acondicionamiento acústico de aula [pfc].pdf

i

ndice

Captulo 1. Introduccin ............................................................................... 1

1.1. Entorno del proyecto ............................................................................................................. 1

1.2. Motivacin y objetivos .......................................................................................................... 2

1.3. Estructura del proyecto ........................................................................................................ 3

Captulo 2. Anlisis acstico de recintos ................................................. 5

2.1. Principios bsicos del sonido ............................................................................................. 5

2.1.1. La voz humana ................................................................................................................................. 6

2.2. Propagacin del sonido en un recinto cerrado ........................................................... 8

2.3. Parmetros acsticos en aulas y salas de conferencias ........................................ 10

2.3.1. Tiempo de reverberacin (TR) ............................................................................................... 10

2.3.2. Early Decay Time (EDT) ........................................................................................................ 13

2.3.3. Claridad de la voz (C50) .............................................................................................................. 13

2.3.4. Definicin (D)................................................................................................................................. 14

2.3.5. Parmetros de inteligibilidad .................................................................................................. 15

2.3.6. Sonoridad (G) ................................................................................................................................. 17

2.3.7. Ecos y focalizaciones del sonido ............................................................................................ 18

2.3.8. Resumen de los valores recomendados para los parmetros acsticos a aulas y

salas de conferencias. ............................................................................................................................. 19

Captulo 3. Caracterizacin del recinto.................................................. 20

3.1. Presentacin del aula ......................................................................................................... 20

3.2. Realizacin de las mediciones ........................................................................................ 23

3.2.1. Equipo utilizado y conexionado ............................................................................................. 23

3.2.2. Posiciones de medida ................................................................................................................. 25

3.2.3. Configuracin del software de medicin ............................................................................ 27

3.2.4. Correcciones para sala vaca ................................................................................................... 32

ii

3.3. Evaluacin de los resultados obtenidos ...................................................................... 34

3.3.1. Datos obtenidos con la fuente omnidireccional .............................................................. 34

3.3.2. Datos obtenidos con el sistema de megafona ................................................................. 48

3.3.3. Datos obtenidos con la microcadena ................................................................................... 54

Captulo 4. Modelado del recinto ............................................................. 60

4.1. Creacin del modelo arquitectnico con EASE ........................................................ 60

4.2. Caractersticas acsticas del modelo y ajuste ........................................................... 62

Captulo 5. Mejoras propuestas ................................................................ 70

5.1. Consideracin de distintas posibilidades ................................................................... 70

5.2. Simulacin y evaluacin de la mejora elegida .......................................................... 72

5.2.1. Cambio en las reas de audiencia del modelo .................................................................. 72

5.2.2. Eleccin del nuevo material ..................................................................................................... 74

5.2.3. Resultados obtenidos tras la mejora .................................................................................... 75

5.2.4. Simulacin del comportamiento ante otras fuentes de sonido ................................. 80

5.3. Presupuesto aproximado .................................................................................................. 86

Captulo 6. Conclusiones ............................................................................. 90

6.1. Sobre el acondicionamiento de recintos ..................................................................... 90

6.2. Sobre el trabajo realizado ................................................................................................. 91

6.3. Posibles trabajos futuros .................................................................................................. 92

Apndice A. Formulacin de parmetros ............................................. 93

Apndice B. Condiciones de la Universidad de Cambridge para la

realizacin del Listening test ................................................................. 99

Apndice C. Resultados de las mediciones ........................................ 101

Referencias ................................................................................................... 109

iii

ndice de figuras

Figura 2.1. Espectro frecuencial de la seal generada por la vibracin de las cuerdas

vocales [1] ................................................................................................................................................................ 6

Figura 2.2. Contribucin frecuencial al nivel de la voz y a la inteligibilidad de la palabra [1]

...................................................................................................................................................................................... 7

Figura 2.3. Directividad de la voz humana en las bandas de octava comprendidas entre 500

Hz y 4 kHz (segn Moreno y Pfretzschner) [1] ........................................................................................ 8

Figura 2.4. Ecograma asociado a un receptor con indicacin del sonido directo, las

primeras reflexiones y la cola reverberante [1]....................................................................................... 9

Figura 2.5. Valores recomendados de TRmid (500 Hz - 1 kHz) en funcin del volumen del

recinto: a) espacios de uso deportivo b) salas de conferencias y aulas (recintos ocupados)

[1] .............................................................................................................................................................................. 12

Figura 2.6. Relacin entre el EDT y el tiempo de reverberacin ..................................................... 13

Figura 2.7. Correspondencia entre %ALCons y STI/RASTI [1]........................................................ 16

Figura 2.8. Evolucin temporal de la energa sonora correspondiente a la emisin de una

vocal seguida de una consonante en un recinto cerrado (segn Kurtovic) [1]......................... 17

Figura 3.1. Situacin y fachada del edificio Gerald Brenan (Fuente: Google y UMA) ............. 20

Figura 3.2. Interior del aula 3 del edificio Gerald Brenan .................................................................. 21

Figura 3.3. Distribucin de los alumnos durante la realizacin de un examen ........................ 21

Figura 3.4. Detalle del sistema megafona ................................................................................................ 22

Figura 3.5. Fotografa de uno de los equipos de los que se dispone (LG FA162) [9] .............. 22

Figura 3.6. Esquema de conexionado del equipo utilizado para realizar las medidas en el

aula............................................................................................................................................................................ 23

Figura 3.7. a) Conectores XLR macho y hembra, b) Conector Jack, c) Conector Speakon .... 24

Figura 3.8. Conector RCA ................................................................................................................................. 24

Figura 3.9. Distribucin de los puntos de medida sobre la zona de audiencia (pupitres) ... 25

Figura 3.10. Posicin del equipo utilizado dentro del aula ............................................................... 26

Figura 3.11. Ventana de configuracin principal ................................................................................... 27

Figura 3.12. Configuracin Hardware Reference para obtener la seal de referencia ...... 28

Figura 3.13. Configuracin de la seal utilizada como estimulo ..................................................... 28

Figura 3.14. Configuracin para realizar las medidas a travs de un micrfono ..................... 29

Figura 3.15. Configuracin para la calibracin del micrfono ......................................................... 30

Figura 3.16. Seleccin y visualizacin del nivel de salida .................................................................. 30

Figura 3.17. Configuracin para comenzar la realizacin de mediciones con promediado,

preestimulacin y seal de referencia de hardware ............................................................................ 31

iv

Figura 3.18. Valores medios de TR en el aula vaca y en la ocupada ............................................. 35

Figura 3.19. Curvas del TR (ocupada) en distintos puntos de medida ......................................... 35

Figura 3.20. Desviacin estndar de TR (ocupada) .............................................................................. 36

Figura 3.21. Valores de TRmid (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora ........ 36

