través de micrófonos el campo sonoro del estudio, es muy importante su respuesta de frecuencia, su tamaño y potencia. Por otra parte, existe el fenómeno de comb-filter que se produce en las salas de control, al lado de los parlantes por la excitación de las reflexiones tempranas menores a 30 ms., fue un descubrimiento de David y Davis a través del análisis time-delay spectrometry, lo que dio como resultado el concepto de LEDE, live end dead end, y resuelto de una manera muy simple, absorción en el frente y brillo en el fondo. Las reflexiones tardías de la parte trasera de la sala no presentan los mismos problemas de comb-filter de las primeras reflexiones, el ambiente de la parte trasera de la sala de control, se percibe como proveniente naturalmente de las fuentes de sonido en la parte frontal de la habitación, sin embargo, las reflexiones especulares de las superficies de las paredes traseras deben ser evitadas, las superficies de las paredes traseras deben proporcionar reflexiones difusas.

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La audición biaural humana puede detectar la ubicación de una fuente de sonido en un espacio tridimensional mediante la comparación de los niveles y tiempos de llegada del sonido en cada oído. esto ocurre debido a la separación de los oídos del oyente, lo que provoca una diferencia en la longitud de la trayectoria del sonido del eje y mediante la interpretación de las diferencias en nivel de sonido que incide en cada oído debido al enmascaramiento por la cabeza. Mientras que en la mayoría de las experiencias de escucha estéreo existe una percepción limitada del espacio acústico, pero suficiente como para sentir la reverberación de la habitación y la parte de sonido, donde una sensación de profundidad está presente. La utilización del sonido envolvente, requiere altavoces adicionales alrededor del oyente para rellenar el sonido procedente de la parte lateral y trasera. Esto llevó a los actuales formatos cinematográficos definidos como 5.1, 5.2, 7.2, etc., para aplicaciones de cine en casa, a ampliar el ángulo de fase de 60° a un total de 360 °. La respuesta acústica optima de la sala de control se garantiza con el campo sonoro directo de los monitores cercanos, en un porcentaje muy alto, sin embargo, es fundamental en un medio que utiliza el mensaje oral para comunicarse, que éste sea emitido registrado y monitoreado en ambientes acústicos que no alteren la coloración natural de las voces y que, si lo hace, favorezca el mensaje con un color que lo caracterice y/o determine un perfil sonoro deseado. En este tipo de salas, la relación entre la absorción y las superficies reflectoras de una sala pequeña nos define bajos valores de reverberación entre 0,2 y 0,6 seg., por lo que Sabine es lo más adecuado a utilizar como para calcular con mayor precisión, debido al alto % de absorción, sin embargo, es importante que las superficies se distribuyan como hemos visto en LEDE, por lo que se necesita complementar las reflexiones y parámetros acústicos y psicoacústicos, con la difusión, aquí los difusores QRD, Q7, abfusores, omnifusores, Basstraps, paneles elásticos, membranas, resonadores, son elementos acústicos, que convenientemente instalados aportan sus características acústicas, las que van modulando el espacio sonoro y definen los óptimos resultados en una sala acústicamente controlada. Actualmente en los medios de comunicación aún no se utiliza salas multicanal porque no se ha llegado a la transmisión multicanal, esto será una revolución de los ambientes acústicos, debido al campo sonoro generado por los altavoces y sonido surround, en las salas de control y finalmente en los home-theater de cada usuario. En habitaciones configuradas para la reproducción multicanal, con altavoces de sonido envolvente, el diseño LEDE será mucho más complejo. Finalmente, las mediciones acústicas y la opinión de los usuarios calificados, son los datos más relevantes que se debe utilizar y son los que permiten detectar, si la respuesta acústica de una sala es óptima para su trabajo y por supuesto, cómo es el producto final de una radio estación o una canal de televisión. Definitivamente el trabajo diario de los controladores y operadores los hace expertos en el tratamiento de señales de audio, acústica y electroacústicamente. Las mediciones más comunes que se realizan en una sala son: -

Establecer el NC logrado. Medición de ruido de fondo con instrumento debidamente calibrado, obteniendo resultados en bandas de 1/1 octava de frecuencia. El Rw de tabiques, muros, losas, ventanas y puertas.

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La respuesta impulso del recinto. Mediante mediciones descritas según norma ISO 3382. Obteniendo los parámetros de interés: como la reverberación, RTmid (o de amplio espectro si se requiere), %ALCons, C50 y C80, D50.

5. CONCLUSIONES Como hemos visto en el diseño de salas grandes y pequeñas para broadcasting, las dificultades para lograr un campo acústico necesario en cada espacio, exigen de la acústica arquitectónica, psicoacústica, electroacústica y fundamentalmente del conocimiento de las habilidades que el usuario conlleva en su trabajo. Cuando se ha diseñado un espacio con características acústicas para un uso muy particular como es: un locutorio de Radio, una sala de continuidad para televisión, un consorcio radial con 15 o 20 sala de producción y post producción, un estudio de prensa, o un canal de televisión con sus enormes requerimientos espaciales 10.000 a 50.000 m2, el resultado es ansiosamente esperado por los usuarios que allí trabajaran y mandantes de un proyecto, así como por los Arquitectos que generalmente diseñan todo desde el comienzo, incluyendo la forma de cada recinto. La puesta en marcha de cada proyecto de radio o televisión, es el resultado de un importante número de horas de discusión y diseño, considerando múltiples disciplinas y horas de trabajo. No queda nada al azar, no se puede cometer errores y si existen, hay que resolverlos a la brevedad y en forma correcta.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Everest, F & Pohlmann, K. Master Handbook of Acoustics. McGraw Hill, Quinta Edición (2009). [2] Carrión, Antoni. Diseño acústico de espacios arquitectónicos. Ediciones UPC, Barcelona (1998). [3] Ando, Yoichi. Architectural Acoustics – Blending sources, sound fields, and listeners. SpringerVerlag, New York (1998). [4] Beranek, L. Acoustics. Acoustical Society of America, New York (1996). [5] Jaffe, C. The Acoustics of Performance Halls - Spaces for Music from Carnegie Hall to the Hollywood Bowl. W.W. Norton & Co. New York (2010). [6] Davis, D. Sound System Engineering. Elsevier Focal Press, Boston (2006). [7] ISO 3382-1. Acoustics – Measurement of room acoustic parameters. Part 1: Performance spaces (2009).

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Análisis experimental de la concentración sonora en recintos cupulares A. Alcaínoa, M. Huaquínb a,b

Departamento de Ingeniería, Proyectos Acústicos Ltda., Clemente Fabres 874, Providencia, Chile, ingeniería@proyectosacusticos.cl

RESUMEN: Una cubierta cupular es una estructura poco amigable en términos acústicos, debido a que permite la concentración sonora para todo el espectro de frecuencia, sobre determinados sectores, producto de las reflexiones sobre la conformación concéntrica, a los que se ve expuesto los frentes de ondas. Caso estudio 1 Arena Santiago de Chile: Mediante mediciones de la respuesta impulso, logramos caracterizar el comportamiento reflectante de la estructura cupular, percibiendo defectos acústicos de carácter nodal y ecos sucesivos (efecto flutter). Estudiamos, además, la lógica de los operadores de audio, en un recinto de estas características, que utilizan el enmascaramiento por nivel como método de mitigación de las deficiencias acústicas, muchas veces a cambio de la molestia auditiva de los asistentes. Se recomendó modificaciones electroacústicas a los sistemas residentes. Los modelos desarrollados para evaluar las soluciones a proponer fueron elaborados en software EASE en 3D. Las soluciones compuestas para mejorar la acústica interior de este tipo de recinto, están basadas en la experiencia de nuestro departamento de ingeniería en el estudio e investigación de salas de concierto.

KEYWORDS: Arena, Cúpulas, Absorción, Difusión, Soluciones.

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1. MOTIVACIÓN El presente trabajo tiene como objetivo desarrollar un análisis integral tanto de las características acústicas, como del sistema de audio en funcionamiento del recinto de eventos Arena Santiago, ubicado en el Parque O’Higgins, comuna de Santiago. Se realizó una evaluación de factibilidad acústica, dadas las características arquitectónicas de la edificación, ya que su configuración oval y cupular, genera un grave problema acústico conocido como focalización sonora, además, los materiales que componen su diseño Arquitectónico son altamente reflectantes, lo que se traduce en un tiempo de reverberación alto en todo el espectro de frecuencias y una mala inteligibilidad de la palabra. Para proponer las soluciones acústicas a los problemas planteados, se construyó un modelo acústico 3D calibrado, que permite graficar el comportamiento de las soluciones. Además, se pudo evaluar, de acuerdo a la potencia y posicionamiento espacial de sus fuentes, la cobertura del sistema de audio, con el fin de presentar mejoras al sistema.

2. MARCO TEÓRICO Las condiciones arquitectónicas actuales, hacen de la estructura cupular del Arena Santiago, un elemento complejo en términos acústicos, debido al efecto de focalización producido por dicha superficie cóncavas. La focalización del sonido produce altos niveles de presión sonora sobre determinadas zonas del recinto, coloraciones en algunas bandas de frecuencia y ecos. En un punto de focalización sonora, la presión depende de la longitud de onda. Para longitudes de onda pequeños, la amplificación es alta, pero el área de focalización es pequeña, mientras que en las bajas frecuencias –sonidos con una gran longitud de onda, del orden de los metros-, la amplificación del sonido es menor, pero el área de focalización mayor.

Figura 1. El ejemplo anterior ilustra los cálculos numéricos de la presión del sonido reflejado, para tres diferentes tamaños de segmentos esférico ( , y dos frecuencias (250 Hz y 1000 Hz), para un determinado radio R = 5.4 m., y un nivel de presión de la fuente emisora equivalente a 1 N/m ubicado en el centro de la circunferencia. El nivel de presión sonora se expresa en un rango de color donde el blanco equivale a +10 dB, y el negro a -20 dB.

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La Figura 1 demuestra el fenómeno de la focalización del sonido y su cobertura de superficie con respecto a la frecuencia de prueba (longitud de onda).

Figura 2. Si disminuye, la curvatura del segmento del domo será menos efectiva en la concentración del campo sonoro. Al ir transformándose en un segmento plano, la reflexión del sonido se homogeniza. Esto se puede observar al realizar el ensayo comparativo, sobre la frecuencia de 500 Hz, en un segmento de la misma dimensión curvo y plano. La Figura 2, nos permite entender que el sonido al incidir sobre una superficie recta, tiende a generar una menor focalización del sonido, permitiendo obtener un espacio sonoro homogéneo. Generalmente, no es posible reducir el efecto producido por las superficies curvadas únicamente mediante la utilización de absorción y elementos difusores, por lo tanto, es necesario generar áreas que permitan redirigir las reflexiones, generando un quiebre en el frente de ondas, de esta forma el campo sonoro se homogeniza producto de la dispersión aleatoria del sonido sobre las áreas de interés. Pero en el caso puntual del Arena Santiago, es necesario generar soluciones compuestas, que permitan una mejora integral de las condiciones actuales. Existen, entonces, tres métodos de reducción de la reflexión sonora: 1) Difusión: El efecto de focalización debido a las superficies curvas es causado por la convergencia de la energía, debido a la sumatoria de señales con igual fase (fase parecida o aproximada) en el área de focalización. Al aleatorizar la relación entre las fases, utilizando difusión es posible atenuar el problema. 2) Absorción: Debido a la gran dimensión del recinto, y los sucesivos retrasos de la señal en el tiempo, las reflexiones en el Arena causan ecos molestos, por lo tanto, la energía de dichas reflexiones debe ser reducida en el orden de los 10 dB. Para esto es necesario considerar soluciones absorbentes de banda ancha (NRC ≥ 0.90), en el rango de frecuencias desde los 125 Hz hacia arriba. 3) Direccionamiento de las reflexiones: En el caso en que la energía de las reflexiones no pueda ser totalmente controlada utilizando difusión y absorción, entonces es necesario re direccionar el frente de ondas, por ejemplo, hacia aéreas

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donde la focalización no sea molesta, o insertar elementos para dispersar la dirección de las reflexiones. 2.1 Parámetros de evaluación El principal y más común parámetro de análisis es el Tiempo de reverberación (T60) de la sala, el cual es obtenido mediante la respuesta impulsiva de la sala. Dicho parámetro permite deducir la presencia de coloraciones. La Claridad (C80) musical se utiliza el valor medio ponderado de ”music average” entre las frecuencias de 500, 1000 y 2000 Hz Un valor recomendado es: – 2.0 ≤ ≤ 4.0. La Definición (D50), Su valor deberá ser siempre D > 50%; cuanto más elevado sea dicho valor, mejor será la percepción del programa de audio recibido. La inteligibilidad de la palabra es evaluada a través del parámetro %ALCons, (Articulación de consonantes) el que está en directa proporción con el tiempo de reverberación y es inversamente proporcional a la distancia entre la fuente y el receptor. Tabla 1: Valoración objetiva de la inteligibilidad mediante parámetro %ALCons %ALCons Inteligibilidad 0a5 Excelente 5 a 10 Bueno 10 a 15 Regular Mayor a 15 Deficiente

3. RESULTADOS OBTENIDOS 3.1 Sistema de medición Se realizaron mediciones al interior de todas las posiciones comerciales del recinto, con el fin de determinar la calidad acústica en todos los posibles puntos de escucha. Dichas mediciones se realizaron utilizando dos métodos de excitación sonora: método de ruido impulsivo (fuente: pistola de mediciones); y el método de barrido de frecuencia, utilizando como fuente el sistema de audio completo en funcionamiento del recinto. Es debido indicar que el segundo tipo de mediciones no se ajusta a lo estipulado en el protocolo de medición indicado por la norma EN/ISO 3382-1/09, ya que el sistema electroacústico no concuerda con el requerimiento de la utilización de una fuente omnidireccional en diversas posiciones. Sin embargo, de manera experimental nos permite excitar una sala de dimensiones poco convencionales de manera ‘uniforme’. La validez comparativa con el método del disparo, nos favorece para conocer la diferencia entre las respuestas impulsivas entregadas por ambos métodos utilizados.

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Figura 3. Imágenes referenciales de puntos de medición al interior del recinto El sistema electroacústico del recinto se compone de los siguientes elementos: Tabla 2: Itemizado del sistema electroacústico. Arreglo Main L Main R Outfill L Outfill R Center Frontfill Sub Array

Altavoz Tipo d&b J8 d&b J12 d&b J8 d&b J12 d&b J8 d&b J8 d&b J8 d&b Q7 d&b J-Sub

Cantidad 12 4 12 4 12 12 4 6 24

El cálculo de distribución y potencia acústica del sistema de altavoces, se realiza a través de un software de modelación provisto por el fabricante (ArrayCalc), el cual permite zonificar el recinto, pero mediante condiciones adiabáticas, sin la caracterización necesaria de la sala a la cual se encuentra sometido.

Figura 4. Imágenes referenciales del modelo de programación del sistema electroacústico. 3.2 Resultados El recinto, como se indico anteriormente, fue divido en los siguientes sectores: Cancha Posterior; Cancha Adelante; Platea Baja Silver; Plata Baja Golden; Platea Alta Silver; Platea Alta Golden; Tribuna; Boxes; V.I.P.. De esta forma los resultados obtenidos de las mediciones realizadas fueron los siguientes:

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T30 Full Arena

C80 Full Arena 7,00

6,00

5,00

Cancha Posterior

5,00

Cancha Adelante

4,00

Platea Baja Silver Platea Baja Golden

3,00

Platea Alta Silver 2,00

Platea Alta Golden

1,00

Tribuna

0,00

Boxes 63

125

250

500

1000

2000

4000

Cancha Posterior Cancha Adelante

3,00

Claridad C80 [dB]

Tiempo de reverberación (s)

7,00

Platea Baja Silver

1,00 -1,00

Platea Baja Golden 63

125

250

500

1000

2000

4000

-3,00

Platea Alta Silver Platea Alta Golden Tribuna Boxes

-5,00

VIP

VIP -7,00

Frecuencia [Hz]

Frecuencia [Hz]

Figura 5. T30 y C80 obtenido de mediciones realizadas. D50 Full Arena

ALCONS

0,90 Cancha Posterior

0,70

ALCons [%]

Definición D50 [%/100]

0,80 Cancha Adelante

0,60

Platea Baja Silver

0,50

Platea Baja Golden

0,40

Platea Alta Silver

0,30

Platea Alta Golden

0,20

14,00 12,00 10,00 8,00 6,00 4,00 2,00 0,00

Tribuna

0,10

Boxes

0,00 63

125

250

500

1000

2000

4000

VIP

Frecuencia [Hz]

Figura 6. D50 y %ALCons obtenido de mediciones realizadas. 3.2 Análisis resultados obtenidos 1) Se tiene un tiempo de reverberación muy alto en frecuencias bajas (63 y 125 Hz), esto debido a que el recinto (por su forma y materialidad) permite muchas reflexiones para estas bandas, la cual posee mayor energía acústica que las frecuencias altas. La focalización del sonido genera, debido a la configuración cupular del cielo, ecos molestos que son percibidos e interpretados por el oído como repeticiones claras de la señal de audio (ej., golpes de caja o bombos, o transientes de un bajo eléctrico son escuchadas repetidamente -al menos 3 veces-). 2) El tiempo de reverberación disminuye en frecuencias medias (250 – 500 Hz), aumentando considerablemente en los medios-altos (1000 – 4000 Hz), debido a que la absorción sonora al interior del recinto es insuficiente. 3) Para el sector de Platea Baja (Silver y Golden), en los puntos de medición bajo la mezanina de hormigón de las plateas altas, se produce un ‘encapsulamiento’ del sonido, alterando la buena percepción auditiva de la misma sección de asientos, pero fuera de la mezanina. Como ejemplo podemos observar en la Figura 7, las respuesta al impulso en los puntos de medición 7, 7A y 7B, correspondientes al sector Platea Silver Sección 107. Los puntos de medición 7 y 7A son muy similares en términos de recepción de la señal de audio, sin embargo la 7B, se amplifica y distorsiona producto de las reflexiones al interior/bajo de la mezanina.

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paper ID: 0129 /p.7

Figura 7. Imágenes referenciales de respuestas impulso obtenidas Punto 7, 7A y 7b. 4) En sectores de la cancha se provocan ecos, debido a las primeras reflexiones de la señal emitida por el sistema de audio con los elementos vidriados de las Suites V.I.P, los muros hormigonados superiores, los muros laterales de la cancha y las concentraciones de señal debido a la cúpula. 5) Los sectores con mejor (dentro de las posibilidades actuales) claridad y definición al interior del recinto, corresponden a la Platea Baja Silver, Platea Alta SilverGolden, Tribuna y la cancha adelante. Sin embargo, ningún sector es idóneo en todo el espectro de frecuencias. 6) Los Buenos resultados de %ALCons obtenidos, se deben principalmente al rango dinámico entra la señal de prueba y el ruido de fondo al momento de realizar las mediciones, que es, en estricto rigor, lo que permite llevar a cabo conciertos y espectáculos al interior del recinto. La alta reverberación y ecos en baja frecuencia, son enmascarados mediante la utilización de un alto nivel de sonido directo generado por el sistema de amplificación. Sin embargo, esta ‘solución’ atenta contra la calidad del sonido, el confort acústico y salud auditiva de los asistentes. 7) En los Box superiores, en las primeras tres filas de asiento solo se recibe sonido reverberante, debido a que existe un antepecho de vidrio que evita el paso libre de la señal directa, este elemento dificulta considerablemente la correcta audición en estas secciones.

4. MODELO ACÚSTICO Se utilizó el software de modelación acústica EASE v4.1, Renkus-Heinz. Se trabajo en un modelo detallado, que permite el desplazamiento correcto de las señales de prueba en el recinto. La modelación fue realizada simulando las mismas condiciones de medición de tiempo de reverberación según norma ISO 3382 realizadas, se considero el nivel de ruido de fondo para este tipo de recinto (NC-40), y se dispuso en el modelo acústico, el mismo sistema de arreglos de altavoces d&b audiotechnik, a la altura, ángulo y posición exacta, radiando en todo el espectro de frecuencia a la misma relación informada en el software ArrayCalc, con las áreas de evaluación de recepción ubicadas a 1.2 m de altura, promedio de altura de oído de personas sentadas. Las siguientes imágenes permiten observar el modelo 3D generado:

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paper ID: 0129 /p.8

Figura 8. Imágenes referenciales modelo acústico desarrollado.

5. SOLUCIONES PROPUESTAS 5.1 Cielo Absorbente Acústico Utilizar cielo de lana de vidrio, de color negro, para aumentar la superficie absorbente de frecuencias medias y altas. Se debe disponer en los cielos bajo la mezanina de hormigón de la platea baja, y los cielos de los pasillos de accesos a la platea baja. La solución provee un NRC = 0.75. 5.2 Cortinas Alto Gramaje Incorporar como cierre de accesos de platea alta y mantener en los accesos de platea baja, los elementos de cortinas de alto gramaje (380 gramos). La solución debe proveer un NRC > 0.70. 5.3 Bafles Colgantes Con el fin de permitir el quiebre del frente de sonido reflejado, producido por la focalización dada por la estructura cupular del recinto, es necesario integrar 24 bafles superiores de dimensiones 2400x8000x45 mm. Los elementos permitirán a las ondas de baja frecuencia perder energía acústica en altura, al ser direccionado el frente de ondas hacia otros sectores, además el revestimiento exterior de la solución aportara como absorción de frecuencias medias y altas. 5.4 Disco Central Se debe considerar la utilización de un disco central de radio 8 m , con el fin de generar los mismos resultados que los bafles colgantes (además se encuentra construida de los mismos materiales), en especial para configuraciones de Media Arena. 5.5 Antepecho Platea Alta y muros Cancha Considerar un panel absorbente entelado, para todo el antepecho de hormigón de la platea alta, la disposición del material debe permitir un ángulo de inclinación de al menos 25º orientados hacia arriba. 8.6 Angulación vidrios Suites V.I.P. / Retiro antepecho Box superiores

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paper ID: 0129 /p.9

De forma de evitar las reflexiones directas provocadas por los elementos de vidrio, que conforman el muro de las Suites V.I.P. hacia la cancha, se aconseja inclinar dichos paños al menos 25º orientados hacia arriba. Además se deben reemplazar los antepechos de vidrio de los boxes superiores que no permiten la buena recepción del sonido directo provisto por el sistema de amplificación del recinto. Estas soluciones son complementarias a las modificaciones que se recomiendan para el sistema de audio.

6. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos, en las modelaciones con las modificaciones acústicas propuestas, permitirán cumplir con los objetivos de diseño requeridos. Es decir, mejorar la calidad del sonido en todas las localidades del recinto. Con las soluciones integradas podemos observar que el RTmid (promedio espacial), disminuye desde los 3.20 segundos a los 2.50 seg. Se consigue una disminución del tiempo de reverberación en todo el espectro de frecuencias, destacando la reducción en las bajas frecuencias, disminuyendo incluso 1.20 segundos en frecuencias críticas para la inteligibilidad de la palabra como son los 2000 Hz. Tiempo de reverberación 6

Tiempo [s]

5 4 3 2 1 Arena Actual

Arena Modificaciones

0 125

250

500

1000

2000

4000

Frecuencia [Hz]

Figura 9. Tiempo de reverberación con soluciones integradas. El sistema de audio, además, debe evaluar el refuerzo en potencia y directividad para los sectores de tribunas y box superiores, con el fin de homogeneizar el sonido en todo el recinto.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ISO 3382-1. Acoustics – Measurement of room acoustic parameters. Part 1: Performance spaces (2009). [2] Vercammen, Martijn. Sound concentration caused by curved surface. Eindhoven University Press, The Netherlands (2012). [3] Carrión, Antoni. Diseño acústico de espacios arquitectónicos. Ediciones UPC, Barcelona (1998). [4] Ando, Yoichi. Architectural Acoustics – Blending sources, sound fields, and listeners. SpringerVerlag, New York (1998).

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paper ID: 0131 /p.1

Acústica del Centro Cultural de la Universidad Nacional de Cuyo, Mendoza, Argentina R.D. Ottobrea, M. L. Ottobrea , F. Suárez Viéb & A. Ariasa a

Ottobre y Ottobre, Arquitectos, Asesores en Acústica, Avda. San Martín 5894 D.3 (1419) CABA Argentina, arq.daniel@ottobreyottobre.com.ar; arq.marcelo@ottobreyottobre.com.ar; agustinarias@ottobreyottobre.com.ar b Oficina de Proyecto, Joaquín V. González 326, Dorrego, Guaymallén, (5519) Mendoza, Argentina, arquitectura840@hotmail.com

RESUMEN: Se ha construido en la Ciudad de Mendoza, Argentina, un espacio para alojar las numerosas manifestaciones artísticas que tienen lugar en la Universidad Nacional de Cuyo, tales como Teatro, Ballet, Música de Cámara, Coros, Orquesta Sinfónica y otras expresiones artísticas. El lugar elegido por la Universidad, fue un antiguo galpón de la estación terminal de cargas del Ferrocarril, el que fue íntegramente reciclado y refuncionalizado por el Arq°. Suárez Vié, quien adecuó las nuevas funciones con absoluto respeto de la estructura y la imagen del edificio original. Se alojaron una sala de Concierto para la Orquesta Sinfónica; un cine; una sala de conferencias y varias salas de ensayo, acordes a cada expresión creativa, además de numerosos locales destinados a actividades conexas. Esta multiplicidad de usos, requirió de un especial cuidado en el aislamiento acústico y en la respuesta al acondicionamiento de cada local, empleándose para el cálculo el software de simulación EASE. La tarea de proyecto acústico se presenta en esta investigación, mostrando las pautas originales de la propuesta, la respuesta constructiva que debió adaptarse a un edificio complejo, y el seguimiento realizado a lo largo de la obra a través de mediciones de parámetros acústicos que aquí se presentan.

KEYWORDS: aislamiento, acondicionamiento, sinfónica, cine, conferencias.

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paper ID: 0131 /p.2

1. INTRODUCCIÓN El Complejo Cultural Universitario perteneciente a la Universidad Nacional de Cuyo, se construyó en la zona de la ciudad de Mendoza donde antiguamente funcionaba la estación de cargas del ferrocarril. Los galpones de almacenamiento de carga, allí existentes, construidos en 1928, constituyen una significativa muestra de la Arquitectura Industrial. Realizados con estructura metálica de perfiles de secciones considerables y remaches, presentan un revestimiento exterior en cubierta y laterales, de chapa galvanizada. Los galpones se encuentran en la actualidad en un proceso de reciclaje, habiéndose inaugurado tiempo atrás en uno de ellos, la “Nave Cultural”, un centro para exposiciones, conferencias, presentaciones teatrales y musicales, donde el Municipio de la Ciudad realiza numerosos eventos. Con el criterio de generar un polo cultural de atractivo para la ciudad, el gobierno municipal cedió a la Universidad Nacional de Cuyo otro de los galpones para construir allí su centro de actividades de extensión cultural. En el Complejo se alojarán las manifestaciones culturales de la Universidad para las que se han proyectado: una sala para la orquesta sinfónica con capacidad para 500 personas; una sala cinematográfica con 300 butacas aproximadamente y áreas de apoyo para la actividad audiovisual; salas de ensayo para los coros de Adultos, Jóvenes y Niños y para los grupos de Teatro y Ballet. El complejo cuenta con una sala de conferencias para diversos eventos, con una capacidad de 50 localidades y espacios dedicados a alojar exposiciones y actividades culturales múltiples, además de áreas de expansión de público y de artistas. El edificio cuenta con todos los servicios necesarios para el desarrollo de cada una de las actividades. El Complejo Cultural debe dar respuesta desde lo acústico, a las exigencias que plantean las diversas actividades que se desarrollarán allí, en un marco de respeto por el ámbito del antiguo edificio y del proyecto integral de arquitectura, situación esta que debió atenderse en todo momento desde el proyecto arquitectónico y respetarse desde el planteo acústico. La figura 1 muestra la maqueta virtual realizada oportunamente. En primer lugar aparece el edificio correspondiente al Complejo Cultural de la Universidad, donde destacan los volúmenes correspondientes a la sala sinfónica y al cine, ambos elevados por sobre la antigua cubierta. En segundo plano la “Nave Cultural”. La figura 2 muestra las plantas del edificio, destacándose en el centro la sala sinfónica, sobre el lateral izquierdo de la imagen, el cine y la sala de conferencias (debajo del cine); y en el lateral derecho las salas de ensayo.

Figura 1: Maqueta virtual del Complejo Cultural

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IX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014

paper ID: 0131 /p.3 C

B

Acc eso Semipú blico

Acc eso Pú blico Carte lera Pública Cartelera Acceso

Esp era

Foyer

Esp acio Semip úblico

G abin ete

Sup . 50m2

Dep ós ito 01

Tarimas

Hall Distribuidor

Esp acio Público

Baño Homb res

Hall Principal

Vestu ario A

Sup . 13 4m2

O rien taci ón Bal let

Hombro Es paña

E spac io Público

Bau le ra

Dep ósito 05

Seg uridad

Capacidad 5 1 Buta cas

Vestu ario

Baño

Sup. 50m2

Escenario

Platea Dep ósito 06

Circu lación

Cir cula ción

A

Boca = 1 2 m

Secreta ría Camarín B

Baño Hombres

Dep ósito 07

Baño Damas

Cen tro Docu me ntación Prepara ción

Secretaría

Circu la ción Dir ector CC

Ves tuario B

Directo r OA

Sup . 80 .30m2 8.10 x 9.90 m

Ensa yo Ballet

Hombro Maza

O rien tación Teatro

Sup. 30m2 Cine Sup . 77m2 Pro ducc ión

B año Damas

Bau le ra

E m erg encia

Mozos

Buffet Pre nsa & Co municación

Depós itos

5 m2

Sup . 27 5. 00m2

Barra

Admin is tración & Recursos

Máquinas

Pro fu ndid ad= 14 m

Bib lio

S ala Reu nión

8.10 x 9.90 m

Ens ay o Te atro

I lu mina ción

Barra

D epós ito 04

Sala B Sup . 58.60m2

Sup . 80 .30m2

6.00 x 8 .40 m

Espejo

D epós ito 03

Sup . 50 .00m2 Ens ayo Ge neral

O ffice

E m erg encia

Cap ac id ad 307 Butacas Sup. 22 0.00m2

Mante nimien to

Sala A Panta la

A

Cir cu la ción Depós ito

Camarín A

E m erg encia

Acceso

p roye cc ió n losa

Sup. 17 6m2

Boletería D epós ito 02

Man te nimien to

E m erg encia

C ir culación Téc nica

p roye cc ió n losa

Circulación

Circu la ción Técnica

Depósito Punt o I nfo

S ala Reu nión Acceso Esc enario

Esp ejo

Pr oveedores

Atenc ión CD

S up. 47m2

C B

B

C

A b ert ura Vidrio

A bert ura Vidrio

Depósito

Sala 10

Sup . 26 .70m2

Sup . 57 .30m2

6.60 x 3.8 0 m

1 4.20 x 3.80 m

Dep ósito MUA

Sala Ex po sición MUA

A be rt ura Vidrio

Abe rtura Vidrio Palc os A

Expo sic ión

Cap acidad 7 4 Butacas

Sup. 42 .20m2 Vac ío sob re Hall

Acceso B H all de

Sinfónico - Coral Sup . 36 .00m2

Pia no

4.80 x 7.8 0 m

S up. 94 .00m2

Ens ayo Ge neral

9.50 x 9 .90 m

Ensay o CUM

Platea

Pan talla

Sala A Cap ac id ad 307 Butacas Sup. 22 0.00m2

A

Cir cu la ción

Capac idad 389 Butacas

Vací o sobre Ha ll Principal

Téc nica Sup . 22 0. 00m2

Oficina OS

O ficina CCAM

O ficina CNJ

S up. 94 .00m2

Oficina C UM

Sup . 64.60m2

9.50 x 9 .90 m

7.6 0 x 8.50 m

Set R adio

Producc ión

Ens ay o CCAM

Ope ra ción Ope ra ción

Sinfónico - Coral

H all de Acceso B

Cá mara

E sc en og rafía

A

Dis eño

O ficina CEB

Expo sic ión A bert ura Vidrio

Pia no

Palc os B

Cap acidad 7 4 Butacas

Ensa yo CNJ

Tec lado O ficina CET

Sup. 42 .20m2

Abe rtura Vidrio

B

C

Figura 2: Plantas baja (arriba) y Planta alta (abajo)

2. EL PROYECTO Y EL AISLAMIENTO ACÚSTICO Uno de los principales inconvenientes que se observó durante las primeras visitas al edificio, consistió en la muy escasa altura del galpón, lo que no permitiría alcanzar una razonable relación de volumen por oyente, adecuados a una sala sinfónica. El proyectista resolvió entonces remover parte de la cubierta de la zona donde se desarrollaría la sala sinfónica y construir un nuevo techo elevado, generando un volumen expresivamente destacado, permitiendo al mismo tiempo alcanzar una relación de volumen razonable, que se situó en torno a 7,8 m3 por oyente [1]. Para la sala de cine, se adoptó una solución similar, destacándose desde el exterior el volumen de la sala cinematográfica, y ubicándola por encima de la sala de conferencias. La figura 3 muestra una sección longitudinal del edificio, donde se aprecian los volúmenes mencionados. En la zona derecha de la figura, las salas de ensayo. La figura 4 muestra imágenes del edificio en su fase de terminaciones. A.A.

Palco C

Palco B

Sala A

Sup. 94.00m2

Escenario

Capacidad 307 Butacas

9.50 x 9. 90 m

Ensayo CNJ

Boc a= 12 m

Sup. 220.00m2

Profundi dad= 11 m Sup. 186.70m2

Sala B Capacidad 51 Butacas D epós ito 03

Hall Principal

M áquinas

Espac io Público

5m2

D epós itos

Platea

Sup. 50.00m2

Hall Distribuidor

Sup. 50m2

Sup. 176m2

Sup. 80.30m2

6.00 x 8. 40 m

8 .10 x 9. 90 m

Ens ayo General

Ens ay o Teatro

Sup. 58.60m2

• Corte General Longitudinal

Figura 3: Sección longitudinal del complejo A partir de los primeros esquemas arquitectónicos comenzó a trabajarse en el proyecto de aislamiento acústico, ya que las actividades a desarrollar en las salas se darían de modo simultáneo, requiriendo por lo tanto elevado aislamiento. Se sumó a esa situación el hecho que el edificio se ubica en Mendoza, una zona sísmica de elevado riesgo, obligando a recurrir a sistemas que pudieran cumplir las pautas antisísmicas en un edificio con estructura liviana, sobre la que no es posible generar cargas importantes, y donde una de las principales pautas de diseño estructural, se apoya en la vinculación mecánica de todos los elementos.

300


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paper ID: 0131 /p.4

Figura 4: Vistas exteriores del edificio. Se estableció de ese modo el criterio de aislamiento a cumplir para las particiones verticales y para la cubierta, haciendo énfasis en los puntos de contacto entre los locales donde se desarrollarían actividades con niveles sonoros elevados. En relación a la cáscara exterior, la misma se componía exclusivamente de una chapa galvanizada colocada sobre la estructura, al igual que la cubierta. Por otra parte, durante las evaluaciones previas, se verificó que el ruido de fondo existente en el exterior del edificio, se encontraba para el horario diurno en torno a los 57 dB LAeq, pero dado que en el entorno se encontrarían los accesos de público y las playas de estacionamiento de vehículos, este nivel se elevaría considerablemente. A partir de esta situación se optó por generar en todo el perímetro exterior un aislamiento que luego se completaría local por local, con otra partición interior. La figura 5 muestra el cerramiento existente (izquierda) y el proyectado para la partición exterior (derecha) en este caso, de una sala de ensayo en planta alta y otra sala de ensayos en planta baja, donde puede verse el criterio empleado para las particiones verticales y para el entrepiso.

Figura 5: Vista del cerramiento de chapa existente (izq.) y cerramiento proyectado (der.).

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paper ID: 0131 /p.5

En la figura 5, puede apreciarse sobre la chapa perimetral existente, el agregado de dos placas cementicias de 10 mm de espesor, cubiertas con una capa de fibra de vidrio de 50 mm de espesor y 35 kg / m3 de densidad, lo que conforma el cierre lateral, resistente a la entrada de agua. En el interior, en la planta baja, una pared de mampuestos de ladrillo, con 18 cm de espesor, revocado en ambas caras, forma el recinto interior de la sala de ensayo, mientras que en la porción superior, por encima de la losa, el cerramiento se completa con un tabique de doble estructura, cada una de 50 mm de espesor, rellenas con dos capas de fibra de vidrio de 50 mm de espesor y 35 Kg / m3 de densidad. Sobre cada estructura, se disponen dos capas de roca de yeso de 12,5 mm de espesor con una barrera acústica (lámina pesada) intermedia. El cielorraso aislante de la sala de ensayos en planta baja, se materializa con una estructura de 70 mm y una capa de fibra de vidrio de 70 mm de espesor y 35 Kg / m3 de densidad colocada en el interior de la cámara de aire. Debajo de la estructura, se disponen dos capas de roca de yeso de 12,5 mm de espesor con una barrera acústica intermedia. El criterio de configurar paquetes de placas de roca de yeso en planta alta, y emplear mampostería y placas de roca de yeso en planta baja para las divisiones, se desarrolló para cada partición, planteando el valor del aislamiento de acuerdo a las referencias [2] y [3]. Para las divisiones entre salas de ensayo se eligió un Rw 56, mientras que para las particiones del cine se eligió un Rw 60, al igual que para las particiones verticales de la sala sinfónica. Durante la obra se realizaron mediciones de aislamiento, mientras no se habían concluido aún los trabajos, siendo éstas orientativas de los trabajos que se realizaban. El procedimiento de medición se ha concretado siguiendo los lineamientos establecidos en las referencias [4] y [5], obteniéndose valores indicativos ya que faltaban materializar los cierres de los locales en algunos casos, y en otros completar el cerramiento. Esta situación es evidente en la figura 6, donde se muestran los resultados medidos, quedando por debajo del perfil las frecuencias altas. Los valores medidos fueron de Rw 53 para la sala cinematográfica y Rw 50 para la división entre salas de ensayo augurando, de acuerdo al faltante, el cumplimiento del aislamiento proyectado. Las mediciones finales se realizarán una vez completadas todas las tareas de obra. Medición in situ de aislamiento acústico entre recintos

60

60

R'w 50

80 0 10 00 12 50 16 00 20 00 25 00 31 50 40 00 50 00

63 0

50 0

40 0

10 0

80 0 10 00 12 50 16 00 20 00 25 00 31 50 40 00 50 00

63 0

50 0

40 0

31 5

25 0

10 20 0

10 16 0

20

31 5

30

20

12 5

R'

25 0

30

40

20 0

R'w 53

16 0

R'

40

50

12 5

50

Índice de reducción sonora aparente R' dB

70

10 0

Índice de reducción sonora aparente R' [dB]

Medición in situ de aislamiento acústico entre recintos 70

Frecuencia Hz

Frecuencia [Hz]

Figura 6: Evaluación aislamiento cine (izq.) y salas de ensayo (der.). (Sin escala)

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paper ID: 0131 /p.6

Los conceptos constructivos planteados arriba, se extendieron a todas las salas, ajustándose en más o en menos el esquema a emplear, de acuerdo al aislamiento esperado y siguiendo en obra a través de mediciones indicativas, los resultados obtenidos. Así por ejemplo, las salas de cine, sinfónica y las salas de ensayo de la planta alta, llevaron piso flotante de hormigón sobre fibra de vidrio. La separación entre salas de ensayo, uno de los puntos más críticos del aislamiento, puede verse durante la construcción en la figura 7.

Figura 7: Estructura metálica del tabique divisorio de salas de ensayo. En relación al aislamiento, merece una especial mención el determinado para la iluminación cenital de las salas de ensayo, constituido por las claraboyas recuperadas del galpón. Se empleó vidrio laminado de 8mm + PVB + 8mm en una de las caras y en la otra, 6mm + PVB + 6mm, configurado con una cámara de aire de fuerte espesor. Por último, se fijaron valores para el ruido de fondo de acuerdo a la referencia [6], determinándose para la sala sinfónica un perfil NC 20, para el cine un perfil NC 30 y para las salas de ensayo y de conferencias un perfil NC 25. Para la obtención de estos niveles, se optó por el uso de conductos de fibra de vidrio y la colocación de filtros acústicos en los ramales de alimentación y retorno de cada local donde se desarrollarán actividades con sonido, calculados de modo de resolver la diferencia entre el ruido permitido en la primera boca de alimentación del local, y el ruido proveniente de los ventiladores y sistemas de calefacción o enfriamiento. Los filtros acústicos fueron realizados en el mismo material de los conductos, optándose por una velocidad de inyección de aire en torno a 1,2 m / s.

3. ACONDICIONAMIENTO DE LAS SALAS 3.1 Sala sinfónica Para la tarea de acondicionar cada uno de los recintos, se recurrió a modelos sobre el programa EASE, de AFMG, versión 4.3.9.75, licencia 73250-0284E-EA304-00000-EA4341. Allí se construyeron tres modelos principales. Los valores del tiempo de reverberación proyectado, tuvieron en cuenta la referencia [7] para la sala sinfónica y la sala de conferencias; mientras que se empleó la referencia [3] para el cine. Para cada sala, y de acuerdo a su función, se obtuvieron algunos parámetros adicionales como claridad musical e inteligibilidad. La figura 8 muestra el modelo de la sala sinfónica con y sin el volumen del escenario.

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paper ID: 0131 /p.7

Figura 8: Modelos en EASE de la sala con escenario (izq.) y sin escenario (der.) Para la sala sinfónica, con un volumen cercano a los 4000 m3, se optó por un tiempo de reverberación de 2 segundos a frecuencias medias, y teniendo en cuenta las preferencias musicales de los usuarios, se optó por enfatizar la relación entre frecuencias medias y bajas, produciendo una sala cálida [8]. Como herramienta primaria en el diseño de la sala se planteó la difusión, realizando un cielorraso curvado en los tres ejes, conformado en madera multilaminada de 9 mm de espesor, a la que se le adhirió una barrera acústica de 0,5 mm de espesor y 3,5 kg / m2 de de masa superficial a efectos de evitar resonancias. La figura 9 muestra la planta y las secciones de la sala principal. En los cortes transversales que se presentan en la figura, puede verse además la ligera inclinación por la que se optó para las paredes laterales, a fin de generar mejor difusión y evitar efectos indeseados.

Sala C SUP.: 191m²

0.20

1.83

0.94

1.83

1.8 3

Acceso B Hall de

0.20

1.39

Palcos A

17.71

SUP.: 380m²

12.79

Sala C

Platea

Palco C

Sala C Palco A

SUP.: 193m²

Palco B

Platea

0.94

Palcos B 1.83

0.20

1.83

Figura 9: Planta y secciones de la sala, mostrando el cielorraso y los paramentos laterales. Los materiales de revestimiento se basaron en la madera multilaminada de 18 mm de espesor, montada sobre planchas de lana de vidrio de 50 mm de espesor y 50 kg / m3 de densidad. En la pared opuesta al escenario se aplicaron revestimientos fuertemente absorbentes. La figura 10 muestra el tiempo de reverberación proyectado estadístico y por el método de Schroeder [9]; y el obtenido por medición de acuerdo a la referencia [10]. La figura 11 muestra algunas vistas de la sala durante ensayos.