Figura 3.22. EDT medio en el aula vaca y en la ocupada ................................................................... 37

Figura 3.23. Valores medios de TR y EDT (ocupada)........................................................................... 38

Figura 3.24. Desviacin estndar de EDT para cada banda de frecuencia .................................. 38

Figura 3.25. Valores de EDTmid (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora ..... 39

Figura 3.26. Valores medios de C50 para cada banda de frecuencia en el aula vaca y

ocupada ................................................................................................................................................................... 40

Figura 3.27. Desviacin estndar de los valores de C50 (ocupada) en cada punto de medida

.................................................................................................................................................................................... 41

Figura 3.28. C50 speech average (ocupada) en funcin de la distancia ...................................... 41

Figura 3.29. Valores medios de D en el aula vaca y en la ocupada ................................................ 42

Figura 3.30. Desviacin estndar de las distintas medidas de D (ocupada) .............................. 43

Figura 3.31. Valores de STI (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora ............ 44

Figura 3.32. Valores de G (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora ................ 45

Figura 3.33. Ecograma de todas las medidas realizadas en el aula vaca .................................... 46


Figura 3.35. a) TR (ocupada) en distintos puntos de medida b) Valores de TRmid (ocupada)

en funcin de la distancia a la fuente sonora .......................................................................................... 49

Figura 3.36. EDT medio con el aula vaca y el aula ocupada ............................................................. 49

Figura 3.37. a) Valores de EDTmid (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora b)

Valores medios de TR y EDT (ocupada) .................................................................................................... 50


ocupada ................................................................................................................................................................... 50

Figura 3.39. a) Desviacin estndar de los valores de C50 (ocupada) en cada punto de

medida b) C50 speech average (ocupada) en funcin de la distancia .................................. 51

Figura 3.40. a) Valores medios de D en el aula vaca y en la ocupada b) Desviacin estndar

de las distintas medidas de D (ocupada) .................................................................................................. 52


Figura 3.42. Situacin de los puntos de medida realizados con la microcadena como fuente

.................................................................................................................................................................................... 54


Figura 3.44. a) TR (ocupada) en distintos puntos de medida b) Valores de TRmid (ocupada)

en funcin de la distancia a la fuente sonora .......................................................................................... 55

v

Figura 3.45. EDT medio con el aula vaca y el aula ocupada ............................................................. 55

Figura 3.46. s) Valores de EDTmid (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora b)

Valores medios de TR y EDT (ocupada) .................................................................................................... 56


ocupada ................................................................................................................................................................... 56

Figura 3.48. a) Desviacin estndar de los valores de C50 (ocupada) en cada punto de

medida b) C50 speech average (ocupada) en funcin de la distancia .................................. 57

Figura 3.49. a) Valores medios de D en el aula vaca y en la ocupada b) Desviacin estndar

de las distintas medidas de D (ocupada) .................................................................................................. 58


Figura 4.1. Modelo del aula construido en EASE ................................................................................... 60

Figura 4.2. Vistas arquitectnica del modelo con los materiales diferenciados por colores

.................................................................................................................................................................................... 61

Figura 4.3. TR obtenido con el modelo (aula vaca, sin ajustar) ...................................................... 62

Figura 4.4. Comparacin entre el TR medido y el TR del modelo sin ajustar ............................ 63

Figura 4.5. Ventana de Optimize RT con coeficientes de absorcin de Yeso techo y TR

obtenido al aplicarlos al techo ....................................................................................................................... 63

Figura 4.6. Directividad y respuesta en frecuencia de la fuente de sonido Sphere ............. 64

Figura 4.7. Comparacin entre el EDT medido y el del modelo ajustado .................................... 65

Figura 4.8. Representacin tridimensional de los valores de EDT sobre la audiencia .......... 65

Figura 4.9. Comparacin entre los valores de C50 medidos y el los modelo ajustado ............ 65

Figura 4.10. Representacin tridimensional de los valores de C50 sobre la audiencia .......... 66

Figura 4.11. Comparacin entre los valores de D medidos y los del modelo ajustado .......... 66

Figura 4.12. Representacin tridimensional de los valores de D sobre la audiencia ............. 66

Figura 4.13. Representacin tridimensional de a) %ALCons y b) STI sobre la audiencia ... 67

Figura 4.14. Representacin tridimensional de los valores de G sobre la audiencia ............. 67

Figura 5.1. Diferencias entre el examen de Cambridge por ordenador y el tradicional

(Fuente: www.britishcouncil.org) ............................................................................................................... 71

Figura 5.2. Divisin de las reas de audiencia en siete filas con alternacin de materiales 73

Figura 5.3. Coeficientes de absorcin de material utilizado en el techo para la mejora ....... 75

Figura 5.4. Comparacin entre el TR medido en el aula vaca, el corregido para aula

ocupada y el del modelo mejorado .............................................................................................................. 76

Figura 5.5. Comparacin entre el EDT medido y el del modelo ajustado .................................... 76

Figura 5.6. Representacin tridimensional de los valores de EDT del modelo mejorado .... 76

Figura 5.7. Comparacin entre los valores de C50 medidos y el los modelo mejorado .......... 77

Figura 5.8. Representacin tridimensional de los valores de C50 del modelo mejorado ...... 77

vi

Figura 5.9. Comparacin entre los valores de D medidos y los del modelo mejorado .......... 77

Figura 5.10. Representacin tridimensional de los valores de D del modelo mejorado ....... 78

Figura 5.11. Representacin tridimensional de a) %ALCons y b) STI del modelo mejorado

.................................................................................................................................................................................... 78

Figura 5.12. Representacin tridimensional de los valores de G del modelo mejorado ....... 79

Figura 5.13. Directividad de los altavoces del sistema de megafona en la banda de 2 kHz80

Figura 5.14. Comparacin entre los valores de C50 medidos con megafona y su modelo

mejorado ................................................................................................................................................................ 81

Figura 5.15. Representacin tridimensional de los valores de C50 del modelo simulado con

la megafona en el recinto mejorado........................................................................................................... 81


Figura 5.17. Directividad de los altavoces utilizados como microcadena en la banda de 2

kHz ............................................................................................................................................................................ 82

Figura 5.18. Comparacin entre los valores de C50 medidos con la microcadena y su

modelo mejorado ................................................................................................................................................ 83

Figura 5.19. Representacin tridimensional de los valores de C50 del modelo simulado con

la microcadena en el recinto mejorado ..................................................................................................... 83


Figura 5.21. Esquema de instalacin de los materiales presupuestados [Fuente: Ecophon]

.................................................................................................................................................................................... 88

Figura A.1. Grficas para la determinacin del producto 4m (para una presin atmosfrica

esttica de 105 Pa y una temperatura de 20C) [1] ............................................................................... 94

Figura A.2. Seal de referencia enventanada y desplazada para calcular la sonoridad ........ 97

vii

ndice de tablas

Tabla 2.2.1. Caractersticas ms relevantes del mensaje oral [1] ..................................................... 7

Tabla 2.2. Tiempo de reverberacin mximo establecido por el reglamento de Andaluca

[6] .............................................................................................................................................................................. 12

Tabla 2.3. Relacin entre %ALCons, STI/RASTI y la valoracin subjetiva de la

inteligibilidad [1] ................................................................................................................................................ 16

Tabla 2.4. Valores recomendados para recintos destinados al uso de la palabra (ocupados)

.................................................................................................................................................................................... 19

Tabla 3.1. Coeficientes de absorcin de pupitres de madera ocupados y vacos y su

variacin (Fuente: urea Acstica) ............................................................................................................. 32

Tabla 3.2. Tiempo de reverberacin en segundos de todos los puntos de medida (ocupada)

.................................................................................................................................................................................... 34

Tabla 3.3. Desviacin promediada del TR (ocupada) .......................................................................... 35

Tabla 3.4. EDT en segundos en los diferentes puntos de medida (ocupada)............................. 37

Tabla 3.5. Porcentaje de desviacin promedia de los valores de EDT en cada medida ......... 38

Tabla 3.6. Claridad de la voz (dB) en los puntos de medida con el aula ocupada .................... 39

Tabla 3.7. Valores de D (ocupada) para cada banda de frecuencia en cada punto de medida

.................................................................................................................................................................................... 42

Tabla 3.8. Valores de %ALCons y STI (ocupada) ................................................................................... 43

Tabla 3.9. Valores medios de los parmetros de inteligibilidad...................................................... 44

Tabla 3.10. Valores en dB de la Sonoridad G (ocupada) ..................................................................... 45

Tabla 3.11. Resumen de los valores obtenidos con la fuente omnidireccional en el aula

vaca y en la ocupada, y valores recomendados para cada uno de los parmetros ................ 47

Tabla 3.12. Posicin de las medidas realizadas con el sistema de megafona ........................... 48

Tabla 3.13. Valores medios de D (ocupada) para cada banda de frecuencia ............................. 51

Tabla 3.14. Valores medios de los parmetros de inteligibilidad ................................................... 52

Tabla 3.15. Resumen de los valores obtenidos con el sistema de megafona en el aula vaca

y en la ocupada, y valores recomendados para cada uno de los parmetros ............................ 53

Tabla 3.16. Valores medios de D (ocupada) para cada banda de frecuencia ............................. 57

Tabla 3.17. Valores medios de los parmetros de inteligibilidad ................................................... 58

Tabla 3.18. Resumen de los valores obtenidos con la microcadena en el aula vaca y en la

ocupada, y valores recomendados para cada uno de los parmetros .......................................... 59

Tabla 3.19. Comparacin de los valores obtenidos con cada una de las fuentes (ocupada)

.................................................................................................................................................................................... 59

viii

Tabla 4.1. Coeficientes de absorcin de los materiales utilizados en el modelo (Fuentes:

*Miller Acoustics Lab [20], EASE) ................................................................................................................ 62

Tabla 4.2. Comparacin entre los valores de %ALCons y STI medidos y los del modelo

ajustado ................................................................................................................................................................... 67

Tabla 4.3. Comparacin entre los valores de G (dB) medidos y los del modelo ajustado .... 67

Tabla 4.4. Comparacin de los valores de los parmetros en el aula vaca y en el modelo de

EASE ......................................................................................................................................................................... 68

Tabla 4.5. Valor de 1 JND para los principales parmetros acsticos ........................................... 68

Tabla 5.1. Coeficientes de absorcin del material utilizado como asientos ocupados........... 73

Tabla 5.2. Valores de los parmetros en el aula ocupada y su modelo de EASE....................... 74

Tabla 5.3. Comparacin entre los valores de %ALCons y STI medidos y los del modelo

ajustado ................................................................................................................................................................... 78

Tabla 5.4. Comparacin entre los valores de G (dB) medidos y los del modelo ajustado .... 78

Tabla 5.5. Valores de los parmetros del modelo mejorado ............................................................. 79

Tabla 5.6. Valores de %ALCons y STI medidos con megafona y su modelo mejorado ......... 81

Tabla 5.7. Valores de %ALCons y STI medidos con la microcadena y su modelo mejorado

.................................................................................................................................................................................... 84

Tabla 5.8. Comparacin de los valores obtenidos con cada una de las fuentes (modelo

mejorado) ............................................................................................................................................................... 85

Tabla C.1. TR (s) del aula vaca y ocupada con la fuente omnidireccional ............................... 101

Tabla C.2. EDT (s) del aula vaca y ocupada con la fuente omnidireccional ............................ 102

Tabla C.3. C50 (dB) del aula vaca y ocupada con la fuente omnidireccional ......................... 102

Tabla C.4. D del aula vaca y ocupada con la fuente omnidireccional ........................................ 103

Tabla C.5. STI y %ALCons del aula vaca y ocupada con la fuente omnidireccional ............ 103

Tabla C.6 G (dB) del aula vaca y ocupada con la fuente omnidireccional ............................... 104

Tabla C.7. TR (s) del aula vaca y ocupada con la megafona ......................................................... 105

Tabla C.8. EDT (s) del aula vaca y ocupada con la megafona ...................................................... 105

Tabla C.9. C50 (dB) del aula vaca y ocupada con la megafona ................................................... 105

Tabla C.10. D del aula vaca y ocupada con la megafona ................................................................ 106

Tabla C.11. STI y %ALCons del aula vaca y ocupada con la megafona .................................... 106

Tabla C.12. TR (s) del aula vaca y ocupada con la microcadena ................................................. 107

Tabla C.13. EDT (s) del aula vaca y ocupada con la microcadena .............................................. 107

Tabla C.14. C50 (dB) del aula vaca y ocupada con la microcadena ........................................... 107

Tabla C.15. D del aula vaca y ocupada con la microcadena ........................................................... 108

Tabla C.16. STI y %ALCons del aula vaca y ocupada con microcadena ................................... 108

1

Captulo 1. Introduccin

1.1. Entorno del proyecto

La acstica es una ciencia que tiene su origen en la Antigua Grecia y Roma, estudiada

por Pitgoras y Aristteles en el terreno musical y asociada a la arquitectura por

Vitrubio, quien ya en el ao 20 a. C. escribi un tratado sobre las propiedades acstica

de los teatros incluyendo conceptos como interferencias, ecos y reverberacin.

Pero a pesar de la existencia de estos conocimientos, a medio camino entre la fsica

ondulatoria y la observacin experimental, no fue hasta el ao 1898 cuando se

estableci un mtodo matemtico para calcular el tiempo de reverberacin. Fue

Wallace Clement Sabine quien formul la relacin de este parmetro con el volumen y

la absorcin de las superficies del recinto, iniciando as la acstica arquitectnica

moderna.