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paper ID: 0131 /p.8

Figura 10: Tiempo de reverberación proyectado y medido.

Figura 11: Vistas de la sala durante ensayos. A la derecha, la caja acústica realizada. 3.2 Sala para cine La figura 12 muestra el modelo realizado para la sala cinematográfica (izquierda), y una evaluación de inteligibilidad (derecha).

Figura 12: Modelo del cine (izq) y evaluación de inteligibilidad (der).

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Se proyectó obtener un tiempo de reverberación según las recomendaciones de la referencia [3], que especifica que para salas de este volumen (1400 m3 aprox.), el tiempo de reverberación recomendado a frecuencias medias, debe situarse entre 0,35 y 0,6 segundos. Para alcanzarlo se configuró un cielorraso de placas de fibra de vidrio comprimida negras, montadas debajo de una cámara de aire en la que se ubicó una capa de fibra de vidrio de 100 mm de espesor a efectos de aumentar la absorción en muy bajas frecuencias. Para las paredes, se instalaron revestimientos entelados ignífugos de 50 mm de espesor sobre fibra de vidrio rígida de 50 Kg / m3 de densidad. La figura 13 muestra el tiempo de reverberación medido.

Figura 13: Tiempo de reverberación medido. 3.3 Salas de ensayo y salas de conferencias. Las salas de ensayo, al ser el ámbito de trabajo propio de cada uno de los grupos artísticos de la Universidad, fueron estudiadas a fin de que presentaran unas condiciones adecuadas a cada tarea. Para la sala de ensayo de Teatro, con un volumen de 450 m3, se optó por un tiempo de reverberación en torno a 0,8 segundos., al igual que para la sala de ballet. Para las salas de ensayo de coros, con volúmenes en torno a los 250 m3 se optó por un tiempo de reverberación de 1,2 segundos. La figura 14 muestra algunos ejemplos.

Figura 14: Sala ensayo coro (izq,) y sala de ensayo teatro (der).

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Los materiales elegidos para el tratamiento de estas salas, fueron lana de vidrio de 50 mm de espesor y 50 Kg / m3 de densidad, entelada, y madera multilaminada de 13 mm de espesor, ubicada sobre un revestimiento de fibra de vidrio como el descripto. Las salas de ensayo resultan ámbitos agradables de trabajo, ya que las salas de planta alta, reciben iluminación cenital, a través de cristales laminados dobles, mientras que las salas de planta baja, presentan un frente completamente vidriado, con vistas al parque. La sala de conferencias se proyectó empleando resonadores, los que fueron construidos en material del tipo Platten, el cual se colocó sobre una capa de fibra de vidrio. La figura 15 muestra un esquema del revestimiento proyectado a la izquierda en planta, mientras que a la derecha se muestra el modelo construido con una evaluación de inteligibilidad.

Figura 15: Proyecto del revestimiento de la sala de conferencias (izq,) y modelo (der.). A modo de conclusión, puede decirse que el Complejo Cultural, brindará un adecuado ámbito de trabajo a los artistas de la Universidad, y que ofrecerá a la comunidad un espacio para disfrutar de la música, y de todas las expresiones artísticas, en un marco agradable.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Recuero López, M & Gil González, C. Acústica Arquitectónica, Universidad Politécnica de Madrid, pp 675-680; Madrid (1991). [2] Norma IRAM 4044. Acústica. Protección contra el ruido en edificios. Aislamiento mínimo de tabiques y muros. Buenos Aires (1985). [3] Allen, I. Technical Guidelines for Dolby Stereo Theatres. Dolby Laboratories., pp 35-48; San Francisco (1994). [4] Norma IRAM 4063-4 (ISO 140-4). Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 4 Medición “in situ” del aislamiento al ruido aéreo entre locales. Buenos Aires. (2002) [5] Norma IRAM 4063-1 (ISO 717-1). Acústica. Medición del aislamiento acústico en los edificios y de los elementos de construcción. Parte 1 Aislamiento al ruido aéreo. Buenos Aires. (2003) [6] Norma IRAM 4070. Ruidos. Procedimiento para su evaluación utilizando los perfiles NC y RC. Buenos Aires. (2005) [7] Barron, M. Auditorium Acoustics and Architectural Design. E&FN SPON. pp 27-31GB, (2000) [8] Ottobre, R.D. Base de datos para el Análisis y la Comparación de Parámetros Acústicos y Psicoacústicos en Salas de Concierto. Universidad Politécnica de Madrid pp 2.20-2.31 Madrid (2006) [9] Schroeder, M.R. New Metod of Measuring Reverberation Time. Journal of the Acoustic Society Of America 37. pp 409-412. USA (1995) [10] UNE-EN ISO 3382 (ISO 3382).Acústica. Medición del tiempo de reverberación de recintos con referencia a otros parámetros acústicos. AENOR Madrid. (2001)

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Capilla Mueso Buffo: Cartografía Compositiva del Espacio Damián Payo a, Sebastián P. Ferreyra b, Gabriel A. Cravero b, Hugo C. Longoni b, Andrea Farina c & Manuel Eguia a a

Laboratorio de Acústica y Percepción Sonora (LAPSo), Universidad Nacional de Quilmes, Bernal, Argentina. Centro de Investigación y Transferencia en Acústica (CINTRA). Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional,Córdoba, Argentina. c Facultad de Bellas Artes, Universidad Nacional de La Plata, La Plata, Argentina. b

RESUMEN: Guido Buffo, quien ha investigado e incursionado en astronomía, música, pintura, zoología, entre otras ramas a lo largo de su vida, dedicó sus últimos años a la construcción de una cripta (hoy llamada “Capilla Museo Buffo”), en el Valle Los Quebrachitos (provincia de Córdoba, Argentina). El lugar fue realizado, a principios de la década del 50, en homenaje a su difunta esposa e hija, rindiendo honor al conocimiento y la investigación. Entre frescos, péndulos e incrustaciones, se destaca también una respuesta acústica que posee resonancias y focalizaciones que generan un espacio sonoro de características muy singulares. Este trabajo presenta un estudio acústico y un análisis de la Capilla Museo Buffo desde la perspectiva de la arquitectura aural y sus posibilidades para la performance musical, incorporando el espacio sonoro que le es propio. Se realizó un relevamiento acústico incluyendo el análisis de una serie de parámetros monoaurales (T30, C80) y binaurales (IACCE) en ocho posiciones del receptor y tres de la fuente. Por otra parte, a partir de un análisis numérico se determinaron los modos principales del recinto. Finalmente, a partir de las respuestas impulso binaurales obtenidas se estudió la respuesta de diferentes instrumentos musicales de la familia de los metales y maderas. Se analizaron los cambios en las características dinámicas, espaciales y tímbricas a lo largo de todo el registro en los diferentes puntos de medición. De este modo, se caracterizó el espacio de la Capilla para su posible utilización como herramienta compositiva. KEYWORDS: Acústica de recintos, Modos propios de vibración, Respuesta impulsiva, Focalización, Timbre.

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1. INTRODUCCIÓN 1.1 Contexto histórico En el año 1941, Guido Buffo (1885-1960) comenzó con la construcción de una cripta (hoy llamada Capilla Museo Buffo) que aquí exponemos para su análisis. El autor, ha incursionado en zoología, botánica, sismología y estética. La capilla, se presenta como catalizador de todos esos conocimientos que explora y refleja en cada superficie de la cúpula mediante frescos, incrustaciones y formas geométricas que devienen en una respuesta acústica particular. El volumen principal de la capilla está formado por la cripta, una bóveda con geometría ojival de 7,94 m de altura. Desde la cúspide se desprenden cuatro nervios que van ensanchando su sección, manteniendo la lógica constructiva de la cripta, hasta aumentar al triple en las bases. Las caras laterales (construidas con ladrillos macizos y revoque de cal, cemento y arena) suman una superficie de 51,02 m2. La base de la cúpula es circular posee un diámetro de 8,038 m (51,42 m2) y un revestimiento de baldosas de granito. La puerta de entrada, realizada en madera maciza, tiene la forma de arco ojival. La cripta se conecta por una abertura (también de forma ojival) con un espacio de planta rectangular. Se trata de una recinto cuyo volumen de 81 m3 mantiene los mismos materiales que la cúpula. En la Figura 1 se muestra una vista en alzado de la capilla y una foto de su interior, recubierto con frescos alusivos. 1.2 Arquitectura aural Al referirnos a la capilla como un espacio de sumo interés para el estudio acústico, estamos planteando la importancia de registrar y caracterizar un recinto que presenta, a primera escucha, una arquitectura aural diferente a la existente en espacios convencionales donde se realizan practicas musicales y/o sonoras de cualquier tipo. Partiendo de la experiencia cultural de reconocer los espacios cotidianos auditivamente, encontramos en la cripta ciertas incongruencias entre la resultante arquitectónica visual y aural. Por esto, y tomando en cuenta la experiencia de arquitectos como Juhani Pallasmaa o Thomas Sheridan y Karen van Lengen, quienes han considerado la arquitectura aural como un aspecto relevante en las construcciones, es que posicionamos a la Capilla Museo Buffo y su constructor participe de esta corriente. Tomar en cuenta antecedentes musicales como Giovanni Gabrielli y sus obras compuestas para la catedral de San Marcos (S XIV), Gustav Mahler y su sinfonía n°3 (S XIX) pasando por Iannis Xenakis y Llorenç Barber, demuestra que el espacio ocupa en la composición musical un rol de suma importancia. Este trabajo entonces, se propone también estudiar y caracterizar la cripta para ser considerada como variante de entrada en la composición y ejecución musical. 1.3 Organización del trabajo El presente estudio se organiza en tres ejes troncales: en principio, se expone la realización de mediciones de la respuesta impulsiva (RI) del recinto (monoaurales y binaurales) y cálculo de los parámetros acústicos según las directrices de la norma IRAM 4109-2:2011. Más adelante, se realiza una simulación numérica del recinto aplicando el método de elementos finitos (FEM) (mediante el software COMSOL Multiphysics) para estudiar los modos propios de vibración y la respuesta en frecuencia de la capilla. Finalmente, se realiza una serie de escuchas comparativas de señales obtenidas a partir de la convolución espectral de las RI binaurales y grabaciones de instrumentos musicales de las familias de metales y maderas, a modo de verificación de los materiales anteriormente expuestos.

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Figura 1: A la izquierda, plano en alzado de la Capilla diferenciando la cripta (rojo), el taller (verde) y el campanario (celeste). A la derecha, vista del interior de la cripta.

2. METODO Y MATERIALES Se obtuvieron las respuestas impulsivas monoaurales y binaurales de la cripta siguiendo las recomendaciones que plantea la norma IRAM 4109, midiéndose un total de 24 pares de puntos para diferentes posiciones de la dupla fuente-receptor. Además, se realizaron mediciones de “relación señal/ruido” acústica del sistema de medición [1]. Las mediciones fueron realizadas con un estado ocupacional nulo (sala vacía). Siguiendo las recomendaciones que plantea la norma se seleccionaron estratégicamente ocho posiciones del receptor y tres posiciones de fuente. En la Figura 2 se representan en la planta las posiciones elegidas para la fuente (FSO01,FSO02, FSO03) en rojo y las posiciones del micrófono (M0108) en la izquierda y del torso y cabeza artificial (B01-08) en la derecha, en ambos casos en verde.

Figura 2: Posiciones de la fuente (rojo) y del micrófono de medida acústica (verde, izquierda) o del maniquí (verde, derecha), en el plano de la cripta. La elevación de la fuente fue de 1,17 m y la del micrófono y del maniquí fueron de 1,48 m.

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Como equipamiento se utilizaron una fuente sonora omnidireccional dodecaédrica (CINTRA, FSO-12) conectada a un amplificador de audio (Samson Servo 300). En las posiciones del receptor se colocaron un micrófono ominidireccional (Brüel & Kjær, 4134) para las RI monoaurales y una cabeza y torso artificial HATS (Brüel & Kjær, 4128) para las RI binaurales. Se utilizaron también un pre-amplificador de micrófono (Brüel & Kjær 2804) y una placa de adquisición de 16 bits y frecuencia de muestreo de 44,1 kHz (Presonus audiovox 44VLS).

3. RESULTADOS 3.1 Medidas acústicas. A partir de las medidas de las respuestas impulsivas monoaurales y binaurales se derivaron los parámetros de tiempo de reverberación, energéticos y de correlación interaural, para todas las combinaciones de posiciones de la fuente y los receptores. En este trabajo presentamos el análisis de los casos más representativos para tres parámetros acústicos: tiempo de reverberación T30, índice energético temprano-tardío claridad C80 y coeficiente interaural de correlación cruzada temprano IACCE. La elección de estos parámetros estuvo basada en el hecho de ser los que más ponían de manifiesto los efectos de inhomogeneidad espacial y focalización que presenta el recinto. En la Tabla 1 se muestran los valores de los parámetros acústicos T30, C80 e IACCE, para todo el ancho de banda, correspondientes a dos posiciones de la fuente: FSO02 y FSO03. Se eligieron estas dos posiciones por ser las que presentaban mayores diferencias entre sí y una mayor heterogeneidad en la respuesta. Si se comparan las ocho posiciones de los receptores se advierten que hay dos posiciones que presentan valores significativamente diferentes del resto: la posición M08 (y B08) cuando la fuente esta en FSO02 y la posición M07 (B07) cuando la fuente se encuentra posicionada en FSO03. La primera combinación situación corresponde a la fuente a 2,2 metros del centro de la cripta y al receptor en el centro, mientras que el segundo caso corresponde a fuente y receptor colocados cerca de dos columnas contiguas y cerca de las paredes de la cripta (ver Figura 2). En ambos casos, como veremos, existe una concentración de la energía acústica del sonido directo de la fuente, o focalización debido a las características geométricas singulares del recinto. En efecto, por un lado, al actuar el techo de la cripta como un paraboloide invertido, el frente de onda divergente procedente de la fuente omnidireccional se torna convergente una vez reflejado, con una mayor concentración de intensidad sonora en el centro de la cripta. Por otra parte, la base circular de la cripta actúa como una galería de susurros [2] entre dos nervios y concentra la energía de la fuente en la posición del receptor. En ambos casos, la focalización provoca un descenso apreciable del tiempo de reverberación y un notorio aumento de la claridad o un aumento de la correlación interaural. Cuando la fuente está ubicada en la posición FSO02 los valores de T30 se ubican en torno a 1,7 y 2 s en los puntos 1 a 7, mientras que en el punto de focalización el T30 desciende a 1,48 s. Por otra parte para la misma posición de la fuente la IACCE toma un valor considerablemente más alto en la focalización (0,28 contra el rango 0,07 a 0,09). Se observa también un valor alto de C80 (4 dB) tan sólo superado por otra posición (M02). Para el caso de la fuente ubicada en FSO03 se observa asimismo un descenso altamente significativo del T30 en el punto de focalización (1,22 s contra valores en el rango 1,67 a 2,2 s) y un aumento muy notable en C80 (6,84 dB contra valores entre -1 y 4,48 dB). Curiosamente, en cambio, no se observa un incremento apreciable de la IACCE en el punto de focalización contra la pared (B07) y si se observa en el centro de la cripta.

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Tabla 1: Valores de los parámetros acústicos tiempo de reverberación T30, claridad C80 e IACCE temprano, todos de banda ancha, para las dos posiciones de la fuente estudiadas (FSO02 y FSO03)y las ocho posiciones de los receptores (X01-08), donde X debe tomarse como M (B) para las tomas monoaurales (binaurales). En gris se resaltan las posiciones de los receptores correspondientes a la focalización (ver texto). X01 X02 X03 X04 X05 X06 X07 X08 FSO02 T30 1,8 1,7 1,95 1,97 2 1,95 1,97 1,48 FSO03 T30

2,01

1,67

2,18

2,01

1,87

1,78

1,22

2,2

FSO02 C80

1,5

5,06

1,59

0,03

0,65

1,1

1,98

4,02

FSO03 C80

-1,01 4,48

-0,08

1,19

1,63

1,87

6,84

2,66

0,08

0,07

0,09

0,09

0,08

0,07

0,28

0,17

0,21

0,2

0,16

0,23

0,13

0,45

FSO02 IACCE 0,09 FSO03 IACCE 0,16

En la Figura 3 se representa un mapa de las medidas del T30 para la octava de 63 Hz, para las dos posiciones de la fuente. En esta octava se da el efecto inverso que el observado para el T30 de banda ancha: el tiempo de reverberación aumenta en lugar de disminuir en el punto de focalización. Esto puede explicarse por el hecho de que para las longitudes de onda correspondientes a esta octava no se produce ya el efecto de focalización, propio de las frecuencias medias y altas, y dominan en cambio los modos de la sala (que se estudiaran en el apartado siguiente). En la Figura 4 se presenta un mapa de C80 para la octava de 1 kHz, donde se pone particularmente de manifiesto, el efecto de aumento de la claridad en los puntos de focalización. Finalmente en la Figura 5 se representa el mapa de las medidas de IACCE (hasta 80 ms), destacándose en ambos casos el incremento de la correlación cruzada en el centro de la cripta.

Figura 3: Medidas del T30 en la octava de 63 Hz para dos posiciones de la fuente (rojo), FSO02(izquierda) y FSO03 (derecha). Se observa un incremento notable en el tiempo de reverberación (cercano a 6 s) para el primer caso en el eje central de la cripta. En el resto de los casos el T30 se encuentra en el rango de los 2 a 4,5 s.

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Figura 4: Medidas del C80 en la octava de 1 kHz para dos posiciones de la fuente (rojo), FS002(izquierda) y FS003 (derecha). En el primer caso se observa un incremento significativo en la claridad (4 dB) en el centro de la cripta con respecto a los valores en el resto del recinto (-6 a 0 dB). En el segundo caso, un incremento se similar se produce cerca de la columna contigua a la fuente.

Figura 5: Medidas del IACCE de los primeros 80 ms, para todo el rango de frecuencias, para las mismas posiciones de la fuente que en las figuras anteriores. En ambos casos se produce un incremento de la IACCE en el centro de la cripta. 3.2 Simulaciones numéricas. En este apartado se presentan algunos resultados numéricos que refuerzan algunas de las hipótesis planteadas anteriormente. Para comenzar, el fenómeno de focalización puede ponerse de manifiesto sencillamente simulando la emisión de un pulso desde la fuente y observando su evolución temporal. Para esto se realizó una simulación del transitorio acústico en el entorno COMSOL de un pulso gaussiano, con un tiempo característico de 1 ms, en la posición de la fuente. Debido a los altos requerimientos de cómputo para el modelo tridimensional completo se simularon los primeros 80 ms. En la Figura 6 se ilustran tres

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Figura 6: Evolución del valor absoluto de la presión de un pulso gaussiano emitido desde la posición FSO02 para valores de tiempo 9, 25 y 50 ms (de izquierda a derecha). momentos de propagación del pulso (9, 25 y 50 ms) en un plano que contiene la fuente ubicada en la posición FSO02. Se observa claramente la re-focalización de la energía en las inmediaciones de la fuente luego de 50 ms. Este intervalo temporal se encuentra en el rango comprendido por las reflexiones tempranas que, junto con el sonido directo, contribuyen al incremento de la claridad. Muy probablemente también, debido a la precisión de la refocalización y a la coherencia de fase evidenciada en la simulación numérica, esta reflexión contribuya a incrementar la correlación cruzada interaural. En segundo lugar se determinó la respuesta en frecuencia del recinto a partir de un estudio estacionario en frecuencia en el mismo entorno de simulación. La misma se muestra en la Figura 7 para el rango 20 a 600 Hz. Se advierte la existencia de modos bien individualizables por debajo de los 120 Hertz. Un gráfico del valor absoluto de la presión para alguno de estos modos (en corte) se muestra en la Figura 8. Un análisis detallado muestra que en este rango de frecuencias los modos siguen una secuencia ordenada si se numeran por la cantidad de nodos que hacen contacto con las paredes de la cripta, con el piso o con ambos [3]. Los modos más energéticos por debajo de 100 Hz presentan uno o tres nodos en contacto con las paredes y cero o un nodo en contacto con el piso. La superposición de estos modos muestra un refuerzo energético en el eje de la cripta.

Figura 7: Respuesta en frecuencia de la cripta (valor promedio de la intensidad expresado en dB) derivada de las simulaciones numéricas, para una fuente ubicada en FSO01 en el rango 20-600 Hz.

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Figura 8: Corte de la simulación numérica del valor absoluto de la presión con la fuente ubicada en la posición FSO01 para algunos de los modos principales de la cripta, de izquierda a derecha y de arriba abajo (en Hertz) :27, 56, 66, 90, 112 y 129. La escala de colores se normalizó en cada caso entre el máximo valor y 30 dB por debajo.

3.3 Convolución con instrumentos musicales. Finalmente se realizaron operaciones de convolución entre las RI binaurales obtenidas en la cripta y grabaciones monofónicas del registro completo en escala cromática ascendente de diferentes instrumentos musicales acústicos propios del orgánico orquestal tradicional (en principio maderas y metales) obtenidas en cámara anecoica [4]. Se realizó previamente una selección de las grabaciones musicales, tomando decisiones sobre las distintas dinámicas y modos de ejecución. Se utilizó, entonces, el registro completo de Flauta, Oboe, Clarinete y Fagot en las maderas, y el registro completo de Trompeta en Bb, Trombón, Corno y Tuba en metales. La dinámica utilizada en todos los instrumentos fue fortísimo (ff) por ser esta la que más resalta las características de la sala a primera escucha. En la Tabla 2 se resumen algunas de las características extraídas de la escucha reducida [5] de los sonidos obtenidos, seleccionando las que resultan más relevantes para el fenómeno de focalización analizado en este trabajo. En general, las observaciones, si bien cualitativas, son consistentes con los resultados de las medidas acústicas y las simulaciones. Para los puntos de focalización se percibe una mayor proximidad de la fuente y un descenso de la reverberación, a excepción de las bajas frecuencias. Curiosamente, si bien el maniquí se encontraba orientado siempre hacia la fuente, en numerosos casos se reportaron fuertes lateralizaciones de la fuente.