Gracias a este descubrimiento y a los avances tecnolgicos en la instrumentacin, lo

que antes era intuicin y experimentacin pudo convertirse en medicin, anlisis y

clculos precisos, y hoy en da es posible caracterizar acsticamente cualquier tipo de

recinto determinando el valor de los principales parmetros implicados en la audicin

de la msica o la palabra. As, aunque la percepcin subjetiva de la calidad de un

espacio es producto de multitud de factores complejos, dicha disposicin se puede

traducir en varias magnitudes para el diseo de recintos segn el tipo de uso que se

haga de ellos.

En este proyecto se incidir en la importancia de un buen acondicionamiento acstico

en aulas destinadas a la imparticin de clases orales, en las que es imprescindible

garantizar por encima de todo la inteligibilidad de la palabra.


2

1.2. Motivacin y objetivos

El presente estudio nace con la intencin de analizar y mejorar las condiciones en las

que se realiza la prueba de reconocimiento auditivo de un texto en ingls, llamada

Listening test, de los exmenes de Cambridge ESOL realizados por la Fundacin

General de la Universidad de Mlaga.

Dicha prueba se realiza en las aulas de mayor aforo del edificio Gerald Brenan, y,

segn varios testimonios de alumnos de diferente nivel y de los propios responsables

de la institucin examinadora, las condiciones acsticas en las que se realiza la prueba

son altamente deficientes. Adems, para la reproduccin del audio se utilizan una serie

de equipos domsticos que podran resultar no ser los ms ptimos para una correcta

inteligibilidad del discurso, a pesar de que algunas aulas cuentan con un sistema de

megafona instalado por una empresa profesional que queda sin utilizar para garantizar

la igualdad de condiciones en la realizacin de todas las pruebas.

Como consecuencia, las notas obtenidas en esta parte del examen son

considerablemente ms bajas que las del resto de pruebas en la mayora de los casos,

haciendo que la nota media disminuya y se pueda llegar a suspender por su causa. Si

bien es cierto que es una prueba de una dificultad muy elevada y que determina el

grado de acercamiento real al idioma estudiado, se debera garantizar al mximo que

no existan elementos externos que puedan aumentar dicha dificultad inherente, al igual

que la evaluacin de una prueba de lectura no debe depender en ningn caso de la

correcta visualizacin del texto.

As, los objetivos principales de este proyecto son los siguientes:

1. Realizar las medidas necesarias para la evaluacin de las condiciones acsticas

actuales de una de las aulas en las que se realiza esta prueba. Para realizar

dichas medidas se utilizar el programa especializado EASERA (Electronic and

Acoustic System Evaluation and Response Analysis).

2. Simulacin de las condiciones acsticas aplicando los valores de los principales

parmetros obtenidos con EASERA a un modelo construido con el programa

EASE (Enhanced Acoustic Simulation for Engineers).

3. Proposicin de posibles actuaciones para mejorar estas condiciones tras el

anlisis de los resultados obtenidos, calculando de forma terica los valores de

los nuevos parmetros y evaluando la eficacia del acondicionamiento propuesto.

Introduccin

3

Otro de los objetivos perseguidos es la concienciacin de la importancia de un correcto

diseo acstico al realizar la construccin de aulas y recintos destinados al uso de la

palabra, especialmente si la correcta audicin es un factor decisivo en algn tipo de

evaluacin acadmica.

Por ltimo, aunque no por ello menos importante, se ha de sealar que en las

consideraciones realizadas para la evaluacin de las mejora se tendr en cuenta la

repercusin medioambiental de las actuaciones y materiales elegidos, puesto que la

utilizacin racional de recursos naturales y una huella ecolgica mnima en la

construccin y acondicionamiento de espacios arquitectnicos es cada vez ms

importante para la sostenibilidad del medio ambiente.

1.3. Estructura del proyecto

Parte terica

En el Captulo 2 se definirn los conceptos y parmetros ms relevantes para

caracterizar el sonido, su forma de interactuar con elementos arquitectnicos y los

factores que influyen en la percepcin de sus diferentes atributos por el odo humano.

Dichos parmetros se utilizarn para evaluar las condiciones acsticas del aula objeto

de estudio desde el punto de vista de la inteligibilidad de la palabra, factor clave en este

proyecto debido a la funcin principal del recinto. Tambin se definirn los valores

objetivos para cada uno de los parmetros siguiendo las recomendaciones de fuentes y

autores contrastados.

Parte prctica

El Captulo 3 se realizar una presentacin del aula estudiada, se explicarn el

procedimiento de medida segn la normativa y la utilizacin del software EASERA para

obtener los valores necesarios para la caracterizacin del recinto y se presentarn

dichos valores, evalundolos segn los objetivos que habran de cumplir para una

correcta audicin de la palabra.

En el Captulo 4 se realizar el modelo tridimensional del aula segn las medidas

obtenidas, detallando el proceso de ajuste de dicho modelo para que sus


4

caractersticas acsticas se correspondan lo ms fielmente posible con las del recinto

real.

En el Captulo 5 se considerarn distintas posibilidades que podran aplicarse al recinto

para mejorar los valores que determinan su calidad acstica, y se utilizar el modelo

creado en el captulo anterior para realizar la simulacin de una de las mejoras

propuestas y evaluar de forma terica la eficacia de dicha actuacin. Tambin se

presentar un presupuesto aproximado del coste que supondra la aplicacin de la

mejora elegida.

Por ltimo, en el Captulo 6 se expondrn las conclusiones principales extradas de

todo el proceso, y se enumerarn algunas acciones e investigaciones que se podran

realizar tras este proyecto.

Apndices

Para completar algunos aspectos mencionados a lo largo de esta memoria, se han

incluido una serie de apndices al final de la misma.

En el Apndice A se desarrolla ms detalladamente la formulacin de los distintos

parmetros utilizados en este estudio para caracterizar acsticamente el recinto.

El Apndice B contiene las condiciones recomendadas por la Universidad de

Cambridge para la realizacin del Listening test, a aplicar por todos los centros en los

que se convoque dicha prueba.

5

Captulo 2. Anlisis acstico de recintos

2.1. Principios bsicos del sonido

La forma ms habitual de definir el sonido es como la vibracin mecnica que

se propaga a travs de un medio material elstico y denso y que es capaz de

producir una sensacin auditiva. Se asocia as con el concepto de estmulo

fsico, de forma que se puede definir el sonido desde un punto de vista

subjetivo como la sensacin auditiva producida por la propagacin de ondas

mecnicas a travs de las partculas de un medio elstico y denso.