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Tabla 2: Resultados cualitativos de las escuchas de algunas muestras instrumentales convolucionadas con las respuestas impulso binaurales obtenidas en la cripta. Características: FSO02 FSO02 FSO02

FSO03

B02 B05

Tímbricas

Espaciales

Resonancias en los armónicos superiores ‘Ecos flotantes’ en los primeros armónicos

B08

B01

FSO02

B07

FSO02

B08

Refuerzo en las bajas frecuencias. Refuerzo en las bajas frecuencias Amplificación de los armónicos superiores Refuerzo en las bajas frecuencias

Temporales

Proximidad de la fuente,

-

Fuerte lateralización derecha Proximidad de la fuente. Lateralización derecha en las frecuencias altas

Alta reverberación Alta reverberación a bajas frecuencias.

Fuerte lateralización izquierda Proximidad de la fuente. Lateralización derecha. Proximidad de la fuente. Lateralización derecha

Reverberación muy baja Alta reverberación.

4. DISCUSIÓN De forma general, los valores de los parámetros acústicos en los recintos dependen de la posición de la fuente y el receptor. Por este motivo en la norma se recomienda tomar medidas en diversas combinaciones de fuente y receptor. Sin embargo, en muchos casos los valores de los parámetros pueden promediarse y su variación presenta una distribución continua. Esto en mayor grado a medida que la distribución de energía se hace más uniforme y puede aplicarse la aproximación de campo difuso [6]. En los casos en lo que no se aplica, la distribución de estas variaciones puede ser discontinua (o multimodal) y los valores no pueden promediarse. Dos factores pueden contribuir a esta pérdida de homogeneidad, uno es la predominancia y solapamiento de modos de baja frecuencia en recintos con un grado muy alto de simetría, y el otro es la existencia de superficies cóncavas que focalizan la energía acústica. Ambos casos se aplican al recinto bajo estudio. El primer efecto es relevante sólo por debajo de los 100 Hz mientras que el segundo se aplica prácticamente a todo el rango de frecuencias, si bien el efecto a bajas frecuencias es menor. Por otra parte, mientras que el primer efecto se aplica al decaimiento de la energía acústica total (y por ende a el tiempo de reverberación, vinculado al tiempo de decaimiento de los modos normales activados), el segundo efecto se aplica principalmente al sonido directo de la fuente. Como consecuencia del primer efecto en la primera octava analizada (63 Hz) se produce un aumento en el tiempo de reverberación en el eje de la cavidad y una disminución de la claridad. El efecto de focalización, en cambio va en la dirección opuesta, ya que produce un refuerzo energético en el sonido directo y la respuesta a tiempos muy cortos. En cuanto a la influencia de la focalización en la percepción de las fuentes se tienen por un lado los efectos generados por el refuerzo en el nivel sonoro que afectan a las características tímbricas y espaciales y por otro los efectos en la relación directo/reverberante y los efectos binaurales que afectan a las características espaciales y temporales. Con respecto al refuerzo en el nivel sonoro en la focalización, éste correlaciona positivamente con la proximidad de la fuente, dado que la intensidad sonora es la clave relativa principal de la percepción auditiva de distancia [7]. Por lo tanto, es esperable que en la focalización la fuente

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sea percibida como mucho más próxima que su distancia real, algo que se verifica en las escuchas realizadas. Dado que la focalización es más efectiva para las frecuencias medias y agudas, el refuerzo en el nivel sonoro tiende a aumentar el brillo de la señal emitida por la fuente, algo que también contribuye a la sensación de proximidad. Esto se pone de evidencia para el caso de la focalización cercana a la pared (FSO03-B07), pero no para el caso de la focalización en el centro de la cripta (FSO02-B08), debido a que en este caso predomina el refuerzo de las bajas frecuencias provocado por los modos normales. Por otra parte, la relación directo/reverberante constituye también una clave absoluta de distancia, y si bien la focalización refuerza las primeras reflexiones, es posible que éstas, debido a su alto grado de coherencia sean incorporadas dentro del directo. Podemos mencionar un trabajo de Bronkhorst [8] que apunta en este sentido, considerando a la relación directo/reverberante como una clave binaural, que asigna al directo aquellos frentes de onda que guardan la misma coherencia. En cuanto a la IACC, ésta puede ser considerada también una clave de distancia [9], asignando a una mayor coherencia binaural una mayor proximidad de la fuente. En síntesis, este trabajo presenta una primera caracterización de un recinto con una arquitectura aural singular, donde los efectos de focalización, ya sea por el paraboloide de la cúpula o por un efecto de galería de susurros, se ponen en evidencia al analizar los parámetros acústicos derivados de las respuestas impulso. Esta caracterización incluye una exploración preliminar de cómo afecta la acústica particular de este espacio a la percepción tímbrica, espacial y temporal de instrumentos musicales de viento de la familia de las maderas y de los metales, para su posible utilización como herramienta compositiva.

5. AGRADECIMENTOS Al personal del museo Capilla Buffo y a Aldo. H. Ortiz (CINTRA), por facilitarnos el traslado del sistema de medición hasta el Valle Los Quebrachitos.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Ferreyra, Sebastian P., Esquinas, Patricio., Orecchia, Ignacio & Elias, Martin. “Diseño y construcción de una cadena de instrumentación electroacústica para la medición de la respuesta impulso de recintos según la norma ISO 3382. Mecánica Computacional XXVII, 63-72, 2009. [2] Cox, Trevor. “The sound book: The science of the sonic wonders of the world”. WW Norton & Company, 2014. [3] Payo Esper, Damián. Tesis de Licenciatura en Música y Tecnología. Universidad Nacional de Quilmes, 2014. [4] extraídos de http://theremin.music.uiowa.edu/MIS.html [5] Schaeffer, Pierre. “Traité des objets musicaux”, Seuil, 2002. [6] Kuttruff, Heinrich. “Room Acoustics”. CRC Press, 2009. [7] Zahorik, Pavel., Brungart, Douglas. S. & Bronkhorst, Adelbert W. “Auditory Distance Perception in Humans  : A Summary of Past and Present Research,” Acta Acust. united with Acust, 91, 409– 420, 2005. [8] Bronkhorst, Adelbert W. “Modeling auditory distance perception in rooms,” Proc. EAA Forum Acusticum Sevilla, 2002. [9] Larsen, Erik., Iyer, Nandini, Lansing, Charissa R., & Feng, Albert S. “On the minimum audible difference in direct-to-reverberant energy ratio,” J. Acoust. Soc. Am., 124, 450–61. 2008.

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Isolação Sonora de Vedações em Blocos de Gesso O.J.S. Júniora, J.J.R. Silvab & M.A.S. Pinheiroc a

Departamento de Engenharia Civil, Univ. Federal de Pernambuco, Recife, Brasil, otaviojsjunior@gmail.com b Departamento de Engenharia Civil, Univ. Federal de Pernambuco, Recife, Brasil, jjregosilva@gmail.com c Departamento de Estruturas e Construção Civil, Univ. Federal de Santa Maria, Santa Maria, Brasil marco.pinheiro@smail.ufsm.br

RESUMO: O isolamento sonoro em edificações tem sido cada vez mais requisitado diante de exigências de financiadores de imóveis e também normas de desempenho. No Brasil, a NBR 15575 (ABNT, 2013), norma brasileira de desempenho das edificações, que entrou em vigor em Julho de 2013, estabelece valores mínimos de isolação sonora para elementos construtivos. Um elemento construtivo bastante utilizado na região nordeste do Brasil é a alvenaria em gesso. Propõe-se neste trabalho, apresentar resultados de perda de transmissão sonora Rw, obtidos por meio de ensaios realizados em laboratório, para vedações verticais executadas em blocos de gesso. As vedações investigadas foram construídas com 4 tipos distintos de blocos de gesso: blocos de gesso maciços e vazados, ambos com 100mm de espessura e blocos de gesso maciços com 70mm e 50mm de espessura. Os respectivos valores do índice de perda de transmissão sonora foram iguais a 39dB, 36dB, 35dB e 34dB. Os resultados demostraram que as vedações em bloco de gesso seguem naturalmente a lei da massa, ou seja, quanto maior a densidade superficial da vedação, maior sua perda de transmissão sonora Rw. Verificou-se também que a redução na densidade superficial dos blocos de gesso promove, consequentemente, uma redução nos valores de Rw. No entanto, quando reduzida significativamente a densidade superficial do bloco, a perda de transmissão sonora não é reduzida na mesma proporção.

KEYWORDS: Isolação sonora; vedações verticais, desempenho acústico, blocos de gesso.

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1. INTRODUÇÃO Atualmente no Brasil, o desempenho acústico das edificações é regido pela NBR 15575 (ABNT, 2013), onde são estabelecidos os requisitos e critérios de isolamento acústico de vedações verticais externas (fachada), isolamento acústico entre ambientes (paredes e lajes) e isolamento quando ao ruído de impacto. A NBR 15575 (ABNT, 2013) determina que os valores normativos sejam obtidos por meio de ensaios realizados em campo, considerando na avaliação o sistema construtivo como um todo. Os ensaios de laboratório são realizados para caracterizar componentes, elementos e sistemas construtivos, utilizados na fase de elaboração do projeto, o qual deve prever a isolação adequada para cada sistema de vedação. Atualmente no Brasil a isolação sonora das vedações não é um tema abordado nos projetos de edificações residenciais. No entanto, com a necessidade de se atender à norma de desempenho, os projetistas têm buscado informações sobre o atual desempenho das vedações mais utilizadas, bem como a influência das ligações entre elementos distintos, onde a maior preocupação está na descrição e execução dos detalhes executivos (LEÃO, 1994). Comparando-se os requisitos em campo e laboratório, a NBR 15575 (ABNT, 2013) estabelece que, para um mesmo sistema de vedação, o valor de isolação em laboratório seja 5dB acima do isolamento acústico obtido em campo, haja vista que as condições do laboratório são melhor controladas. No entanto, ensaios realizados por Ferreira (2009) mostram que os resultados de ensaios realizados em campo, podem ser iguais, e em alguns casos, superiores aos resultados obtidos em laboratório, para um mesmo sistema construtivo. Ainda em se tratando de isolação sonora, a redução na densidade da vedação pode promover uma redução também no índice de redução sonora ponderado (Rw), aplicando-se a lei da massa. No entanto, em estudos realizados por Pinto (2011) verificou-se que materiais menos densos, como tijolo cerâmico vazado, podem apresentar valores ponderados superiores a alvenarias de materiais mais densos, como tijolo maciço. Estas vedações de uso mais comum na construção civil brasileira, como alvenaria em blocos cerâmicos e blocos de concreto, possuem resultados de isolação sonora conhecidos e divulgados na construção civil. No guia sobre a norma de desempenho, NBR 15575 (ABNT, 2013), elaborado pela Câmara Brasileira da Indústria da Construção – CBIC são apresentados diversos resultados de isolação sonora de vedações verticais, obtidos através de estudos realizados por distintos grupos de pesquisa. No entanto, o guia não possui informações sobre a isolação acústica de alvenarias executadas com blocos de gesso. Dada a escassez de informações sobre a isolação sonora promovida por vedações verticais executadas em blocos de gesso, um tipo de vedação bastante utilizada no nordeste brasileiro, este trabalho tem como objetivo primordial a caracterização da isolação sonora deste elemento construtivo, empregando-se blocos maciços e vazados, cada um destes com duas densidades diferentes, avaliando assim o comportamento quanto ao isolamento acústico quando alterada a característica e a densidade do elemento. Ensaios de isolação sonora em bloco de gesso foram realizados por Ruff et al. (2009) na Alemanha, analisando a influência de ligações rígidas entre os blocos de gesso e elementos estruturais. No entanto, no Brasil a avaliação do desempenho acústico dos blocos de gesso está restrita aos fabricantes dos blocos, que visam utilizar os resultados comercialmente. As vedações executadas em blocos de gesso, se comparadas com alvenarias em tijolo cerâmico, possuem algumas vantagens. Uma delas é a densidade superficial. Segundo Pires et all (2010), as alvenarias em blocos de gesso são mais leves, variando entre 0,6kN/m² e 1,0kN/m², enquanto que as alvenarias tradicionais em blocos cerâmicos revestidas com

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argamassa, variam entre 1,2kN/m² e 1,8kN/m². Isso, de certa forma, contribui para diminuição das cargas permanentes nas lajes e vigas. Embora a importância desse estudo esteja praticamente voltada para a região Nordeste do Brasil, no qual o Estado de Pernambuco, mais precisamente no polo gesseiro do Araripe, a 680km do litoral, responde por cerca de 90% da produção brasileira de gesso, estimada em dois milhões de toneladas (Peres et all, 2008), pode-se ampliá-la para regiões vizinhas.

2. MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 Laboratório de estudo e equipamentos de ensaio Os ensaios de isolação sonora foram realizados em câmaras reverberantes do Laboratório de Materiais e Construção Civil (LMCC), setor de acústica, da Universidade Federal de Santa Maria – Brasil, onde atualmente é oferecido o curso de Engenharia Acústica, o primeiro do Brasil. Os ensaios seguiram os procedimentos descritos nas normas ISO 10140, partes 1, 2 e 4, todas com versões do ano de 2010. As câmaras reverberantes possuem volumes de 60m³ e 67m³, separadas por um pórtico em concreto com 55cm de espessura. As paredes e lajes das câmaras são em concreto armado com 30cm de espessura e cada câmara possui porta dupla, em chapa de aço de 12,7mm de espessura, 1,50m de largura e 2,50m de altura, vedada com borracha em todo o seu contorno, fechada sob pressão, garantindo assim uma perfeita estanqueidade. As superfícies das câmaras não são paralelas, permitindo um campo difuso. A estrutura das câmaras é apoiada sobre isoladores em polímero neoprene, os quais são apoiados em pilaretes. A Figura 1 ilustra a câmara reverberante para ensaio de perda de transmissão sonora do Laboratório de Acústica da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM).

Figura 1: Planta baixa e corte longitudinal das câmaras reverberantes da UFSM (Fonte: Neto, 2006)

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Os ensaios foram realizados utilizando os equipamentos listados abaixo: • Medidor de nível de pressão sonora 2270, Bruel & Kjaer; • Fonte sonora omnidirecional tipo 4292, amplificador de potência tipo 2716 para fonte sonora, rotating boom ou microfone rotativo tipo 3923, todos B&K. 2.2 Elementos de vedação avaliados Os ensaios de isolação sonora foram realizados em 6 diferentes elementos de vedação, sendo avaliadas duas densidades distintas para cada tipologia de bloco de gesso, um bloco considerado pesado e outro considerado leve. Aqui, esta nomenclatura é utilizada apenas para diferenciar as duas densidades avaliadas. Na Tabela 1 são apresentadas as características dos blocos de gesso utilizados nas vedações avaliadas. A nomenclatura utilizada tem uma sequência de três letras maiúsculas (BG, M ou V), um número que significa a espessura do bloco em milímetros e outra letra maiúscula (P ou L). Estas letras significam B de Bloco, G de Gesso, M de Maciço, V de Vazado, P de Pesado e L de Leve. Assim, a sigla BGM100P significa que se trata de uma Bloco de Gesso Maciço, com 100mm de espessura e de densidade média Pesado. Tabela 1: Descrição dos blocos utilizados nos ensaios de isolação sonora Espessura Densidade superficial Nomenclatura Característica do bloco [mm] [kg/m²] BGM100P Bloco de Gesso Maciço – Pesado 100 105 BGM100L

Bloco de Gesso Maciço – Leve

100

103

BGV100P

Bloco de Gesso Vazado – Pesado

100

70

BGV100L

Bloco de Gesso Vazado – Leve

100

64

BGM70P

Bloco de Gesso Maciço – Pesado

70

72

BGM70L

Bloco de Gesso Maciço – Leve

70

57

Os blocos de gesso foram assentados com cola de gesso, produto apropriado para este fim. Diferentemente das argamassas de cimento e areia, que possuem capacidade de deformação, a cola de gesso aplicada na ligação entre os blocos torna a parede um elemento único e muito pouco deformável. Os blocos de gesso foram ligados ao piso, teto e paredes da câmara reverberante com cola de gesso, tomando-se o cuidado de não haver frestas ou fissuras que pudessem comprometer a real isolação sonora da vedação.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1 Isolação sonora em blocos de gesso Os resultados de isolação sonora, obtidos em ensaios realizados em laboratório, foram confrontados entre si, analisando o comportamento dos blocos com a variação da densidade superficial. Os resultados dos valores da perda de transmissão são apresentados nos gráficos mostrados a seguir. Para blocos com as mesmas características, variando apenas a densidade superficial, tem-se os resultados apresentados na Figura 1 para o bloco de gesso maciço de 100mm, pesado e leve.

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60 50

R' (dB)

40 30 20 10

Frequência (Hz)

BGM100P (Rw=39dB)

3,15 kHz

2,5 kHz

2 kHz

1,6 kHz

1,25 kHz

1 kHz

800 Hz

630 Hz

500 Hz

400 Hz

315 Hz

250 Hz

200 Hz

160 Hz

125 Hz

100 Hz

0

BGM100L (Rw=39dB)

Figura 1: Isolação sonora do bloco de gesso maciço com 100mm de espessura Identifica-se que embora haja pequenas diferenças nos valores de R´, o índice de perda de transmissão sonora ponderado é igual para os dois tipos de blocos. Na Figura 2 tem-se os resultados de perda de transmissão para paredes feitas com bloco de gesso vazado de 100mm, e diferentes densidades superficiais. 60 50

R' (dB)

40 30 20 10

Frequência (Hz)

BGV100P (Rw=36dB)

3,15 kHz

2,5 kHz

2 kHz

1,6 kHz

1,25 kHz

1 kHz

800 Hz

630 Hz

500 Hz

400 Hz

315 Hz

250 Hz

200 Hz

160 Hz

125 Hz

100 Hz

0

BGV100L (Rw=35dB)

Figura 2: Isolação sonora do bloco de gesso vazado com 100mm de espessura Dos resultados apresentados na Figura 2, identifica-se que há uma diferença de 1dB nos valores de Rw quando se compara as diferentes densidades superficiais. Neste caso, os blocos vazados mais pesados têm o maior valor de Rw. Outra observação é que os valores de R´ são ligeiramente maiores nas frequências mais altas, acima de 1kHz, para a parede de blocos vazados mais pesados. Nas frequências mais baixas, os blocos vazados mais leves apresentam valores melhores de R´. Na Figura 3 tem-se as respostas de perda de transmissão sonora em função das frequências em bandas de terço de oitava quando se fez as medições com paredes de blocos maciços de 70mm de espessura. Identifica-se que os blocos maciços geram melhores resultados de

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isolamento em quase toda a escala de frequências, embora o resultado do índice de perda de transmissão ponderado seja de 1dB. 60 50

R' (dB)

40 30 20 10

Frequência (Hz)

BGM70P (Rw=35dB)

3,15 kHz

2,5 kHz

2 kHz

1,6 kHz

1,25 kHz

1 kHz

800 Hz

630 Hz

500 Hz

400 Hz

315 Hz

250 Hz

200 Hz

160 Hz

125 Hz

100 Hz

0

BGM70L (Rw=34dB)

Figura 3: Isolação sonora do bloco de gesso maciço com 70mm de espessura Conforme pode ser observado na Figura 1, Figura 2 e Figura 3, não é significativa a diferença de isolação entre o bloco considerado leve e o bloco considerado pesado, no entanto, a diferença de densidade superficial também não é tão elevada. Na Tabela 2 são apresentadas a diferença superficial, a isolação sonora e as respectivas diferenças entre os valores de Rw obtidos com os blocos pesados e leves. Tabela 2: Resultados de densidade superficial, isolação sonora e respectivas diferenças Isolação Diferença de Densidade Diferença % de Nomenclatura sonora isolação sonora superficial [kg/m²] densidade superficial (Rw) [Rw] BGM100P 105 39 1,85 0 BGM100L 103 39 BGV100P

70

36

BGV100L

64

35

BGM70P

72

35

BGM70L

57

34

9,06

1

27,18

1

Observa-se na Tabela 2 que um aumento de 1,85% na densidade superficial do bloco maciço com 100mm de espessura não é suficiente para elevar o valor único de isolação (Rw). No bloco de gesso vazado, um aumento 9,06% promoveu um acréscimo de apenas 1dB na isolação sonora da vedação. No bloco maciço de menor espessura, 70mm, o aumento de 27,18%, na densidade superficial gerou um crescimento de apenas 1dB na isolação sonora. Mas a diferença nos resultados de Rw torna-se significativa à medida que se aumenta a espessura dos blocos, conforme se identifica na Tabela 2. Os blocos com espessura 100mm isolam 39 dB, enquanto os de 70mm 35dB. Embora o bloco vazado também seja de 100mm,

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mas se pode entender como tendo uma espessura equivalente menor, justamente devido aos vazios. Os resultados obtidos em todos os seis ensaios são resumidos na Figura 4. 60 50

R' (dB)

40 30 20 10

Frequência (Hz)

BGM70P (Rw=35dB)

2,5 kHz

2 kHz

1,6 kHz

3,15 kHz

BGM100L (Rw=39dB)

BGV100L (Rw=35dB)

1,25 kHz

BGM100P (Rw=39dB)

1 kHz

800 Hz

630 Hz

500 Hz

400 Hz

315 Hz

250 Hz

200 Hz

160 Hz

125 Hz

100 Hz

0

BGV100P (Rw=36dB) BGM70L (Rw=34dB)

Figura 4: Isolação sonora R´ em bandas de terço de oitava para todos os tipos de blocos É interessante observar que, com exceção do bloco de gesso vazado de 100mm e considerado pesado, há um bom isolamento na faixa de frequência entre 125 Hz e 250 Hz. Outra característica peculiar do gesso é um que não há uma queda acentuada nos valores de R´ na chamada frequência de coincidência, mais identificado no caso dos blocos maciços de 100mm. A frequência de coincidência está mais acentuada em 630Hz no caso do bloco de gesso maciço, de 70mm, consequentemente o mais leve. Na região de frequências mais altas, os blocos mais pesados são mais eficientes no isolamento. Com os resultados obtidos nos 6 ensaios realizados é possível elaborar um gráfico de isolação sonora ponderada versus densidade superficial, conforme mostrado na Figura 5. 40 39 Rw = 0,1035δ + 28,207 R² = 0,9624

Rw (dB)

38 37 36

Isolação (dB)

35 34 33 0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

densidade superficial do blocos

100,00

120,00

(kg/m2)

Figura 5: Isolação sonora em função da densidade superficial dos blocos

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Com os resultados indicados na Figura 5 pode-se gerar uma linha de tendência linear, regida pela Equação 1: R = 0,1035 δ + 28,207 w

(1)

Onde Rw = índice de perda de transmissão sonora ponderado ou isolação sonora e δ = densidade superficial. Com a equação (1) obtêm-se um R² igual a 0,96. Isso mostra uma boa linha de tendência, podendo-se avaliar valores de Rw para outros valores de densidade superficial. Com isso, permite-se prever-se uma densidade superficial média que proporcione uma isolação sonora desejável. A norma de desempenho NBR 15575-4 estabelece valores mínimos para classificar uma divisória em conforme o índice de redução sonora ponderado. Por exemplo, no caso de “parede entre unidades habitacionais autônomas (parede de geminação), nas situações onde não haja ambiente dormitório” o valor mínimo de Rw é 45dB. Substituindo Rw = 45dB na equação (1), obtém-se uma densidade superficial δ = 162,25 kg/m2. Isso significa que seria necessário um bloco de gesso cerca de 55% mais pesado em relação ao bloco de gesso maciço de 100mm de espessura.

4. CONCLUSÃO Neste trabalho foram mostrados resultados do índice de redução sonora ponderado para um conjunto de paredes construídas com blocos de gesso de diferentes densidades superficiais. Os ensaios foram realizados em câmara reverberante de laboratório. As paredes ensaiadas tinham área igual 13,1m2 e foram montadas com blocos de gesso maciços e vazados, de espessura igual a 100mm e com blocos maciços de 70mm. Os índices de perda de transmissão sonora ponderado Rw são iguais a 39dB, 36dB e 35dB, respectivamente para as paredes compostas de blocos maciço de 100mm, blocos vazados também de 100mm e blocos maciços de 70mm, todos em gesso. Identifica-se uma perda de 1dB comparando os valores de Rw obtidos com a parede de blocos de gesso vazado de 100mm com os de 70mm maciços. Isso mostra uma vantagem dos blocos vazados, embora ocupem mais volume aparente, são mais leves. No entanto, todos os resultados ficaram abaixo de índices mínimos exigidos pela norma brasileira de desempenho, exceto no caso parede cega de salas e cozinhas entre uma unidade habitacional e áreas comuns de trânsito eventual, tais como corredores e escadaria dos pavimentos. Apesar desses resultados aquém do esperado, identificou-se que é possível obter valores melhores de Rw por meio do aumento da densidade superficial dos blocos. Embora não mostrado aqui, também é possível fazer combinações de paredes duplas, de modo a aumentar os valores de Rw.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Associação Brasileira de Normas Técnicas. NBR 15575-4: Edificações habitacionais – desempenho – Parte 4: Requisitos para os sistemas de vedações verticais internas e externas – SVVIE. Rio de Janeiro, (2013).

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[2] Leão, A. J. A. Acústica de edifícios. Recomendações técnico-práticas para a concepção de edifícios escolares e de habitação. Dissertação (Mestrado) – Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. Porto, Portugal, (1994). [3] Ferreira, M. C. Nível de conforto acústico: uma proposta para edifícios residenciais. Universidade Federal de Campinas. Campinas, (2009). [4] Pinto, R. B. Determinação experimental e numérica da redução sonora aérea em paredes de alvenaria utilizadas em habitações. Santa Maria, (2011).

[5] Ruff, A. & Fischer, H M. Direkt- und Flankendämmung von Wänden aus GipsWandbauplatten. Verlag für Architektur und technische Wissenschaften. p.354-365, (2009). [6] Pires, C.W.A.S, Morais, N.B, Trajano, T.C.C & Buarque, C.A.S. Divisórias internas de edifícios em alvenaria de blocos de gesso – vantagens técnicas, econômicas e ambientais. Anais Citaes, (2010). [7] Peres, L., Benachour, M. & Santos, V.A. Gesso: Produção e utilização na construção civil. SEBRAE, Recife, (2008). [8] Neto, N. A.S. Caracterização do isolamento acústico de uma parede de alvenaria estrutural de blocos cerâmicos. Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal de Santa Maria. Santa Maria/RS, (2006). [9] CBIC – Câmara Brasileira da Indústria da Construção Civil. Desempenho de edificações habitacionais: guia orientativo para atendimento à norma ABNT NBR 15575/2013. 2ed. Fortaleza/CE, (2013). [10] International Organization for Standardization. ISO 10140-1: Acoustics – Laboratory measurement of sound insulation of building elements – Part 1: Application rules for specific products, (2010). [11] International Organization for Standardization. ISO 10140-2: Acoustics - Laboratory measurement of sound insulation of building elements - Part 2: Measurement of airborne sound insulation, (2010). [12] International Organization for Standardization. ISO 10140-4: Acoustics - Laboratory measurement of sound insulation of building elements - Part 4: Measurement procedures and requirements, (2010).

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Parâmetros acústicos em salas comuns de residências típicas no sul do Brasil M. E. Kleina , A.S. Panossob , S. Paulc a Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Brasil michaelklein92@hotmail.com b Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil, Universidade Federal de Santa Maria, Brasil c Engenharia Acústica, Universidade Federal de Santa Maria, Brasil

RESUMO: Os tempos de reverberação de uma sala são os parâmetros mais importantes para avaliação da acústica de ambientes destinados à transmissão da fala ou para apreciar música. Além disso, são parâmetros que precisam ser levantados nas medições da perda de transmissão sonora entre dois ambientes. A fim de conhecer os tempos de reverberação e a clareza C50 e C80 de salas de estar e dormitórios típicos no Brasil foram realizadas medições em 30 salas de estar e 30 dormitórios em residências na cidade de Santa Maria, no sul do Brasil. Verificou-se que as nas edificações com idade média de 34 anos, 40% estavam com piso de madeira, não tão utilizado na construção moderna. A mediana do T30 em 1kHz para salas de estar com um volume médio de 63, 60 m3 foi de 0,68 segundos. A mediana do T30 em 1kHz para quartos com volume médio de 33, 76 m3 foi de 0,49 segundos. Nas salas de estar, o C50 , em 1kHz, foi de 2, 4 dB e o C80 , em 1kHz, foi de 4, 14 dB. Nos dormitórios, o C50 , em 1kHz, foi de 3, 3 dB e o C80 , em 1kHz, foi de 5, 44dB. KEYWORDS: Tempo de reverberação, Parâmetro, Volume, Temperatura, Clareza

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1. INTRODUÇÃO A caracterização acústica de salas é de grande importância para várias finalidades e pode ser realizada por meio de vários parâmetros, tanto objetivos quanto subjetivos. Uma das características mais importantes em salas é a reverberação, que pode ser quantificada através do tempo de reverberação ou do tempo de reverberação inicial. A importância deste parâmetro reside na possibilidade de poder prever o comportamento do som na sala, e avaliar se as condições para a compreensão da fala ou a apreciação de música são boas. Desta forma, este parâmetro é interessante em salas destinadas à comunicação através da fala e em ambientes destinados para a escuta de música, compreendendo desta forma desde salas de aula, salas de concerto, salas de teatro e muitos outros, também salas de estar ou outros ambientes residenciais. Além disso, o tempo de reverberação de uma sala (de recepção) também é de interesse na avaliação da perda de transmissão proporcionado pela vedação entre dois ambientes. Apesar de ser teoricamente uma medição simples, na prática a medição do tempo de reverberação é mais crítica, pois é preciso garantir uma diferença considerável entre o nível de pressão sonora produzida pela fonte sonora e o nível de pressão sonora do ruído de fundo. Mais especificamente a diferença deve ser de 60 dB para determinar T60 , 30 dB para determinar T30 e 20 dB para determinar T20 . Enquanto uma diferença de 60 dB dificilmente pode ser atingida, diferenças de 30 dB e 20 dB são mais viáveis a serem atingidas em medições em campo. Ainda assim, altos níveis de pressão sonora em baixas frequências podem resultar em dificuldades na determinação de T20 e T30 , fazendo com que várias medições precisam ser realizadas para obter dados satisfatórios. Como os tempos de reverberação em salas dependem da absorção característica das superfícies da sala e dos objetos dentro delas, a possibilidade de estimar o tempo de reverberação de cada faixa de frequência como uma função do volume do ambiente representaria uma otimização de tempo ao realizar em medições acústicas. Ainda, para simplificar, a norma ISO 10140:2010 [1] assume um tempo de reverberação padrão de 0, 5 s para salas. Este valor corresponde a valores de tempo de reverberação encontrados em estudos realizados na década de 1950 no Reino Unido de salas de estar mobiliados [4] para a maioria das frequências. Tendo em vista que o interesse na determinação do tempo de reverberação em ambientes construídos no Brasil cresceu imensamente, devido à nova norma NBR 15575:2013 [7, 2], que faz considerações sobre as exigências de isolamento sonoro em edificações habitacionais, uma avaliação da situação no Brasil no que diz respeito ao tempo de reverberação é de grande interesse. Considerando que os sistemas construtivos e ambientes internos (pisos, tratamento das paredes) na Espanha e no Brasil são similares, a comparação dos resultados encontrados por Diaz e cols. [6] é indicada. Assim, o interesse primário do estudo relatado neste artigo é determinar valores típicos para o tempo de reverberação, em termos de T20 , T30 e EDT a partir de medições em ambientes habitacionais no sul do Brasil. A partir das medições foram determinados também os parâmetros C50 e C80 para estes ambientes.

2. MEDIÇÕES As medições de tempo de reverberação foram realizadas no sul do Brasil, na cidade de Santa Maria-RS. A determinação do número de residências nas quais os tempos de reverberação e de-

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mais parâmetros devem ser medidos deu-se de forma estatística. Considerando-se uma população infinita, o valor mínimo de amostras para medição dos parâmetros de interesse foi de 30 residências (30 salas de estar e 30 dormitórios). Para as medições do tempo de reverberação em ambientes comuns utilizou-se as recomendações da norma ISO 3382-2:2008 [3] e determinou-se o Early Decay Time, o T20 e o T30 a partir do método do ruído interrompido. Os pontos de microfone foram escolhidos conforme determina o método de engenharia, que exige três posições de microfone para cada uma das duas posições de fonte. Os equipamentos utilizados para as medições acústicas foram: Medidores de Nível de Pressão Sonora, fonte omnidirecional, amplificador e software para análise de dados. As medições abrangeram uma faixa de frequência de 80 Hz à 5 kHz. Além disso, foram calculados, a partir da energia sonora, os parâmetros de clareza para voz (C50 ) e clareza para música (C80). Como variáveis auxiliares foram medidos a temperatura do ar [ ◦ C], a umidade relativa do ar [%] e o volume de cada cômodo [m3 ].

3. RESULTADOS 3.1 Características gerais das residências A amostra total foi constituída por trinta ambientes conforme com características arquitetônicas conforme indicam os exemplos da Figura 1.

Figura 1: Salas de estar e dormitórios. Os anos de construção das residências avaliadas na cidade de Santa Maria (RS) variam entre 1970 e 2010. Ao utilizar o método de caixas (Figura 2) para avaliação de valores discrepantes constatou-se que a idade de uma das residências era um valor discrepante. Apesar disso, verificouse, que seus valores de volume e tempo de reverberação permaneceram próximos aos valores de medidas de tendência central destes parâmetros, o que justifica manter a observação na amostra analisada. Nas residências avaliadas, 40% tiveram pisos de parquet, o que é uma particularidade, já que é mais típica para a década de 1980, enquanto nas últimas duas décadas a preferência tem sido por piso cerâmico. Além destes dois tipos de piso, as residências tiveram pisos de vinílico, carpete e laminado, conforme indica o histograma na Figura 2.

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Figura 2: Diagrama de caixas da idade das residências e histograma dos tipos de pisos das residências. 3.2 Tempo de reverberação Tempo de reverberação em salas de estar: O tempo de reverberação típico em salas de estar no sul do Brasil, varia de acordo com os móveis, elementos decorativos, e superfícies da envoltória que proporcionam absorção sonora e dispersão sonora. As formas e quantidade de elementos de absorção e dispersão variam de uma sala de estar para outra. Para todos os parâmetros acústicos, bem como para os parâmetros volume, temperatura, umidade, foram feitas análises estatísticas, utilizando ferramentas da estatística descritiva (histograma, diagramas de caixa, parâmetros de tendência central). A Figura 3 apresenta os dados de volume, temperatura e umidade das salas de estar em termos de histogramas e diagramas de caixa. A partir da análise dos volumes dos ambientes observou-se, que há três valores discrepantes de volume na amostra (acima do valor extremo superior). Esses valores não se aproximam da mediana de volumes de 63,6 m3 . As temperaturas encontradas durante as medições estavam dentro da faixa permitida segundo a norma ISO 3382-2:2008 [3] para medições em campo. Apenas em um dos casos o valor 15 ◦ C não foi atingido, sendo que nesta medição a temperatura ambiente era de 12 ◦ C. A Figura 4 apresenta os dados para T20 , T30 e EDT encontrados nas salas de estar da amostra. Analisando-se a relação entre amostras que tiveram volume ou umidade muito diferente dos demais (valores discrepantes) observou-se que estas não apresentaram valores discrepantes em termos dos tempos de reverberação, justificando a retenção destas medições na amostra, dando origem às estatísticas descritivas da Tabela 1. Tabela 1: Média e mediana do T20 , T30 e EDT das salas de estar. f [Hz] T20, médio T20 mediana T30 médio T30 mediana EDTmédio EDTmediana

80 0,97 0,87 1,14 1,07 1,06 0,93

100 0,86 0,82 0,97 0,95 1,01 0,99

125 0,82 0,86 0,87 0,91 1,09 1,03

160 0,78 0,81 0,86 0,87 1,04 0,98

200 0,75 0,75 0,79 0,81 0,87 0,84

250 0,72 0,72 0,78 0,74 0,83 0,81

315 0,70 0,69 0,71 0,71 0,84 0,76

400 0,72 0,70 0,73 0,72 0,78 0,76

500 0,71 0,72 0,72 0,7 0,74 0,65

630 0,70 0,67 0,71 0,68 0,71 0,69

800 0,67 0,65 0,70 0,66 0,70 0,64

1k 0,67 0,65 0,69 0,68 0,70 0,68

1, 25k 0,67 0,66 0,71 0,68 0,66 0,67

1, 6k 0,67 0,65 0,69 0,67 0,66 0,63

2k 0,67 0,66 0,67 0,68 0,64 0,61

2, 5k 0,65 0,65 0,68 0,69 0,63 0,59

3, 15k 0,64 0,65 0,65 0,67 0,63 0,58

4k 0,62 0,62 0,63 0,63 0,61 0,58

5k 0,61 0,58 0,62 0,61 0,59 0,54

Para determinar se os valores dos parâmetros estavam distribuídos de forma normal, utilizouse o método de Kolmogorov-Smirnov. Devido a distribuição não-normal dos dados coletados para cada variável, foi utilizado a mediana como medida de tendência central para todos os parâmetros. As estatísticas (mediana, mínimo máximo) para os dados obtidos nas medições nas salas de estar encontram-se reunidas na Tabela 2.

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Figura 3: Histograma e diagramas de caixa para as variáveis volume, temperatura e umidade em salas de estar.

Figura 4: Diagramas de caixa dos dados do T20 e T30 [esquerda] e EDT [direita] em salas de estar para cada frequência. Como para todas as demais variáveis, para a análise do tempo de reverberação nas salas de estar, utilizou-se a mediana como medida de tendência central. A Figura 5 apresenta as medianas de T20 , T30 e EDT para as frequências centrais obtidas nas salas de estar. Em 1kHz, constatou-se T20 = 0, 65 s, T30 = 0, 68 s e o EDT= 0, 68 s.

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Tabela 2: Estatística das variáveis auxiliares em salas de estar. Mediana Valor mínimo Valor máximo Volume 63,6 31,7 207,3 ◦ Temperatura [ C] 21,3 12 30,3 Umidade relativa [%] 53 36 90 Pé direito [m] 2,62 2,5 2,8 [m3 ]

Figura 5: Medianas de T20 , T30 e EDT em função da frequência em salas de estar. Tempo de reverberação em dormitórios: Da mesma forma que nas medições em salas de estar mediu-se nos dormitórios o volume, a temperatura, a umidade e os tempos de reverberação e foram realizadas as análises estatísticas (Figura 6 e 7). Mesmo possuindo um valor discrepante para o volume dos dormitórios e uma medição fora da faixa de temperatura (13,2 ◦ C), não houve valores discrepantes nos tempos de reverberação (Figura 7). Tabela 3: Média e mediana do T20 , T30 e EDT dos dormitórios. f [Hz] T20 médio T20 mediana T30 médio T30 mediana EDTmédio EDTmediana

80 0,48 0,47 0,59 0,59 0,81 0,79

100 0,40 0,36 0,46 0,44 0,75 0,75

125 0,41 0,39 0,43 0,40 0,74 0,59

160 0,38 0,38 0,41 0,40 0,64 0,64

200 0,40 0,42 0,42 0,43 0,56 0,55

250 0,42 0,40 0,43 0,43 0,54 0,53

315 0,43 0,44 0,45 0,44 0,56 0,57

400 0,45 0,44 0,47 0,45 0,47 0,48

500 0,44 0,42 0,44 0,43 0,48 0,48

630 0,44 0,41 0,45 0,41 0,46 0,46

800 0,44 0,43 0,47 0,44 0,47 0,47

1k 0,46 0,44 0,49 0,49 0,45 0,42

1, 25k 0,47 0,45 0,5 0,5 0,45 0,45

1, 6k 0,47 0,47 0,50 0,51 0,45 0,43

2k 0,47 0,46 0,49 0,48 0,46 0,45

2, 5k 0,47 0,47 0,48 0,48 0,45 0,42

3, 15k 0,45 0,45 0,47 0,48 0,46 0,46

4k 0,45 0,45 0,46 0,47 0,44 0,46

5k 0,44 0,44 0,45 0,45 0,43 0,43

Da mesma forma que para as salas de estar, utilizou-se o teste de normalidade de KolmogorovSmirnov, na qual para o T20 , T30 e EDT a distribuição dos dados se deu de forma não-normal. Desta forma optou-se novamente pela mediana como medida de tendência central. As estatísticas dos parâmetros medidos nos dormitórios, com retenção de todas as amostras, encontram-se unidas na Tabela 4. Como para todas as demais variáveis, para o tempo de reverberação nos dormitórios utilizou-se

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Figura 6: Histograma e diagrama de caixa para os parâmetros auxiliares em dormitórios.

Figura 7: Diagramas de caixa dos dados do T20 e T30 [esquerda] e EDT [direita] em dormitórios para cada frequência. a mediana como medida de tendência central. A Figura 8 apresenta as medianas dos parâmetros T20 , T30 e EDT medidos nos dormitórios em função da frequência. Em 1kHz, constatou-se o T20 = 0, 44 s, T30 = 0, 49 s e para o EDT registrou-se 0, 42 s.

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Tabela 4: Estatística das variáveis auxiliares em dormitórios. Mediana Valor mínimo Valor máximo 33,76 24,5 72,44 ◦ Temperatura[ C] 22,1 13,2 30,9 Umidade [%] 44 30 72 Pé direito [m] 2,63 2,49 2,8 Volume[m3 ]

Figura 8: Medianas de T20 , T30 e EDT em função da frequência em dormitórios. 3.3 Parâmetros de Claridade Além dos tempos de reverberação foram determinadas a claridade para voz falada C50 e para música C80 , afim de ter mais informações sobre a qualidade acústica das salas. A partir dos dados obtidos nas medições C50 e C80 foram calculados de acordo com: R 50ms 2 p (t) dt C50 = 10 log R ∞t=0

(1)

R 80ms 2 p (t) dt C80 = 10 log R ∞t=0

(2)

t=50ms p

e

t=80ms p

2 (t) dt

2 (t) dt

Os resultados dos cálculos para os parâmetros clareza C50 e C80 , mostrados na Tabela 5, evidenciam que tanto nas salas de estar quanto para os dormitórios, nos ambientes há ótima inteligibilidade para fala em frequências superiores a 125 Hz. Já para a Clareza da Música os valores entre 2 e 6 dB indicam que as salas são propícias para música pop, jazz e música gospel moderna [5].