El nmero de oscilaciones de dichas ondas por segundo determina la

frecuencia del sonido, que ser percibido como ms grave o ms agudo en

funcin de si es ms alta o ms baja. El odo humano puede llegar a detectar

frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20.000 Hz e identificarlos como

sonidos, aunque la mayor parte de lo que percibimos se compone de un

conjunto de varias frecuencias superpuestas con diferentes niveles de presin

sonora. La representacin grfica de estos valores constituye el espectro

frecuencial del sonido.

Sin embargo, el odo no percibe estos parmetros de forma lineal, sino que su

respuesta en frecuencia es logartmica, y su sensibilidad vara en funcin de la

frecuencia y el nivel del sonido. As, por ejemplo, si doblamos la presin o

volumen de un tono de 1 kHz, la sonoridad subjetiva percibida no se

corresponder con el doble de la anterior, sino que habra que multiplicar la

presin por un factor de 3,16 para percibir el doble de volumen. Esta energa o

nivel presin sonora es el SPL, y su unidad es de medida es el dB. [1]


6

2.1.1. La voz humana

La fisionoma de los rganos que componen el sistema fonador humano

determina las caractersticas de los sonidos que somos capaces de producir

con l. Las cuerdas vocales tienen una frecuencia de oscilacin de 125 Hz, y la

seal que producen atraviesa faringe, cavidad nasal y cavidad bucal, que

actan a modo de cavidades resonantes y provocan que la voz de cada

persona tenga unas caractersticas particulares.

Figura 2.1. Espectro frecuencial de la seal generada por la vibracin de las cuerdas vocales [1]

En funcin de la existencia o no de esta vibracin en las cuerdas vocales, los

sonidos se pueden clasificar en sonidos sonoros o sordos. Las vocales y las

consonantes que implican vibracin (/b/, /d/, /g/, etc.) son sonidos sonoros,

mientras que la mayora de las consonantes se generan mediante una

constriccin del flujo de aire que atraviesa la cavidad bucal, por lo que son

sonidos sordos.

Al hablar se emplea mayor tiempo en la emisin de vocales (90 ms de

promedio) que en la de las consonantes (20 ms), por lo que el nivel de presin

sonora asociado a las vocales es del orden de 12 dB mayor que el

correspondiente a las consonantes. Adems, el contenido de bajas frecuencias

en las vocales es mayor, mientras que las consonantes son ms ricas en altas

frecuencias.

Puesto que el grado de inteligibilidad de la palabra depende en gran medida de

la correcta percepcin de las altas frecuencias, las consonantes son las que

determinan la comprensin del mensaje oral, mientras que la informacin

contenida en las vocales es redundante.


7

Duracin

(Promedio)

Contenido frecuencial dominante

Nivel (Promedio)

Contribucin a la inteligibilidad

de la palabra

Vocales 90 ms bajas

frecuencias nivel vocales

nivel consonantes +

12 dB

baja

Consonantes 20 ms altas frecuencias alta

Tabla 2.2.1. Caractersticas ms relevantes del mensaje oral [1]

En cuanto a la contribucin en cada banda de frecuencia, la mxima

contribucin al nivel de la voz se sita en las frecuencias medias, destacando

la banda de 500 Hz con un 46%, mientras que la mxima contribucin a la

inteligibilidad de la palabra est situada a frecuencias ms elevadas (57%

sumando la contribucin de las bandas de 2 kHz y 4 kHz).

Figura 2.2. Contribucin frecuencial al nivel de la voz y a la inteligibilidad de la palabra [1]


8

Por ltimo, la voz humana presenta una directividad, o nivel de potencia

radiada segn la direccin, determinada por el sistema de fonacin y la forma

de la cabeza, aumentando con la frecuencia y con mayor directividad en la

direccin frontal.

Figura 2.3. Directividad de la voz humana en las bandas de octava comprendidas entre 500 Hz y 4

kHz (segn Moreno y Pfretzschner) [1]

2.2. Propagacin del sonido en un recinto cerrado

Debido a sus caractersticas fsicas, las ondas sonoras generadas por cualquier

fuente sonora se propagan en todas las direcciones, y si no se encuentran en

un espacio libre, dichas ondas se reflejarn en las superficies lmites del

recinto. Por tanto, un oyente recibir dos tipos de sonidos segn se haya

encontrado con una interferencia o no: el sonido directo y el reflejado.

Sonido directo: es la energa sonora que llega al oyente sin ningn tipo

de obstculo, es decir, como si se encontrara en un espacio libre. Su

energa depende exclusivamente de la distancia a la fuente sonora.


9

Sonido reflejado: es el sonido que llega al oyente de forma indirecta tras

las sucesivas reflexiones producidas al incidir en las superficies del

recinto. Dichas reflexiones conllevan un retardo y una atenuacin en el

sonido percibido, y cuanto ms distancia recorra y ms absorbente sean

las superficies en las que se refleje menor ser su energa.

Dependiendo del nmero de reflexiones que se produzcan en el rayo sonoro

antes de llegar al oyente podemos diferenciar dos conjuntos: las primeras

reflexiones, que como norma general son las que han incidido en un mximo

de tres superficies (en la prctica, las que tardan hasta 100 ms desde la

llegada del sonido directo aproximadamente), y las reflexiones tardas, que

constituyen la cola reverberante.

Figura 2.4. Ecograma asociado a un receptor con indicacin del sonido directo, las primeras

reflexiones y la cola reverberante [1]

Si estas reflexiones llegan en menos de 50 ms desde la llegada del sonido

directo son integradas por el odo humano y no se percibe ninguna diferencia

entre ambos. Esto contribuye a mejorar la inteligibilidad si el sonido es un

mensaje oral, y hace que aumente la sonoridad o sensacin de amplitud del

sonido.


10

Sin embargo, si el retardo es mayor de 50 ms la reflexin es percibida como

una repeticin del sonido directo (eco), por lo que se produce una prdida de

inteligibilidad.

2.3. Parmetros acsticos en aulas y salas de conferencias

El comportamiento deseable en cada recinto va a depender siempre del uso

principal al que est destinado. En este caso, el aula est dedicada casi

exclusivamente a la audicin de discursos orales, proveniente tanto de

personas como de equipos de reproduccin de sonido, por lo que no se

tendrn en cuenta las consideraciones y parmetros asociadas a espacios de

otros tipos de uso.

El principal requisito para las salas destinadas a la palabra es el grado de

comprensin del mensaje oral o inteligibilidad, manteniendo una sonoridad

adecuada y uniforme en toda el recinto sin necesidad de un sistema auxiliar de

sonido, y en el caso de que dispusiera de alguno, que se asegure que los

mensajes emitidos sean claramente inteligibles y lleguen a todos los puntos

con un nivel suficiente y sin coloraciones.

Para conseguir un adecuado confort acstico y una correcta inteligibilidad de la

palabra, es necesario que el ruido de fondo existente en la sala sea

suficientemente bajo, que el nivel de campo reverberante sea bajo tambin y

que no existan ecos ni focalizaciones del sonido.