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Tabela 5: C50 e C80 das salas de estar e dormitórios. Frequência [Hz] 62,5 C50 [dB] Sala de estar -1,29 C80 [dB] Sala de estar 1,32 C50 [dB] Dormitório -0,46 C80 [dB] Dormitório 2,78

125 -1,02 1,89 0,39 3,22

250 0,43 2,4 1,94 3,8

500 1,39 2,93 2,61 4,65

1000 2,4 4,14 3,3 5,44

2000 4000 2,12 2,56 4,76 5,48 3,87 4,54 6,12 6,79

4. CONCLUSÃO Para salas de estar concluiu-se que os tempos de reverberação, em 1 kHz, foram T20 ( fc = 1kHz) = 0, 65 s, T30 ( fc = 1kHz) = 0, 68 s e EDT( fc = 1kHz) = 0, 68 s. O valor T30 ( fc = 1kHz) determinado neste estudo é superior ao T30 ( fc = 1kHz) = 0, 45 s determinado por Diaz e cols [6] para salas de estar em construções típicas na Espanha. Da mesma forma, é superior ao T30 ( fc = 1kHz) determinado por Burgess [4] no Reino Unido nos anos 1980, que foi de apenas 0, 33 s, para uma faixa de volumes similares dos ambientes. Da mesma forma, para os dormitórios, os tempos de reverberação em 1 kHz foram T20 ( fc = 1kHz) = 0, 44 s, T30 ( fc = 1kHz) = 0, 49 s e EDT( fc = 1kHz) = 0, 42 s, sendo igualmente superiores aos valores encontrados por Diaz e cols [6] e Burgess [4] que determinaram 0,36s e 0, 28 s respectivamente para uma faixa de volumes similares dos dormitórios. Porém, o valor global de tempo de reverberação determinado neste estudo está próximo ao valor indicados na ISO 10140:2010 como tempo de reverberação padrão. Além disso, concluiu-se que a partir de 125 Hz os valores de clareza da fala (C50 ) e clareza da música (C80 ) são apropriados para garantir boa inteligibilidade da fala e para os gêneros musicais pop e jazz.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] ISO 10140-2: Laboratory measurement of sound insulation of building elements - measurement of airborne sound insulation. [2] NBR 155575 edificações habitacionais - desempenho. [3] ISO 3382-2: Mensurement of room acoustic parameytters - reverberation time in ordinary rooms, 2008. [4] M. A. Burgess. Reverberation times in British living rooms. Applied Acoustics, (18):369–380, 1985. [5] S. do Valle. Manual prático de acústica. Música e Tecnologia, Rio de Janeiro, 3o edition, 2009. [6] C. Díaz and A. Pedrero. The reverberation time of furnished rooms in dwellings. Applied Acoustics, (66):945–956, 2005. [7] E. F. Vergara and S. Paul. Introducing the Brazilian standard NBR 15575 regarding the acoustical requirements, criteria and assessment methods for residential dwellings. In 2011, 2011.

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paper ID: 135 /p.1

A CLASSIFICAÇÃO ACÚSTICA COMO INSTRUMENTO DE VALIDAÇÃO DOS PROCESSOS DE REABILITAÇÃO ACÚSTICA DE EDIFÍCIOS HABITACIONAIS J. Patriciob b

Laboratório Nacional de Engenharia Civil, Av Brasil 101, 1700-066 Lisboa, Portugal, jpatricio@lnec.pt

RESUMO: Em consequência da recente crise financeira internacional, a qual teve reflexos relevantes nas economias dos países do sul da Europa, foi considerado estratégico pelo Governo Português apostar na reabilitação dos edifícios do património mais antigo, diminuindo o investimento na construção nova, devido por um lado à saturação do mercado e por outro aos constrangimentos financeiros existentes. Neste enquadramento foi publicada legislação que isenta a necessidade de cumprir critérios legais de acústica de edifícios. Para superar esta situação, e em consonância com tendências europeias recentes, foi criado um sistema de classificação acústica de edifícios que, ao ser aplicado a processos de reabilitação, permite qualificar as melhorias introduzidas e atribuir uma classe de conforto. Para além de valorizar o edifício reabilitado em termos de mercado, os resultados obtidos com a aplicação deste sistema, possibilitam ultrapassar a isenção legal de aplicação de normas de acústica de edifícios, e proporcionar ao residente ou comprador a exibição de uma certificação de qualidade do bem adquirido. Nesta comunicação apresenta-se a metodologia referida, fazem-se algumas considerações de aplicabilidade e referem-se alguns exemplos típicos de aplicação.

KEYWORDS: Acústica de edifícios, Classificação acústica, Conforto

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1. INTRODUÇÃO Na linha das várias componentes que integram o meio ambiente global, como sejam a qualidade do ar e da água do ponto de vista físico e químico, os aspetos ecológicos, a fauna, a flora, o património arqueológico e cultural, a paisagem e a organização do território, o ambiente sonoro, visto numa perspectiva de interligação entre o ser humano e os estímulos auditivos e vibro-sensoriais que o rodeiam, assume uma importância relevante no conceito de sustentabilidade. No domínio da acústica, um desenvolvimento sustentável abrange, assim, tanto o ambiente exterior, entendido como o meio envolvente dos edifícios, como o ambiente interior a esses mesmos edifícios, definido por espaços habitacionais, cuja qualidade pode e deve ser potenciada pelas tecnologias construtivas disponíveis. Até há alguns anos atrás, a promoção da habitação assentou fundamentalmente na construção de edifícios novos, definindo novos aglomerados urbanos, com toda a panóplia de vias rodo e ferroviárias, e serviços de acesso, criando novas centralidades, com todos os problemas daí derivados, nomeadamente a desertificação do centro das cidades, com reflexos negativos notórios na sustentabilidade global. Todavia, devido à crise financeira internacional, começou a adoptar-se em Portugal, como linha estratégica de recuperação sustentável das cidades, a promoção de acções de reabilitação de edifícios. E, para esse efeito e com o objectivo de facilitar os processos de licenciamento respectivos e potenciar pequenas acções de recuperação, foi criado um regime de isenção de verificação de critérios de condicionamento acústico que, na opinião do autor, em nada favorecem o consumidor ou usufrutuário final do bem habitação. Para superar esta situação, e em consonância com tendências europeias recentes, foi criado um sistema de classificação acústica de edifícios que, ao ser aplicado a processos de reabilitação, permite qualificar as melhorias introduzidas e atribuir uma classe de conforto ao edifício ou à fração habitacional que tenha sido objeto de acções de reabilitação, o qual é influenciado por 3 realidades distintas (vizinhança, acessos comuns, e interior da habitação versus habitações e outros espaços privados adjacentes), conforme se ilustra a Figura 1.

Figura 1 – Ilustração das realidades que influenciam a qualidade acústica de uma habitação

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Assim, esta comunicação apresenta uma metodologia para avaliar a qualidade acústica de edifícios habitacionais, visando a sua qualificação em termos das características globais da componente acústica interior nos espaços com utilização sensível (quartos e salas), contribuindo, consequentemente, para a sustentabilidade devida à componente acústica, e para o reforço dos padrões de qualidade de vida do cidadão.

2. METODOLOGIA Neste sentido e para o efeito pretendido, a avaliação correspondente baseia-se numa metodologia de quantificação dos indicadores regulamentares respetivos (quando aplicáveis), e na proposição de condições específicas quando a legislação existente não contemplar aspetos que se consideram relevantes para o estabelecimento de qualidade acústica desejável. À quantificação dos indicadores ou à apreciação das condições específicas mencionadas é atribuída uma pontuação de valoração (Pt), obtendo-se a pontuação média para a Habitação, de acordo com a seguinte expressão (1): (1)

onde, N - é o número de indicadores (requisitos regulamentares) considerados para a avaliação; Pti - são os pontos atribuídos a cada índice considerado; αi - coeficiente de ponderação associado a cada indicador (vd. Tabela 1). Com base na pontuação média obtida, por aplicação da expressão 1, é utilizado o enquadramento seguinte para atribuição do Nível de Avaliação Acústica (NAA) da habitação em causa, e o qual irá traduzir o seu grau de qualidade acústica, respectivamente: • NAA ≥ 2,5 ⇒ TIPO A; Permite assegurar padrões de conforto acústico de alto nível exigencial (qualidade muito boa). • 1,5 ≤ NAA < 2,5 ⇒ TIPO B; Cumpre patamar exigencial de conforto acústico, superior ao preconizado pela regulamentação aplicável (qualidade recomendável). • 1,0 ≤ NAA < 1,5 ⇒ TIPO C; Cumpre, genericamente, com o disposto na regulamentação aplicável e/ou assegura condições mínimas de conforto acústico. • NAA < 1,0 ⇒ TIPO D; Não conforme à legislação e/ou não assegurando desempenho acústico adequado.

Para efeitos de aplicação da expressão 1, apresentam-se, na Tabela 1, os indicadores utilizados na legislação Portuguesa relativamente à acústica de edifícios, assim como os coeficientes de ponderação respectivos que integram a expressão de avaliação anteriormente referida.

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Tabela 1 – Indicadores e coeficientes de ponderação Situação

Indicador

Coef.

D2m,nT,w

α1 = 4

2) Isolamento a sons aéreos (entre salas de apartamento emissor e salas ou quartos do apartamento receptor)

DnT,w

α2 = 6

3) Isolamento a sons aéreos entre espaços comuns como zonas de emissão e salas e quartos como zonas de recepção

DnT,w

α3 = 2

4) Isolamento a sons aéreos entre quartos e salas (como zonas de recepção) e espaços adjacentes usados para actividades comerciais, industriais, ou de divertimento público (como zonas de emissão)

DnT,w

α4 = 8

5) Isolamento a sons de percussão em quartos ou salas (como zonas de recepção) devido a ações de impacto exercidas em pavimentos de outro apartamento ou em espaços comuns (como zonas de emissão)

L’nT,w

α5 = 8

L’nT,w

α6 = 6

LAr,nT

α7 = 5

1) Isolamento sonoro de fachada (salas e quartos)

6) Isolamento a sons de percussão em quartos ou salas (como zonas de recepção) devido a ações de impacto exercidas em pavimentos de espaços usados para actividades comerciais, industriais, ou de divertimento público (como zonas de emissão) 7) Nível do ruído de equipamentos colectivos, tais como elevadores, portas de garagens, sistemas de ventilação, HVAC, etc., dentro de quartos ou salas de apartamentos 8) Isolamento a sons aéreos entre salas e quartos do mesmo apartamento

DnT,w

(1)

α8 = 1

(1) – Situação não regulamentar

Os valores dos coeficientes de ponderação adoptados pelo legislador, foram já aferidos e validados com base em inquérito social, o qual foi organizado privilegiando a simplicidade de compreensão, imprescindível para uma adesão de respostas significativa, tendo a sua distribuição sido realizada com auxílio de uma ferramenta on-line. Para a sua elaboração foram considerados os princípios da norma portuguesa NP 4476:2008 (a qual é derivada da ISO TS 15666:2003), tendo-se adotado, neste caso, uma escala numérica de onze pontos. Assim relacionou-se a incomodidade média relativamente aos vários tipos de ruído/isolamento legalmente considerados, onde um indicador associado a um ruído mais incomodativo terá necessariamente um maior coeficiente/peso de importância. Para efeitos de atribuição das pontuações associadas a cada indicador de comportamento acústico, são utilizados os àbacos constantes das Figuras 2 e 3, onde R representa o valor limite regulamentar.

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Figura 2 – Àbaco para quantificação do número de pontos a atribuir (isolamento)

Figura 3 – Àbaco para quantificação do número de pontos a atribuir (campo sonoro)

Note-se que na quantificação referida, de acordo com a legislação Portuguesa (sem a aplicação do regime de isenção inicialmente indicado), se pressupõe que os edifícios cumpram os critérios regulamentares em vigor, ou seja tenham sempre como valor mínimo uma pontuação igual a 1 para todos os indicadores (e naturalmente para o valor médio global). Todavia, no caso dos edifícios reabilitados, e atendendo à isenção mencionada, pode dar-se o caso de, após a reabilitação, não existir verificação regulamentar, e nessa situação existir uma margem extremamente alargada de “possibilidades” de qualidade. Por exemplo, sendo o limite regulamentar igual 50 dB (situação do isolamento sonoro requerido entre apartamentos), o isolamento sonoro de um edifício reabilitado que não observe as disposições legais tem, em última instância, uma gama de variação no seu indicador de isolamento da ordem das 50 unidades (correspondente à pontuação inferior a 1). Assim, sempre que o valor em causa seja inferior a 1,0 (Tipo D), pode haver interesse em detalhar mais pormenorizadamente esta banda classificativa, a qual tem como limite superior o Nível de Avaliação Acústica Tipo C (1,0).

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Para o efeito, apresenta-se um conjunto de ábacos, homólogos dos anteriores, os quais possibilitam formular uma avaliação/classificação consentânea com os requisitos desejados. Esta classificação é detalhada em 4 classes, respectivamente D+, D-, E, F e G, correspondendo a primeira a uma redução de 3 dB relativamente aos valores regulamentares atualmente especificados, a segunda a uma redução de 5 dB (3 + 2 dB), ou seja 2 dB em relação á anterior, e E e F a reduções de 5 dB cada relativamente aos limites anteriores (e G à extensão mínima), conforme gráficos da Figura 4.

Figura 4 – Àbaco para quantificação do número de pontos a atribuir (isolamento e campo sonoro, nos casos de reabilitação que não verifiquem exigências legais)

Na circunstância, a classificação fica disposta na forma, sendo o parâmetro de avaliação agora designado por IAA (Índice de Avaliação Acústica), para o diferenciar da classificação atribuível a edifícios que verifiquem os critérios regulamentares, como segue: 4,5 ≤ IAA < 5,0 ⇒ Tipo D+ 3,5 ≤ IAA < 4,5 ⇒ Tipo D– 2,5 ≤ IAA < 3,5 ⇒ Tipo E 1,5 ≤ IAA < 2,5 ⇒ TIPO F IAA ≤ 1,5 ⇒ TIPO G

3. EXEMPLOS Na Figura 5 apresenta-se uma ilustração exemplificativa da aplicação desta metodologia a 3 casos em que num deles, não havendo verificação regulamentar (é edifício reabilitado), houve necessidade de estender e detalhar a classificação a atribuir para que de um ponto de vista de mercado o edifício tenha uma etiquetagem de qualidade acústica.

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Figura 5 – Exemplo de aplicação da metodologia

Na Figura 6 apresenta-se a qualificação atribuível ao caso de edifício que não cumpre os critérios regulamentares em termos de acondicionamento acústico (obteve-se um IAA 2.5, ficando a habitação qualificada como do tipo F).

Requisito

Bairro Alto

1

(33); 5.0

2

(46); 3.5

3

(25); 1.5

4

(46); 1.6

5

(71); 1.8

6

(55); 3.0

7

(38); 2.7

8

(20); 1.0

Classificação

Avaliação

2.5

Tipo F

Figura 6 – Extensão da aplicação a edifício não conforme regulamentarmente

3. CONCLUSÕES A metodologia apresentada nesta comunicação segue princípios de avaliação de sustentabilidade na componente de conforto humano em edifícios e também do comportamento dos próprios edifícios e da sua integração no ambiente envolvente.

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Como realçado, permite que os promotores, as autoridades licenciadoras e os utilizadores finais, possam classificar ou beneficiar de uma classificação acústica que pode potenciar aspectos relevantes de mercado. Os procedimentos expostos são de fácil utilização, dão resultados adequados e compreensíveis para o cidadão comum, o que é deveras importante para a comunidade. Pode ser aplicada a edifícios novos e antigos, ou àqueles que venham a ser alvo de processos de reabilitação, reconversão ou remodelação, revitalizando assim as cidades e proporcionando condições adequadas para nelas se viver. Por último refere-se que as avaliações apresentadas nos exemplos de aplicação são coerentes com as apreciações globais a que os edifícios em causa são normalmente sujeitos pelos adquirentes

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Patrício, J. – Método LNEC para avaliação e classificação da qualidade acústica de edifícios habitacionais. LNEC, Lisboa, 2013. [2] Regulamento dos Requisitos Acústicos dos Edifícios - Decreto-Lei nº. 96/2008, de 9 de Junho, Diário da Republica, 1ª Série, 2008. [3] Silva, R.; Patrício, J. ; Aelenei, D. - Analysis of Weighting Coefficients Associated with Indices of Acoustic Behavior of Dwellings (Análise dos Coeficientes de Ponderação Associados aos Índices de Comportamento Acústico de Habitações). TECNIACUSTICA 2013,Valladolid, Spain, October, 2013. [4] ISO TS 15666:2003: Acoustics — Assessment of noise annoyance by means of social and socio-acoustic surveys.

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paper ID: 0137 /p.1

Determinación de diferencia por simplificación de diseño de salas en predicciones computacionales con técnicas de acústica geométrica G. Moreira.a a

Área de Proyectos, dBA Ingeniería Limitada. Francisco Javier 468, Santiago, Chile, germanmoreira04@gmail.com

RESUMEN: Actualmente la mayor parte del diseño acústico se realiza con programas computacionales que son capaces de realizar predicciones del comportamiento que tendrá el sonido en distintos recintos y ambientes. Para diseño de salas, las técnicas más utilizadas son los métodos por fuente imagen (Mirror Image) y trazado de rayos (Ray Tracing), que tienen rangos de eficiencia acotados por distintas condiciones físicas y conceptuales. Así mismo, los modelos arquitectónicos de una sala usados para acústica computacional suelen tener varias simplificaciones de dibujo y diseño respecto de los recintos reales, por distintas razones. El objetivo de este estudio es determinar las diferencias acústicas entre los valores medidos en un recinto real y los modelos proyectados, tanto idéntica (o muy similar) al recinto, como con simplificaciones acotadas y justificadas. De esta forma se busca establecer las ventajas y desventajas de las simulaciones computacionales y que técnicas de acústica geométrica son más eficientes considerando estos factores.

KEYWORDS: Ray tracing, Mirror image, acústica computacional, acústica de locales, parámetros acústicos.

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1. Introducción En el presente trabajo se realiza un análisis comparativo entre la eficiencia de la predicción utilizando métodos de acústica geométrica (Mirror image y Ray tracing) para salas que han sido analizadas y modeladas con simplificaciones en sus características constructivas. Las técnicas de acústica geométrica computacionales son ampliamente utilizadas para predicción de campo sonoro y también como un buen complemento a la teoría estadística de Sabine, Eyring – Norris, y sus distintas derivaciones. La técnica mirror image es usada generalmente en salas con superficies rectas y planas, para el modelado de reflexiones especulares. El principio de funcionamiento de esta técnica se basa en que las distintas reflexiones sonoras en las paredes son generadas por fuentes sonoras imagen que se encuentran simétricamente posicionadas respecto de la fuente original. De acuerdo a esto, la fuente sonora se sitúa frente a una pared rígida, que a su vez genera una onda reflejada cuya dirección e intensidad son idénticas a las de una onda directa creada por una fuente imaginaria situada al otro lado de la pared, y que empezó a emitir en el mismo instante que la fuente real. Para realizar estos cálculos es necesario considerar la absorción propia del muro, pues cada reflexión que se genere a partir la primera, se verá disminuida en cuanto a su intensidad. Esta técnica permite el uso de múltiples fuentes imagen, con las limitantes del coste computacional y del tiempo de cálculo. A su vez el trazado de rayos (ray tracing) es una técnica computacional que considera la difusión que se genera en cada reflexión en las distintas paredes de un recinto, lo cual implica que es preciso para frecuencias medias – altas (generalmente se considera valido determinar rango de eficiencia mediante la frecuencia de Schroeder) donde las longitudes de onda son pequeñas. En este método cada vez que un rayo se refleja en una superficie, se refleja a su vez en una nueva dirección, con una energía menor determinada por el coeficiente de absorción que tenga la superficie (s) de cada recinto. De esta forma es posible determinar y trazar la trayectoria de un rayo hasta que su energía sonora se extinga. Así, se puede calcular el tiempo requerido que tarda en extinguirse el sonido o tenga un valor lo suficientemente pequeño para obtener el tiempo de reverberación.

Figura 1.- Esquema referencial Fuente - Imagen “Mirror image”.

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Figura 2.- Esquema referencial método trazado de rayos “Ray tracing”. Por otro lado, las simplificaciones al modelar la arquitectura de una sala para la obtención de sus parámetros acústicos son de uso común, pues se estima que ciertas condiciones arquitectónicas no influyen mayormente en las predicciones del campo sonoro. Esto se asume generalmente por la longitud de onda del rango de frecuencias que se consideran importantes para el análisis acústico y por la validez práctica de dibujar idéntica una sala considerando el beneficio acústico v/s los tiempos de trabajo y dificultad de diseño.

2. ANTECEDENTES Y METODOLOGÍA 2.1 Antecedentes del Recinto. Para desarrollar este trabajo se escogió un recinto con geometria compleja, que sirve como punto de referencia para el estúdio con técnicas computacionales de acústica geométrica. Este recinto fue diseñado con criterios especificos para tener el mejor confort acústico posible. 2.1.1 Descripción del Recinto: El recinto es el auditorio central del Instituto Santo Tomás San Joaquín (Santiago, Chile). Fue diseñado y construido para usos de presentaciones musicales, artísticas, ceremonias, conferencias, proyección de cine, entre otros. Por ello, sus características acústicas de diseño son muy precisas y especificas, considerando varios parámetros técnicos específicos del campo sonoro. Superficie [m2]

810,45

Volumen [m3]

842.2

Asientos (Butacas)

170

Año de Diseño y Construcción

2012 – 2013

Arquitecto

Enrique Browne

Proyecto Acústico

Germán Moreira L / Alonso Ramírez F.

Tabla 1.- Tabla de información referencial del recinto.

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Figura 3.- Modelo arquitectónico para modelación de parámetros acústicos.

Figura 4.- Vista del recinto con construcción final.

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2.2 Metodología Para la realización de este trabajo se utilizó la siguiente metodología: - Diseño del modelo arquitectónico en software CAD. (En base a espacio constructivo disponible) y establecimiento de objetivos acústicos en la modelación. - Mediciones acústicas en la sala una vez construida, considerando varios parámetros propios de la acústica de salas como Tiempo de reverberación (T30), Inteligibilidad (STI), entre otros. - Comparación de resultados obtenidos y análisis posterior. 2.3 Materiales Constructivos del Recinto Piso (área audiencia)

Alfombra

Piso (área escenario)

Piso flotante

Cielo (área audiencia)

Revestimiento de madera ranurado

Cielo (área escenario) Muro (área audiencia)

Yeso cartón pintado Revestimiento de madera ranurado Ventana de vidrio (termopanel) Revestimiento de madera ranurado Tabique yeso cartón

Muro (área escenario)

Tabla 2.- Materiales constructivos en las superficies interiores del recinto.