Segn las caractersticas del sonido y la voz descritas anteriormente, los

valores de los principales parmetros acsticos habrn de encontrarse unos

mrgenes determinados para garantizar una correcta audicin.

A continuacin se definen dichos parmetros y valores recomendados para

conseguir los objetivos mencionados.

2.3.1. Tiempo de reverberacin (TR)

Para obtener un modelo matemtico del comportamiento del sonido en un

recinto, la teora estadstica hace la suposicin aproximada de que tanto las

primeras reflexiones como las pertenecientes a la cola reverberante son


11

iguales, y que su energa se distribuye uniformemente por todo el recinto,

constituyendo el campo difuso.

La prolongacin del sonido (no superior a 50 ms) tras la finalizacin del original

es lo que se conoce como reverberacin, y el tiempo que tarda en la energa

sonora en caer 60 dB es el tiempo de reverberacin (TR).

Un recinto con un TR grande se denomina comnmente vivo, y tendr un

campo reverberante mayor, mientras que un TR pequeo da lugar a un recinto

apagado o seco. De entre todas las frmulas existentes para hallar este

valor, utilizaremos la de Sabine, explicada con ms detalle en el Apndice A.

En la prctica es muy difcil detectar una cada de 60 dB, ya que el sonido

analizado y el ruido de fondo suelen tener una diferencia menor a ese valor.

Por tanto, para calcular el TR se emplea los valores T10, T20 y T30, y segn la

norma ISO-3382 [2], la pendiente que debe escogerse para la determinacin

de T10 debe hallarse entre los niveles -5 dB a -15 dB del proceso de

decaimiento del sonido; para el T20, entre los niveles -5 dB a -25 dB, y para el

T30, entre los niveles -5 dB a -35 dB.

Tanto el software de medicin como el de simulacin proporcionan todos estos

valores, pero en este proyecto se utilizar T20, que es el tiempo que tarda el

sonido en caer 20 dB multiplicado por tres.

Por otra parte, el TR no es nico, sino que vara con la frecuencia, por lo que

para establecer valores recomendados se utiliza el TRmid, que es la media

aritmtica de los valores de las bandas de 500 Hz y 1 kHz.

= 500 + (1 )

2 (2.1)

Este parmetro no ha de ser muy alto en el caso de salas en las que sea

primordial la inteligibilidad de la palabra, y el valor ptimo depender del

volumen del recinto, aunque hay diferentes recomendaciones segn el autor.


12

Segn Carrin [1], el valor de TRmid ptimo para un aula o sala de conferencia

con un alto grado de ocupacin y de un volumen comprendido entre 100 y

10.000 m3 se halla entre 0.7 y 1 segundo.

Figura 2.5. Valores recomendados de TRmid (500 Hz - 1 kHz) en funcin del volumen del recinto: a)

espacios de uso deportivo b) salas de conferencias y aulas (recintos ocupados) [1]

Por otra parte, en el artculo 33.4 del Reglamento de Proteccin contra la

Contaminacin Acstica en Andaluca [3] se establecen exigencias a los

tiempos de reverberacin para las siguientes actividades:

Aulas y salas de conferencias vacas con volumen inferior a 350 m3 TR < 0,7 s

Aulas y salas de conferencias vacas pero incluyendo el total de las butacas, cuyo volumen sea inferior a 350 m

3

TR < 0,5 s

Restaurantes y comedores vacos con independencia del volumen de la sala TR < 0,9 s

Tabla 2.2. Tiempo de reverberacin mximo establecido por el reglamento de Andaluca [3]

Si el recinto tiene un volumen superior a 350 m3, el criterio de diseo queda a

eleccin del ingeniero o ingeniera. El aula analizada en este proyecto tiene 402

m3, por lo que se establecer que

0,6 s< TR < 0,9 s

Es importante que este valor dependa lo menos posible de la ocupacin para

independizar el rendimiento acstico del recinto del nmero de personas

presentes, y que se mantenga constante con respecto a la frecuencia,

especialmente en las bajas frecuencias, que son las que ms pueden

empeorar la inteligibilidad de la palabra como ya se ha indicado.


13

2.3.2. Early Decay Time (EDT)

El EDT es seis veces el tiempo que transcurre desde que el foco emisor deja

de radiar hasta que el nivel de presin sonora cae 10 dB, como muestra la

siguiente figura.

Figura 2.6. Relacin entre el EDT y el tiempo de reverberacin

El EDT est ms relacionado con la impresin subjetiva de viveza que el TR.

As, en todos los puntos de un recinto con un EDT menor que el TR se

percibir menos reverberacin de lo que se representara el valor de su TR.

Para garantizar una buena difusin del sonido en una sala ocupada, el valor

medio de los EDT correspondientes a las bandas de 500 Hz y 1 kHz ha de ser

del mismo orden que TRmid:

EDTmid TRmid

2.3.3. Claridad de la voz (C50)

La claridad de la voz (C50) es el parmetro que indica la relacin entre la

energa sonora que llega al oyente durante los primeros 50 ms desde la llegada

del sonido directo (incluye el sonido directo y las primeras reflexiones) y la que

le llega tras los primeros 50 ms.


14

Se calcula en cada banda de frecuencias entre 125 Hz y 4 kHz, y su unidad es

el dB, aunque, como ocurre con el tiempo de reverberacin, se define un valor

medio para poder caracterizar un recinto con una nica medida.

Segn L.G. Marshall [1], el valor representativo de C50 se calcula como media

aritmtica ponderada de los valores correspondientes a las bandas de 500 Hz,

1 kHz, 2 kHz y 4 kHz, y recibe el nombre de speech average. Los factores de

ponderacin corresponden a la contribucin estadstica aproximada de cada

banda de frecuencia a la inteligibilidad de la palabra sealada en la Figura 2.2.

50 = 0,15 50 500 + 0,25 50 1 +

+ 0,35 50 2 + 0,25 50 (4 ) (2.2)

Cuanto mayor sea este valor mayor ser la inteligibilidad en el recinto,

alcanzando un valor adecuado cuando en cada punto del mismo es de al

menos 2 dB.

2.3.4. Definicin (D)

La definicin D es la relacin entre la energa que llega al oyente en los

primeros 50 ms desde la llegada del sonido directo (incluye el sonido directo y

las primeras reflexiones) y la energa total recibida por el mismo. Se calcula en

cada banda de frecuencias entre 125 Hz y 4 kHz.

Al igual que ocurre con la claridad, cuanto mayor sea este parmetro mayor

ser la inteligibilidad, y el valor recomendado en cada punto de una sala

ocupada para cada banda es de 0,50 como mnimo. Aunque este valor va a

depender en gran medida de la posicin del oyente en la sala y la distancia a la

fuente sonora, en un recinto destinado a la palabra se debe perseguir la

mxima invariabilidad de este parmetro.


15

2.3.5. Parmetros de inteligibilidad

Como ya hemos visto, la inteligibilidad es el grado de comprensin que tiene el

receptor de un mensaje oral. A continuacin analizaremos los dos parmetros

principales para determinarla.

%ALCons

El porcentaje de prdida de la articulacin de las consonantes, o Articulation

Loss of Consonants, define el grado de percepcin de las consonantes, clave

para la inteligibilidad de la palabra.

La frmula para su clculo fue determinada por el investigador holands V.M.A.

Peutz realizando una serie de pruebas de audiencia en diferentes recintos

basadas en la emisin de un conjunto preestablecido de logatomos (palabras

sin significado formadas por: consonante-vocal-consonante). Tras los

resultados obtenidos pudo deducir que su valor se poda determinar

conociendo el TR y la diferencia entre los niveles de presin sonora de campo

directo y de campo reverberante.

As, cuanto ms cerca est el receptor de la fuente sonora y menor sea el TR,

menor ser el valor de %ALCons y mayor inteligibilidad existir.

Otro factor importante en la prdida de la inteligibilidad es el ruido de fondo

presente en la sala, aunque en la prctica se puede considerar despreciable si

est al menos 12 dB por debajo del nivel de la seal.

STI

El STI (Speech Transmission Index) es otro parmetro alternativo ms

complejo que permite cuantificar el grado de inteligibilidad de la palabra, y su

valor oscila entre 0 (inteligibilidad nula) y 1 (inteligibilidad total). El STI se

calcula a partir de la reduccin de los diferentes ndices de modulacin m de

la voz debida a la existencia de reverberacin y de ruido de fondo en una sala.

Existe una versin simplificada del STI denominada RASTI (Rapid Speech

Transmission Index), que es el parmetro medido en recintos debido a su

rapidez de clculo en relacin con el STI.


16

Existe una gran correlacin entre %ALCons y STI, relacin que se muestra en

la siguiente figura:

Figura 2.7. Correspondencia entre %ALCons y STI/RASTI [1]

Segn Carrin [1], la correspondencia entre la inteligibilidad de la palabra en un

recinto y su valor de %ALCons y STI es la siguiente:

%ALCons STI Inteligibilidad

0% - 1,4% 0,88 - 1 Excelente

1,6% - 4,8% 0,66 - 0,86 Buena

5,3% - 11,4% 0,5 - 0,64 Aceptable

12% - 24,2% 0,36 - 0,49 Pobre

27% - 46,5% 0,24 - 0,34 Mala

Tabla 2.3. Relacin entre %ALCons, STI/RASTI y la valoracin subjetiva de la inteligibilidad [1]

En salas de conferencias y aulas, la inteligibilidad en todos los puntos de la

sala ocupada deber ser, como mnimo, buena, por lo que tiene que

cumplirse que

%ALCons 5 % (STI / RASTI 0,65)


17

Relacin entre el tiempo de reverberacin y la inteligibilidad de la palabra

Tal y como se ha visto al principio del captulo, la duracin de las vocales y su

correspondiente nivel de presin sonora es mayor que el de las consonantes.

Adems, el contenido frecuencial de las vocales es ms rico en bajas

frecuencias, mientras que las consonantes presentan un mayor contenido de

altas frecuencias.

Si el TR de una sala es alto, la energa correspondiente a las vocales tarda

ms tiempo en caer que si se emitiese en campo abierto, por lo que acaba

solapndose en el tiempo con la energa de la consonante emitida

inmediatamente despus, tal y como se observa en la siguiente figura.

Figura 2.8. Evolucin temporal de la energa sonora correspondiente a la emisin de una vocal

seguida de una consonante en un recinto cerrado (segn Kurtovic) [1]

Este enmascaramiento parcial de las consonantes debido a un exceso de

reverberacin provoca una prdida de inteligibilidad en la sala, puesto que esta

est estrechamente ligada a la correcta percepcin de las altas frecuencias.

2.3.6. Sonoridad (G)

La sonoridad o fuerza acstica (Speech sound level) es el grado de

amplificacin producido por la sala sobre el sonido emitido.

Al igual que con el TR y el EDT, se establece un nico valor de G para

caracterizar el comportamiento de un recinto, y se calcula de la misma manera.


18

= 500 + (1 )

2 (2.3)

Se recomienda que los valores de Gmid en todos los puntos de la sala ocupada

verifiquen que

Gmid 0 dB

Como consecuencia del mtodo de clculo de este parmetro, esto significa

que, en cualquier punto de la sala, el nivel medio de presin sonora no deber

ser nunca inferior al obtenido a una distancia de 10 metros en el espacio libre.

El clculo de este parmetro y el mtodo de obtencin al realizar las

mediciones con EASERA se explican con ms detalle en el Apndice A.

2.3.7. Ecos y focalizaciones del sonido

Cuando las ondas reflejadas sufren un retardo superior a 50 ms respecto al

sonido directo, el odo percibe ambas componentes como independientes, y se

produce lo que se conoce como eco.

En general, la presencia de ecos es debida a la geometra del recinto, aunque

pueden ser producidos por un sistema de megafona diseado

incorrectamente, y es ms frecuente en los casos en los que el tiempo de

reverberacin del recinto no es muy elevado.

Para la cuantificar el eco que se produce en un recinto se usar el criterio de

ecos EC (Echo Criterion), que determina el valor de EC correspondiente a un

punto de una sala.

Para garantizar que en un punto no se genera ningn fenmeno de eco, EC no

debe superar un lmite establecido (EClimit). El eco se producir si EC > EClimit.

Y si la sala est destinada a la palabra, el valor de EClimit=1. [1]


19

2.3.8. Resumen de los valores recomendados para los parmetros

acsticos a aulas y salas de conferencias.

En la siguiente tabla se recogen los parmetros y valores recomendados para

el confort acstico y la correcta inteligibilidad de la palabra para un recinto con

las caractersticas del estudiado en este proyecto.

Parmetro acstico Valor recomendado Valoracin Subjetiva

TRmid 0,6 s TRmid 0,90 s Grado de viveza real

EDTmid EDTmid TRmid Grado de viveza percibido

C50 C50 > 2dB Separacin entre los sonidos individuales de un mensaje

oral

D D50 > 0,5 Separacin entre los sonidos individuales de un mensaje

oral

STI STI 0,65 Inteligibilidad de la palabra

%ALCons %ALCons 6 % Inteligibilidad de la palabra

Gmid Gmid 0 dB Grado de amplificacin producido por el recinto

EC EC < 1 Percepcin de ecos

Tabla 2.4. Valores recomendados para recintos destinados al uso de la palabra (ocupados)

20

Captulo 3. Caracterizacin del recinto

3.1. Presentacin del aula

Los exmenes de ingls de la Universidad de Cambridge realizados por la

Fundacin General de la Universidad de Mlaga se llevan a cabo

simultneamente en diversas aulas del edificio Gerald Brenan, situado en el

nmero 2 de la calle Albert Einstein, en el campus de Teatinos.