3. DESARROLLO 3.1 Resultados de Modelaciones en Diseño De acuerdo a la modelación del recinto, se obtienen los siguientes valores para el tiempo de reverberación. Este modelo CAD tiene las siguientes simplificaciones propias de la etapa de diseño y proyecto. -

Butacas (No existía precisión ni del tipo ni de la cantidad de este elemento, ni sus características acústicas, como coeficiente de absorción) Variación cielo sector escenario (cambio de altura) Modificación en peldaños sector audiencia (no se precisaron dimensiones, solo se asigno coeficiente de absorción al material correspondiente y pendiente de nivel constructiva)

Frecuencia [Hz]

125

250

500

1000

2000

4000

Tiempo [S]

0,61

0,65

0,55

0,62

0,66

0,33

Tabla 3.- Tiempo de reverberación del recinto (modelación).

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3.2. Resultados de Mediciones Acústicas Para la validación de los resultados, una vez construida la sala se realizó medición de parámetros acústicos del recinto de acuerdo a la metodología propuesta en la norma ISO 3382/97, con el método de respuesta impulsiva. Los resultados obtenidos son los siguientes. 3.2.1 Tiempo de Reverberación Frecuencia [Hz]

125

250

500

1000

2000

4000

Tiempo [S]

0,6

0,44

0,5

0,6

0,6

0,55

Tabla 4.- Tiempo de reverberación del recinto (medición in situ). 0,7 0,6

Tiempo (s)

0,5 0,4 (a) ISO 3382 0,3 (b)Modelación 0,2 0,1 0 100

1000

10000

Frecuencia (Hz)

Gráfico 1.- Comparación tiempo de reverberación medidos in situ y modelados.

3.2.2 Parámetros Acústicos Generales Parámetro (@ 2Khz)

STI

ITDG

C80

EDT

Medición

0,74

23 [ms]

6,8 [dB]

0,67 [s]

Modelación

0,741

15,12 [ms]

7,1 [dB]

0,69 [s]

Tabla 5.- Comparación entre parámetros acústicos medidos in situ y modelados.

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4. DETERMINACIÓN DE RESULTADOS CON CAMBIOS EN SIMPLIFICACIONES DE MODELO ARQUITECTÓNICO CAD El modelo acústico original fue calculado con método de teoría estadística (Eyring-Norris), pues solo se consideró necesario obtener el tiempo de reverberación considerando el volumen de la sala y la absorción sonora de sus superficies. Para fines de este estudio, y poder predecir el campo sonoro de acuerdo a los métodos de acústica geométrica, al modelo arquitectónico se le realizaron las siguientes modificaciones: -

Inserción de butacas, considerando numero, dimensiones, área a cubrir y especificaciones técnicas aproximadas. Peldaños en todo el sector del área de audiencia. Se consideró la altura y las dimensiones de esta superficie, además de las características del material. Se realizó cambio en la altura del cielo del sector escenario, pues este descendió aproximadamente 1 [mt].

De acuerdo a esto se obtuvieron los siguientes resultados de tiempo de reverberación:

Frecuencia [Hz]

ISO 3382

Modelación (Eyring-Norris)

125

0,6

0,65

0,61

0,39

250

0,44

0,7

0,63

0,41

500

0,5

0,58

0,55

0,43

1000

0,6

0,69

0,62

0,45

2000

0,6

0,73

0,66

0,47

4000

0,55

0,47

0,31

0,43

Ray Tracing Mirror Image

Tabla 6.- Comparación entre resultados de tiempo de reverberación medidos in situ y modelados de acuerdo a técnicas de acústica geométrica computacional. 0,8 0,7

Tiempo [s]

0,6 0,5 (a) ISO 3382 0,4

Modelación 1 Ray Tracing

0,3

Mirror Image 0,2 0,1 0 100

1000

10000

Frecuencia [Hz]

Gráfico 2.- Comparación tiempo de reverberación medidos in situ y modelados.

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Respecto de otros parámetros acústicos relevantes, se realizó una predicción del comportamiento de la inteligibilidad en el recinto. STI (Frecuencia [Hz])

125

250

500

1000

2000

4000

Ray Tracing

0,76

0,75

0,77

0,754

0,753

0,82

Mirror Image

0,68

0,66

0,69

0,67

0,66

0,76

Medición In Situ

0,82

0,79

0,76

0,71

0,77

0,73

Tabla 7.- Comparación entre resultados de inteligibilidad STI medida in situ y modelados de acuerdo a técnicas de acústica geométrica computacional.

0,9 0,8 0,7

Tiempo [s]

0,6 0,5

Ray Tracing

0,4

Mirror Image

0,3

Medición

0,2 0,1 0 100

1000

10000

Frecuencia [Hz]

Gráfico 3.- Comparación entre resultados de inteligibilidad STI medida in situ y modelados de acuerdo a técnicas de acústica geométrica computacional.

5. ANÁLISIS DE DATOS OBTENIDOS 5.1. Análisis Generales -

-

-

Los coeficientes de absorción de los materiales empleados en la construcción de los recintos, no siempre son similares a los disponibles en las bases de datos o especificaciones técnicas de productos. Todos los modelos de predicción acústica, ya sean modelos estadísticos, ondulatorios o geométricos son aproximaciones al fenómeno de propagación sonora, pero no son exactos una vez que se comparan con resultados experimentales (estos también tienen un grado de incertidumbre en los resultados, producto del procedimiento e instrumental de medición) El modelo de predicción “ray tracing” fue más preciso en este estudio. Esto es atribuible al principio de funcionamiento de esta técnica, pues la geometría de esta sala tiene variaciones en sus distintas superficies y prácticamente no hay superficies paralelas en el recinto.

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-

-

-

-

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El modelo “ray tracing” fue más preciso tanto en la predicción del tiempo de reverberación e inteligibilidad, superando a la técnica “mirror image” y a la tradicional predicción estadística de las ecuaciones de Eyring – Norris. Para el uso del trazado de rayos se consideró el uso de 10000 rayos por fuente sonora. Este valor se consideró valido y equilibrado en relación tiempo / coste computacional. No tuvo variaciones significativas respecto de modelar con 100000 rayos, pero el tiempo de cálculo fue considerablemente menor. El algoritmo “mirror image” no tuvo buen rendimiento en la predicción del campo sonoro, siendo no recomendable para una sala con geometría completa. La posibilidad de generar fuente – imagen simétrica fuera del recinto se complica en una sala de este tipo, donde no existe paralelismo entre las superficies. En frecuencias bajo los 500 [Hz] ambos modelos entregaron valores distintos de las mediciones (excepción en 125 [Hz], método de trazado de rayos). Esto es coincidente con el criterio de uso de estás técnicas, ya que en frecuencias donde la longitud de onda es mayor, es recomendable realizar análisis ondulatorio o considerar el margen de variabilidad al momento de diseñar un recinto.

5.2. Análisis Respecto de Simplificación del Modelo Arquitectónico Considerando que este trabajo se realizo una vez construida la sala, existen antecedentes definitivos de las características del recinto. En concreto se obtienen los siguientes resultados: -

-

-

-

-

-

Existe mejor resultado añadiendo precisión al dibujo, es decir los parámetros obtenidos en la modelación con trazado de rayos es más precisa que si no se consideran las variaciones geométricas de las superficies. Este resultado es más claro en frecuencias entre los 500 y 2000 [Hz]. Se recomienda que el modelo CAD de un recinto sea lo más preciso posible, considerando que las simplificaciones que se mantuvieron respecto del modelo original fueron aplicadas solo a superficies con variaciones inferiores a [10 cm], y no en el sector donde se ubicará el público objetivo. Este es un buen criterio básico, asumiendo las longitudes de onda de las frecuencias altas, que es donde se encuentra la inteligibilidad de la palabra. La precisión aumentó en el sector de audiencia de público, y esto debe ser tomado en cuenta para proyectos de este tipo, pues en estos sectores es donde se obtuvo la mayor ventaja al corregir el modelo arquitectónico. Tomando el punto anterior, las simplificaciones del modelo, si no es posible evitarlas, es preferible realizarlas en sectores donde no se encuentre la audiencia, para no tener una predicción insuficiente del campo sonoro. También se debe considerar, que para el caso de este recinto especifico, la sala tiene una gran cantidad de material absorbente y baja reverberación, lo cual simplifica la predicción. Es importante evaluar estos criterios para el caso de salas que tengan un caso opuesto. Para complementar este trabajo, sería importante realizar predicciones de campo sonoro en puntos específicos de un recinto y realizar las comparaciones correspondientes para evaluar los recintos considerando otros parámetros como EDT, ITDG y posibles focalizaciones de sonido.

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6. CONCLUSIONES Se concluye, que para el caso de una sala con geometría compleja, y sin superficies paralelas entre si, es superior la predicción realizada con el método de trazado de rayos respecto del método de fuente – imagen. En el caso de simplificar los modelos arquitectónicos utilizados para predicción acústica, es preferible evitar este tipo de ajustes y dibujar la sala con la menor variación posible respecto del diseño original. En el caso de superficies de alta complejidad de dibujo, es preferible que estás simplificaciones se realicen en sectores alejados de la audiencia o se evite que estás variaciones sean de dimensiones que perjudiquen la predicción sonora considerando la relación frecuencia / longitud de onda. Todos estos resultados se deben valorar en su medida, pues este trabajo no valida esta situación para recintos con tiempos de reverberación mayores. Para tener una mejor aproximación y una referencia valida es altamente recomendable realizar un cálculo estadístico del tiempo de reverberación esperable en el recinto.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] Recuero, M. “Acondicionamiento acústico”, 1ra edición Editorial Paraninfo Thomson Learning (2001) [2] Lacatis, R., Cerda, S., Giménez, A., Romero J. “Comparación de los parámetros acústicos obtenidos mediante dos programas de simulación con modelos geométricos de diferente complejidad de una sala”, Revista de acústica Vol 42, 1-2, 2011. [3] Arau, H. “ABC de la acústica arquitectónica”, Ediciones CEAC (1999). [4] Bastián, N. “Comparación entre diferentes métodos de modelación del software EASE”, Revista SONAC 2012. [5] Moreira G., Ramírez A. “Simulación computacional de recintos arquitectónicos y modelos matemáticos v/s condiciones reales”. Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Ingeacus 2011. [6] Alton Everest, F., Polhmann, K. “Master Handbook of Acoustics”. Fifth edition, Mc Graw Hill (2009). [7] Carrión, A. “Diseño acústico de espacios arquitectónicos”. 1era edición, Ediciones UPC (1998). [8] ISO 3382. “Acoustics – Measurement of the reverberation time of with reference to other acoustical parameters”. International organization for standardization (1997). [9] Gerges, S.N.Y. & Arenas, J.P. “Fundamentos y Control del Ruido y Vibraciones”, 2da Ed., NR Editora, Florianópolis (2010). [10] Svensson, P. “The early history of ray tracing in room acoustics”, Norwegian University of science and technology (2008). [11] Allen, J., Berkley, D. “Image method for efficiently simulating room acoustics”. Acoustics research department, Bell Laboratories (1978). [12] Vörlander, M. “Simulation of the transient and steady‐state sound propagation in rooms using a new combined ray‐tracing/image‐source algorithm”, Journal of acoustical society of America (1989).

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Técnica alternativa para la caracterización de propiedades vibro-acústicas con aplicación en acústica de la edificación. J.V Torres a, P. Molina a, E.G. Segovia b, J. Ramis a. a

I.U. Física Aplicada a las Ciencias y las Tecnologías. Universidad de Alicante, AP. de Correos, 99, 03080, Alicante, España, jtr17@alu.ua.es. b Departamento de Ingeniería Civil, Universidad de Alicante, AP. de Correos, 99, 03080, Alicante, España.

RESUMEN: Este trabajo presenta la metodología para validar un procedimiento experimental alternativo para la caracterización de sistemas acoplados en acústica de la edificación. La técnica de medida consiste en el uso de una fuente no convencional para medidas de vibración como lo es un actuador electrodinámico comúnmente usado en los DML (Distributed Mode Loudspeaker) y el uso de señales del tipo MLS (Maximun Length Sequences). La técnica se ha aplicado en estructuras a tamaño reducido con el ánimo de estudiar la fenología de la transmisión de las vibraciones. La discusión de los datos se hace en torno a la evaluación del comportamiento modal y el análisis en régimen estadístico lo que permite estimar el tiempo de reverberación estructural, la diferencia de nivel normalizado y el índice de transmisión de las vibraciones. Los resultados se han comparado con técnicas convencionales obteniendo una alta correlación.

KEYWORDS: Análisis Modal, MLS, Tiempo de reverberación estructural, Índice de reducción de las vibraciones, modelos a tamaño reducido.

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1. INTRODUCCIÓN La serie de normas técnicas UNE EN ISO 12354-1-2 [1,2], presenta un sistema de ecuaciones para predecir el comportamiento acústico de distintos elementos constructivos en una edificación. Este modelo de cálculo está basado en la teoría del Análisis Estadístico de la Energía SEA por sus siglas en inglés (Statistical Energy Analysis) [3]. Esta es una técnica predictiva originada hace más de 50 años y que se ha adoptado para resolver diversos problemas en ingeniería dada su facilidad para resumir variables. La norma UNE EN ISO 10848-1[4] presenta los requerimientos para medir in-situ la transmisión por flancos, el cálculo de la diferencia de nivel de velocidad Dvij y el índice de reducción de vibraciones Kij. El proyecto en el cual se desarrolla este trabajo tiene por objetivo la optimización del diseño de suelos flotantes. Como es sabido, el estudio de la transmisión energética de la energía vibratoria en sistemas acoplados, como son los suelos flotantes, en situaciones reales es compleja. Por esta razón, se propone el estudio del fenómeno en estructuras a tamaño reducido como la que se muestra en la figura 1. Las estructuras están inspiradas en la configuración típica de una instalación en una edificación como se presenta en la figura 1 izquierda.

Figura 1: Izquierda: Configuración real de una instalación. Derecha Estructura usada para el desarrollo de la investigación El sistema bajo estudio que se presenta en este documento consiste es una esquina sencilla fabricada de una piedra arenisca llamada Bateig (figura 1 derecha). Este material es elegido por la similitud de sus propiedades mecánicas (módulo de Young, densidad y coeficiente de Poisson) con las del hormigón, que es un material típicamente usado en construcción. Este tipo de estructuras ya han sido analizadas en otros estudios. En [5] se establece una metodología alternativa para el cálculo de la rigidez dinámica para la capa vico-elástica de suelos flotantes, en [6] se hace un estudio numérico para ver la influencia de las condiciones de contorno en la respuesta modal de la estructura, en [7] y [8] se estudia la posibilidad de usar modelos numéricos inspirados en este sistema para calcular el índice de reducción de las vibraciones (Kij). El principal inconveniente en el uso de estructuras a escala reducida son los modos de vibración [9] y [10]. Ya que los modelos de cálculo de las normativas [1, 2, 4] están basados en un modelo estadístico [3] donde se evalúa el flujo de energía entre los subsistemas que conforman el sistema. Entonces, es necesario analizar modalmente la estructura para encontrar la valides del estudio. Por esta razón, el primer estudio que se realizó fue la evaluación del comportamiento modal de la estructuras. Para esto se utilizó COMSOL Multiphysics® [11] este es un software que utiliza el Método de los Elementos Finitos (MEF) o FEM (Finite Element Method) por sus siglas en inglés. La técnica alternativa que se presenta en este proyecto caracteriza los sistemas vibratorios usando señales del tipo MLS [12, 13] una fuente de excitación no convencional: un actuador. Los actuadores son transductores electrodinámicos comúnmente utilizados en

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sistemas de audio profesional conocidos como DML (Distributed mode loudspeaker). La combinación de estas técnicas se propuso en [14] para el estudio alternativo del comportamiento modal de vigas y para estudiar la radiación usando Holografía acústica de campo cercano (NAH Near-field Acoustic Holography) La configuración experimental propuesta en este trabajo, permite alcanzar un rango en frecuencia más alto, permitiendo distinguir las zonas donde domina el comportamiento modal y la zona donde se puede aplicar el punto de vista estadístico. Esto implica una ventaja respecto a las técnicas de medida de vibración convencionales como el martillo de impacto, la máquina de impacto y los excitadores modales (shaker) ya que estas técnicas están limitadas para el análisis de las altas frecuencias. Las comparaciones llevadas a cabo con métodos convencionales concluyen que la técnica propuesta es un método valido para hacer análisis modales y para determinar parámetros que describen el comportamiento acústico de sistemas constructivos en la edificación.

2. CONCEPTOS 2.1. Análisis Estadístico de la Energía (SEA) Como es sabido, en la acústica de la edificación existen distintas vías de transmisión sonora. Los modelos de cálculo de la transmisión sonora en la edificación están basados en el modelo estadístico conocido como SEA por sus siglas en inglés; Statistical Energy Analysis3. En la edificación la mayor parte de los elementos constructivos son placas (paredes y/o pisos) que se pueden simplificar a elementos de dos dimensiones, y las articulaciones más comunes son la cruz (X), T y uniones de esquina (L). En la acústica clásica el parámetro que describe la transmisión a través de una articulación es el coeficiente de transmisión, .Este se define como la relación entre la potencia incidente (i) y la potencia transmitida (j) sobre un elemento constructivo después de que la energía ha fluido por una serie de subsistemas interconectados entre sí. Comúnmente se expresa en dB y se conoce como la pérdida de transmisión, R. 10

1

(1)

Con lo cual la ecuación 1 puede ser escrita como la ecuación 2: 10

(2)

El tipo de onda más importante en los problemas de radiación acústica son las ondas de flexión10. Este tipo de ondas tiene el movimiento en dirección normal a superficie por lo que la interacción de energía con el aire es más eficiente. El modelo SEA limita el cálculo a este tipo de frecuencia para simplificar la estimación. 2.1.1 Modelo SEA en una unión: Para cualquier tipo de unión estructural donde existan dos placas o más conectadas entre sí, cada onda incidente en la articulación generará ondas en todas las placas conectadas. Para una articulación transversal, si cada placa se modela como un subsistema independiente y se supone que sólo admiten ondas flexión, entonces el modelo de SEA sería como se muestra en la figura 2.

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Figura 2: Esquema del flujo de la energía entre dos placas conectadas transversal. La placa fuente siempre se nombra con i o 1 y la placa receptora con j o 2. SEA supone que todas las placas están hechas del mismo material pero tienen distintos espesores. También se supone que la unión entre las placas es fijo. Las placas están libres para rotar en las articulaciones, pero, debido a las fuerzas de las otras placas, no existen desplazamientos. Esta es una suposición razonable a baja frecuencia y como consecuencia no se generan ondas longitudinales y solo se generan ondas flexión en la transmisión sonora. Estos supuestos se concluyen matemáticamente en la ecuación 3. 5 4 12 12

5 4 21

10

2

(3)

2

donde H12 es la relación de espesores entre el elemento 1 y 2 y H21 es la relación de espesores entre el elemento 2 y 1. 2.1.2 Nivel de velocidad promedio. El nivel de velocidad promedio se define en la ecuación 4 como diez veces el logaritmo decimal del cociente de la velocidad normal cuadrática promediada espaciotemporalmente de un elemento y la velocidad de referencia al cuadrado. 10

2 1 10

2 2

2

2 0

(4)

donde , , son las velocidades eficaces (cuadráticas medias) en posiciones diferentes sobre el elemento que se está midiendo, en metros por segundo y es la velocidad de referencia 1 10 , metros por segundo. 2.1.3 Diferencia de nivel de velocidad Dvij La diferencia de nivel de velocidad, está definida por la diferencia entre el nivel de velocidad promedio (ecuación 5) de un elemento i y el de un elemento j, cuando solamente se está excitando el elemento i, como se explica en la ecuación 5. En este estudio se está tratando con una excitación estructural, adhiriendo una fuente directamente al elemento emisor de las vibraciones. (5) donde, Nivel de velocidad en el elemento excitado (i) y en el elemento receptor (j) 2.1.4 Índice de reducción de vibración Kij

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Nivel de velocidad


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El índice de reducción de vibraciones viene dado por la ecuación 6, en decibelios. Está definido en la Norma EN 12354-1[1] como una magnitud inalterable para caracterizar una unión entre elementos. Las principales hipótesis que hacen posible la utilización de esta magnitud, son:  El acoplamiento entre los elementos i y j es débil. SEA considera que los caminos de transmisión descritos en el sistema se pueden considerar independientes.  Los campos de vibración en los elementos son difusos. Es decir, debe existir alta densidad modal en el rango frecuencias donde se hace el análisis para considerar los campos acústicos y vibratorios en el sistema, como estadísticos. 10

(6)

donde es la diferencia de niveles de velocidad promediados direccionalmente entre los elementos i y j, en decibelios y viene dado por la ecuación 7; es la longitud de la unión, en metros; y y , dados en la ecuación 8, son las longitudes de absorción equivalentes de los elementos i y j respectivamente, en metros. 1

,

2

(7)

,

donde , es la diferencia entre el nivel de velocidad promedio de un elemento i, excitado, y el de otro elemento j, actuando como receptor; y , es la diferencia de velocidad promedio entre un elemento i y un elemento j, cuando únicamente el elemento i es excitado. Estas magnitudes se expresan en decibelios. 2.2

2

(8) ,

Donde Sj es el área superficial del elemento j en metros cuadrados, Ts,j es el tiempo de reverberación estructural, co velocidad de propagación de las ondas en el aire, en metros por segundo; f frecuencia en Hz y fref es la frecuencia de referencia 1kHz.

3. ESTUDIO PREVIO El estudio previo consistió en la elección de las láminas visco-elásticas. Se estudiaron 9 muestras de distintos materiales empleados comercialmente, con el propósito de elegir un par de muestras representativas para el estudio. El criterio de elección consistió en la medida de la rigidez dinámica según la norma UNE 9052:1989 [15] algunas propiedades fueron obtenidas siguiendo las apreciaciones de [16]. Finalmente se eligieron las que se presentan en la tabla 1: Tabla 1. Propiedades mecánicas de las capas visco-elásticas elegidas para el estudio Muestra 6: Espesor Densidad Frecuencia de resonancia Factor de pérdidas Rigidez dinámica Módulo de Young

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0.03 94.83

26 0,154 4.80 183330

/

/


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Muestra 9:

Espesor Densidad Frecuencia de resonancia Factor de pérdidas Rigidez dinámica Módulo de Young

0.0125 697.63

39 0.205 11.15 177490

/

/

Las losas que hacen de piso flotante son 3 piezas de mármol de 50 cm x 50 cm con tres distintos espesores; 1 cm, 1,5 cm y 2 cm, denominadas en el estudio como L001, L002 y L003 respectivamente.

4. SET-UP EXPERIMENTAL El set-up experimental consiste en la esquina y en una plataforma en forma de U que la soporta. Entre ellas se ubicó una lámina visco-elástica para desacoplar mecánicamente las estructuras y así intentar recrear una condición de contorno libre para la esquina. El objetivo de la estructura en forma de U es permitir realizar mediciones en el elemento horizontal en la parte inferior. La figura 4 describe las medidas, el origen e coordenadas.

Figure 4. Izquierda. Detalles de la esquina y las condiciones de contorno (todas las medidas en centímetros). Derecha, Estructura real. Con base en 4 se seleccionan los puntos de fuente la tabla 2 indica las posiciones de fuente usadas. Este proceso se repitió para los dos elementos verticales, pero por cuestiones de espacio en este documento solo se describen los resultados obtenidos para las posiciones de fuente en el elemento horizontal. Tabla 2. Selección y localización de las posiciones de Fuentes usadas para la medición sobre el elemento horizontal. Superficie horizontal (piso), ejes de coordenadas (x, y) Posición 1 Posición 2 Posición 3

F1 (0.36,0.36)

F2 (0.26,0.21)

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F3 (0.16,0.26)


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La figura 5, muestra de manera gráfica la configuración del proceso de adquisición de datos en la medición.

Figura 5: Esquema del montaje experimental, usado en la metodología de medida. Con el propósito de poder visualizar las características modales de la estructura se realizó una malla de medida robusta (aproximadamente 600 puntos de medida por configuración).Finalmente, el estudio experimental consistió en analizar 63 diferentes configuraciones de medida, resultado de la composición entre fuente, capa visco elástica y placa de mármol.

5. RESULTADOS 5.1 Análisis modal La figura 6 comprara los resultados obtenidos entre el modelo numérico en FEM el procedimiento experimental propuesto en este documento.

Figura 6: Comparación del modelo numérico y experimental para la esquina desnuda. Respuesta del elemento horizontal. Como se puede observar en la figura 6 la correlación entre el modelo numérico de COMSOL® y la técnica experimental es alta, lo que indica que la técnica experimental es bastante confiable. 5.1.1 Respuesta modal de las seis superficies La figura 7 describe las respuestas modales para las 6 superficies que componen la esquina, en la parte de arriba sin solución de piso flotante y abajo cuando la solución es añadida.

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Figure 7. Respuesta en frecuencia para las seis superficies medidas. Arriba Esquina desnuda. Bajo. Esquina con solución de suelo flotante (Mármol de 2cm y Material 6) 5.2 Diferencia de nivel normalizado Dvij Como se indicó en el apartado de conceptos el Dvij compara un elemento i donde está la fuente en este caso el elemento horizontal superior y un elemento j adyacente. Se definieron 3 casos de análisis. El caso 1 describe el Dvij entre el elemento vertical superior e inferior. El caso 2 para el elemento horizontal superior y la pared delgada y el caso 3 para el elemento horizontal superior con la pared gruesa. La figura 8 presenta los resultados obtenidos para los tres casos cuando la esquina esta desnuda y cuando es agregada la solución constructiva. Se presenta solo para la losa de mármol de 2cm de espesor.

Figura 8. Diferencia de nivel normalizada para los tres casos evaluados. Arriba Caso 1. Medio Caso 2. Abajo Caso 3. 5.3 Tiempo de reverberación estructural Ts El tiempo de reverberación se calculó para la piedra Bateig con el fin de comprobar los supuestos de 1 y 2 donde indican que se puede estimar el Ts para materiales monolíticos como el hormigón en alrededor 0,5 segundos. Con el experimento se ha comprobado que es cierto, cuando la densidad modal es alta cuando no existen fluctuaciones del tiempo en frecuencia con lo cual no se podría indicar un único dato independiente de la frecuencia. La figura 9 presenta los resultados obtenidos.

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Figura 9. Tiempo de reverberación estructural de la piedra Bateig 5.4 Índice de reducción de las vibraciones Kij Finalmente se presenta el Kij la figura 10 describe los resultados obtenidos. La curva de tendencia es una curva típica para este estudio con lo cual la técnica puede ser usada para evaluar este parámetro.

Figura 10. Índice de reducción de las vibraciones 5.5 Índice de reducción del sonido de impacto ΔL Adicionalmente se compararon los resultados con los datos realizados según el experimento explicado en [17] con máquina de impactos. La figura 11 expresa los resultados obtenidos.

Figura 11. Comparación de la técnica experimental propuesta y la técnica de la máquina de impactos para el cálculo del índice de reducción del sonido de impacto. Como se puede observar la correlación entre las medidas es alta con lo cual el experimento también permite evaluar el índice de reducción del sonido de impacto como una metodología alternativa a la máquina de impactos.

6. CONCLUSIONES La técnica experimental alternativa para la caracterización del comportamiento vibroacústico usando como fuente un actuador combinado con las propiedades de las señales MLS, presenta un alto rendimiento para estudios modales de estructuras y para caracterizar propiedades acústicas como la diferencia de nivel normalizado, el tiempo de reverberación estructural el índice de reducción de las vibraciones e incluso estimar el índice de reducción de sonido de impacto. Esto se ha comprobado comparando los resultados con los obtenidos con modelos numéricos en FEM y con técnicas convencionales como el martillo de impacto, el shaker y la máquina de impacto encontrando en todos los casos una alta correlación y

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ventajas con la metodología aquí propuesta como la portabilidad y procesamiento de los datos en el dominio del tiempo.

7. AGRADECIMENTOS Este trabajo se ha podido realizar gracias a la ayuda concedida por la Generalitat Valenciana para la realización de proyectos de I+D para grupos de investigación emergentes (expediente GV/2013/019).

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS [1] UNE-EN-ISO 12354-1:2000. Acústica de la edificación, Estimación de las características acústicas de la edificación a partir de las características de sus elementos. Parte 1: Aislamiento acústico del ruido aéreo entre recintos.(2000) [2] UNE-EN-ISO 12354-2:2000. Acústica de la edificación, Estimación de las características acústicas de la edificación a partir de las características de sus elementos. Parte 2: Aislamiento acústico a ruido de impactos entre recintos.(2000) [3] Craik R. J. M., Sound Transmission through Buildings: using Statistical Energy Analysis, Gower, Aldershot, Hampshire, England. (1996). [4] UNE-EN ISO 10848-1:2006. Acústica, Medida en laboratorio de la transmisión por flancos del ruido aéreo y del ruido de impacto entre recintos adyacente. (2007). [5] Ramis, J, Carbajo, J., Hervás, C., Alba, J. Una alternativa para la caracterización de la lámina flotante en suelos flotantes. 41º Congreso Nacional de Acústica 6º Congreso Ibérico de Acústica. Tecniacústica-León 2010. (2010). [6] Segovia E. Torres J. Carbajo J. Ramis E. Comparación de Técnicas de Caracterización de Suelos Flotantes. 44º Congreso Español de Acústica. TecniAcústica 2013- Valladolid, 2013. [7] Ramis J., Segovia E. Alba J. Carvajo J. Godinho L. Numerical evaluation of the vibration reduction index for structural joints. Archives of Acoustics. Vol. 37, No. 2pp. 189–197. (2012). [8] Clasen D., Langer S. Finite element approach for flanking transmission in building Acoustics, Building Acoustics, 14, 1, 1–14. (2007) [9] Kling C. Investigations into damping in building acoustics by use of downscaled models, Ph.D. Thesis, Aachen, Aachener Beiträge zur Technischen Akustik. (2008). [10] Fahy F., Garddonia P. Sound and Structural Vibration, radiation, transmission and response 2nd Ed. Academic Press. London UK. (2007). [11] COMSOL Multiphysics. COMSOL Documentation, CFD Module, version 4.3 (2011). [12] Schroeder M. New Method of Measuring Reverberation Time. Bell Telephone Laboratories, Inc., Murray Hill, New Jersey. (1964). [13] Vörlander M., Kob M., Practical Aspects of MLS Measurements in Building Acoustics, Applied Acoustics, Vol. 52 (314): 239-258, (1997) [14] Torres J. Cárdenas W, Carbajo J, Segovia E, Ramis J. Estudio de la radiación en vigas empleando la Técnica de Medición de Holografía Acústica de Campo Cercano. VIII Congreso Iberoamericano de Acústica -Evora, (2012). [15] UNE-EN ISO 29052-1 Acústica de la edificación. Determinación de la Rigidez Dinámica. Parte 1 Materiales usados bajos suelos flotantes en viviendas. (1994). [16] Neves A., António A., Nossa A. Resultados Experimentais da Rigidez Dinâmica de Materiais Usados sob Pavimentos Flutuantes. Universidade de Coimbra, Portugal. (2008). [17] Pereira A., Godinho L., Mateus D., Ramis J., Branco F. Assessent of simplified experimental procedure to evaluate impact sound reduction of floor coverings. Applied Acoustics, Vol. 79. 92-103 (2014).

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Tratamiento Acústico de un Templo con Geometría Desfavorable J. N. Morenoa, C. Jiménezb & R. Riverac a

Laboratorio de Acústica, Pontificia Universidad Católica del Perú, Av. Universitaria 1801, San Miguel, Lima, Perú, jmoreno@pucp.edu.pe b Departamento de Arquitectura y Laboratorio de Acústica, Pontificia Universidad Católica del Perú, Av. Universitaria 1801, San Miguel, Lima, Perú, cjimene@pucp.edu.pe c Laboratorio de Acústica, Pontificia Universidad Católica del Perú, Av. Universitaria 1801, San Miguel, Lima, Perú, rrivera@pucp.edu.pe

RESUMEN: El presente trabajo reporta el desarrollo del tratamiento acústico de un templo cuya geometría comprometía el desempeño acústico necesario en recintos de esa naturaleza. Inicialmente se muestra la naturaleza geométrica regular del recinto, el cual fue modelado y simulado para comprobar la presencia de problemas acústicos. Los modelamientos verificaron la presencia de fenómenos de enfoques sonoros serios, una exagerada reverberación propia de los materiales y volúmenes esperados así como reflexiones tardías muy marcadas. En una siguiente etapa se realizan simulaciones de las posibles alternativas de solución así como auralizaciones de las mismas. De este proceso se obtuvo la solución que permitió optimizar la relación entre palabra hablada e interpretación musical complementando la acústica de recinto con el sistema de refuerzo sonoro. Finalmente luego de la propuesta acústica arquitectónica y su construcción, se procedió a realizar mediciones acústicas de verificación que corroboren la solución propuesta.

KEYWORDS: tratamiento acústico, reverberación, auralización, modelamiento, simulación

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1. GEOMETRIA DEL RECINTO El templo “Sagrado Corazón de Jesús” se encuentra ubicado en una zona residencial del distrito de Santiago de Surco en Lima y fue desde su concepción arquitectónica inicial de geometría acústicamente desfavorable, principalmente por la presencia interior de sólo formas cóncavas (planta elíptica con una cubierta de un cono inclinado truncado, ver figura 1), así como su gran volumen de aire interior (eje mayor: 43m, eje menor 30m, altura máxima: 31m; volumen interior aprox. 12000m3), previéndose problemas acústicos críticos como concentración de sonido, reflexiones de larga demora, prolongada reverberación entre otros. Adicionalmente, la primera planta se presenta rodeada de pasajes de circulación y entradas circundantes intercomunicadas. Existen además dos espacios acoplados que también fueron analizados: el baptisterio (de forma cónica) y el coro (en los pies de la nave, en la segunda planta). La estructura está construida de concreto armado con un gran óculo de vidrio en la cúspide del tronco de cono. La propuesta arquitectónica original era mantener la superficie de concreto expuesta como acabado interior final así como un piso de loseta de piedra. Las fotos 1 muestran vistas del proyecto ejecutado.

PLANTA

CORTE LONGITUDINAL

CORTE TRANSVERSAL

Figura 1: Planta y cortes de la geometría del recinto La existencia de formas geométricas regulares evidenciaba la presencia de focalizaciones y otros problemas acústicos que se analizan a continuación.

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Foto 1: Vistas interiores del recinto con acabados finales

2. EL PROBLEMA ACÚSTICO Con el objeto de estimar en condiciones de simulación las características acústicas esperadas en un recinto como éste, se procedió a realizar un conjunto de estimaciones para diferentes tipos de materiales, de donde se pudieron extraer valiosos datos útiles para la estimación de la solución, datos como son la distribuciones originales de niveles de presión sonora, mapas de inteligibilidad, tiempos de reverberación entre otros. La figura 2 muestra la distribución de presión sonora para una posición representativa de la fuente; se puede observar claramente la elevación de los niveles de presión sonora en ambos focos de la planta elíptica.

(a) (b) Figura 2: (a) Mapa de distribución del nivel de presión sonora con ponderación A con fuente sonora en altar muestra concentración de sonido en los focos, (b) Frentes de onda convergiendo en el foco cercano al altar

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La Figura 3 (a y b), muestran respuestas impulsivas del recinto donde es posible notar claramente la presencia de reflexiones tardías así como la ausencia de reflexiones tempranas. Las respuestas impulsivas simuladas en diferentes posiciones del recinto dan evidencia de ciertas superficies problemáticas cuyas reflexiones son sumamente energéticas.

(a)

(b)

Figura 3: Respuestas impulsivas del recinto en dos posiciones representativas

3. RESULTADOS SIMULADOS VS. RESULTADOS MEDIDOS EN CASCO En una etapa posterior, cuando el recinto estaba ya construido a nivel de casco terminado (sin acabados interiores), se realizaron mediciones acústicas cuyos resultados fueron comparados contra los resultados simulados bajo las mismas condiciones. Estos resultados fueron también usados para realizar ajustes en el modelo de simulación. Algunos resultados comparativos: Frecuencia Central por Banda de Octava (Hz) 125 250 500 1K 2K 4K 10.5 11.3 12.0 8.1 6.6 4.1 10.7 10.4 11.8 9.2 7.0 4.8

Tiempo de Reverberación (s) Simulado Medido Tiempo de Reverberación - T20 (s)

14,0

12,0

10,0

8,0

6,0

4,0

2,0

0,0 125

250

500

1000

2000

4000

Frecuencia Central por Banda de Octava (Hz) Simulado

Medido

Figura 4: Tiempo de reverberación simulado vs.medido

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Frecuencia Central por Banda de Octava (Hz) 125 250 500 1K 2K 4K 0.06 0.05 0.08 0.10 0.15 0.33 0.19 0.08 0.08 0.16 0.17 0.24

Definición a 50ms Simulado Medido 1,00 0,90

Definiciòn a 50ms - D50

0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 125

250

500

1000

2000

4000

Frecuencia Central por Banda de Octava (Hz) Simulado

Medido

Figura 5: Definición a 50ms simulado vs. medido Los parámetros mostrados y otros estimados, evidencian un buen ajuste del modelo al recinto real, con esta certeza, se procedió a utilizar el modelo en las actividades de diseño de la solución para el tratamiento acústico final.

4. LA SOLUCIÓN AL PROBLEMA Después de pasar por el proceso de auralización, de efectuar mediciones acústicas y hacer apreciaciones subjetivas se procedió a plantear una solución en coordinación por la especialidad de Arquitectura para acogerse a sus requerimientos estéticos. Esta consistió en aplicar un escarchado de celulosa en toda la superficies del cono en forma no uniforme, es decir de acuerdo a las zonas más desfavorables identificadas, se tenía dicho material en mayor espesor y por tanto mayor absorción sonora que en otras zonas. La foto 2 muestra el proceso de aplicación de dicho producto.

Foto 2: Proceso de aplicación de material absorbente en superficie cónica del techo

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Foto 3: Proceso constructivo de tratamiento difusor/absorbente sonoro de paredes


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Asimismo, como parte de los requerimientos de acabado, se requería utilizar superficies texturadas de madera como recubrimiento de las paredes laterales del templo, este requerimiento fue integrado como parte de la solución acústica. La foto 3 muestra detalle del tratamiento acústico propuesto durante su etapa constructiva, el cual consistió de cajuelas de madera de diferentes dimensiones y profundidades, cajuelas con una cubierta de madera sólida en algunos casos y con paneles perforados con material poroso absorbente sonoro en su interior en otros. Todo el conjunto se comporta como una combinación de difusores para un cierto ancho de banda y en general presenta una absorción suficiente para minimizar el efecto de las reflexiones tardías identificadas. Las fotos 4 y 5 muestran las superficies descritas ya terminadas.

Foto 4: Tratamiento difusor/absorbente sonoro de paredes terminado

Foto 5: Material absorbente en superficie cónica del techo terminado

5. RESULTADOS DEL TRATAMIENTO ACÚSTICO La figura 6 muestra una buena concordancia entre los valores simulados esperados y aquellos medidos para el tiempo de reverberación; estas curvas corresponden al promedio de 6 puntos representativos evaluados. Con relación al D50, este se incrementa aproximadamente a 0.3; si bien es cierto esto no es óptimo para oratoria, la inteligibilidad de la palabra en el templo se optimiza a través de sistema de refuerzo sonoro. La figura 7 muestra las respuestas impulsivas medidas en dos puntos representativos del templo ya terminado, se puede apreciar una disminución importante de reflexiones tardías, sin embargo aún se aprecian algunas reflexiones importantes que por las características del

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templo fueron difíciles de controlar como aquellas correspondientes a la pared posterior del altar y algunas otras superficies.

Figura 6: Tiempo de reverberación simulado vs. Medido(sin público) del templo terminado, promedio de 6 posiciones representativas

Figura 7: Respuestas impulsivas medidas del recinto en dos posiciones representativas del templo terminado

6. EL COMPLEMENTO ELECTROACÚSTICO Al evaluar resultados simulados y medidos, se observa que aún no se había llegado a obtener valores mayores a 0.6 de Definición para obtener una buena inteligibilidad de la palabra. Este hecho, previsto dada la complejidad del caso, llevó en esta etapa a concentrar esfuerzos de optimización, esta vez con el diseño óptimo del sistema de refuerzo sonoro. La Figura 10 muestra la disposición del sistema de refuerzo sonoro seleccionado, el cual consiste en dos arreglos lineales de altavoces ubicados a ambos lados del altar para lograr la cobertura del auditorio, a una altura de 3.5m sobre el nivel del piso, cada uno con 6 módulos de altavoz además de un módulo de subwoofer, se utilizó un segundo par de arreglos lineales (sidefills) para lograr cobertura sobre el altar. Son muy conocidas las virtudes inherentes a estos arreglos de altavoces, virtudes que en este caso resultaron sumamente convenientes pues se necesitaba lograr una cobertura uniforme en una gran área sin enviar demasiada energía

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acústica a las paredes circundantes y menos aún a las superficies del cono, energía que hubiese alimentado aún más el campo reverberante que se deseaba controlar.

Figura 8: Cobertura de sonido directo

Figura 9: Simulación de %Alcons (inteligibilidad)

La figura 8 muestra la gran conveniencia de utilizar arreglos lineales para uniformizar la cobertura sobre un área tan grande como el auditorio del templo, en este caso se logró que la cobertura no tuviera una variación mayor a 5 dB. La Figura 9 es una simulación de la inteligibilidad esperada, el %Alcons se ubica entre 7 y 13%. ,si bien estos valores no llegan a ubicarse a menos de 5% como para considerarse un resultado excelente, considerando el RT60 con el que se trabaja y la magnitud del espacio físico, se puede afirmar que entre 7 y 13% es un buen resultado.

Figura 10: Disposición de arreglos lineales

Figura 11: Cobertura de sidefills sobre el altar

Como se puede ver en la figura 11, los arreglos lineales laterales al altar (sidefills) han logrado cubrir uniformemente esta zona.

7. CONCLUSIONES Ha sido posible obtener un buen desempeño acústica para el templo analizado en este trabajo, esto se logró después de un estudio basado en simulaciones del recinto y del sistema de refuerzo sonoro, auralización y mediciones. El resultado final se podría considerar como muy bueno aun a pesar de haber partido de condiciones geométricas muy desfavorables.

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8. REFERENCIAS BIBLIOGRテ:ICAS [1] Heinrich Kuttruff, Room Acoustics, 4th Ed. By Elsevier Science Publishers Ltd [2] Z. Maekawa and P. Lord, Enviromental and Architectural Acoustics, By E&FN SPON [3] Yoichi Ando, Architectural Acoustics, By Springer 窶天erlag New York Inc.

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Actas FIA Valdivia 2014 part 1 de 4  

Libro de Actas del IX Congreso Iberoamericano de Acústica FIA2014 (Valdivia). Parte 1, páginas 01 a 372.

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