Figura 3.1. Situacin y fachada del edificio Gerald Brenan (Fuente: Google y UMA)


21

Para la realizacin de este proyecto se ha elegido el aula 3, situada en la

planta baja, ya que es una de las mayores y se utiliza en todas las

convocatorias.

Figura 3.2. Interior del aula 3 del edificio Gerald Brenan

La forma del aula es rectangular, con una superficie de 136,63 m2 y 3 m de

altura. Su volumen til es de 402 m3 aproximadamente. Estos valores, as

como la totalidad de las medidas realizadas para la posterior reconstruccin del

modelo 3D con el programa EASE, se han obtenido mediante un medidor lser.

Aunque la capacidad del aula es de 112 alumnos, la ocupacin durante la

realizacin de los exmenes es de 64 personas, ya que se deja un asiento libre

entre cada dos alumnos tal y como se muestra en esta figura:

Figura 3.3. Distribucin de los alumnos durante la realizacin de un examen


22

En la Figura 3.2 se puede observar que el aula cuenta con un sistema de

megafona sobre la pizarra instalado por una empresa profesional. Este

sistema est compuesto por una pareja de altavoces SDQ5P de la marca Apart

[4], un preamplificador PM 7400 II de la misma marca y un receptor UHF

inalmbrico para la utilizacin de un micrfono de petaca.

Figura 3.4. Detalle del sistema megafona

Sin embargo, para la reproduccin del audio en las pruebas de Cambridge no

se hace uso de este sistema debido a que no todas las aulas disponen de l,

por lo que el departamento encargado adquiri unos equipos domsticos de

diferentes marcas [5], que por sus caractersticas pueden no proporcionar una

correcta audicin del mensaje oral, ni tampoco garantizar la igualdad de

condiciones a la hora de realizar las diferentes pruebas.

Figura 3.5. Fotografa de uno de los equipos de los que se dispone (LG FA162) [5]


23

3.2. Realizacin de las mediciones

En este apartado se explicar la metodologa seguida en la realizacin de las

mediciones de los parmetros acsticos ms significativos para determinar el

confort acstico de un recinto destinado a la palabra, as como el equipo

utilizado y su configuracin.

3.2.1. Equipo utilizado y conexionado

A continuacin se muestra el esquema de conexionado y los diferentes

dispositivos utilizados.

Figura 3.6. Esquema de conexionado del equipo utilizado para realizar las medidas en el aula

En el proceso de medida se utilizar la versin 1.2.10 del software EASERA,

instalado en un PC modelo Asus S200. Este programa se encarga de generar

la seal que ser emitida por una fuente y de procesar las seales obtenidas a

travs de un micrfono, que contendrn toda la informacin sobre las

caractersticas del recinto vistas en el captulo anterior.

Para ello, se lleva la seal desde el PC hasta una tarjeta de sonido (modelo

Edirol UA-25EX) mediante un cable USB, y desde la tarjeta a un amplificador

de audio de alta calidad (modelo Europower EP2500), que permite controlar de


24

forma ms adecuada la tensin aplicada a la seal que emite la fuente. La

tarjeta y el amplificador se conectan mediante un cable con conectores Jack,

conector utilizado para seales analgicas de audio.

La fuente sonora, al igual que el micrfono, es omnidireccional para que el

sonido llegue a todos los puntos del recinto de la forma ms homognea

posible, y va conectada al amplificador mediante conectores Speakon, que

incluyen un sistema de bloqueo y soportan potencias muy altas.

Por ltimo, el micrfono que recoge la seal acstica (modelo Audix TR40) est

conectado a la tarjeta de sonido mediante conectores XLR, que proporcionan

una seal balanceada para eliminar ruido y aumentar la ganancia, y esta

digitaliza y enva la seal al PC.

a) b) c)

Figura 3.7. a) Conectores XLR macho y hembra, b) Conector Jack, c) Conector Speakon

Sistema de megafona y microcadena

Al tener la oportunidad de hacer uso tanto del sistema de megafona como del

sistema que se utiliza en la prctica en los exmenes, se han utilizado tambin

dichos equipos como fuentes sonoras para la obtencin de medidas auxiliares

que complementen el anlisis realizado a partir de las de la fuente

reglamentaria.

En estos casos, la salida de la tarjeta de sonido se conectar a la entrada del

preamplificador correspondiente mediante un conector RCA, conector tambin

tpico de muchos sistemas para el audio analgico no balanceado.

Figura 3.8. Conector RCA


25

3.2.2. Posiciones de medida

La norma ISO-3382-2 [6], sobre la medicin del tiempo de reverberacin en

recintos ordinarios, determina los requisitos que se han de cumplir con respecto

a la posicin de la fuente, el micrfono y el nmero de medidas mnimas para

caracterizar de forma ptima un recinto.

Siguiendo las recomendaciones de esta norma, la fuente sonora se situar a

una altura de 1,5 m sobre el suelo y aproximadamente a 1 m a la derecha del

eje longitudinal del recinto. Para las medidas a nivel de ingeniera se

recomiendan situar la fuente de sonido en al menos dos posiciones, aunque

para este proyecto se utilizar un solo punto, ya que el recinto no es muy

amplio. Las posiciones del micrfono deben estar preferiblemente separadas al

menos 2 m (media longitud de onda) de la fuente de sonido, y a una altura de

1,2 m, que es altura media de los odos de una persona sentada.

El nmero de puntos de medida depender del volumen del recinto, y, aunque

el mnimo recomendado en este caso es 6, se han realizado un total de 18

medidas en diferentes puntos del aula, distribuidas de la siguiente manera:

Figura 3.9. Distribucin de los puntos de medida sobre la zona de audiencia (pupitres)

Se han tomado medidas en las dos reas de audiencia, puesto que la

distribucin de los elementos y los materiales de las superficies provocan que

el recinto no sea acsticamente simtrico, y en todos los casos con el recinto

vaco.


26

En estas imgenes se puede ver la posicin de la fuente de sonido y la del

micrfono en uno de los puntos de medida.

Figura 3.10. Posicin del equipo utilizado dentro del aula

Cabe sealar que las medidas evaluadas en total son ocho en cada zona,

puesto que M1 y M3 se descartaron por no ofrecer unos datos vlidos.


27

3.2.3. Configuracin del software de medicin

Tras detallar el equipo necesario, su conexionado y su posicin dentro del aula,

se explicar la forma de utilizar el software EASERA para obtener las medidas.

Para un conocimiento ms profundo de esta herramienta se recomienda acudir

a los diversos manuales que existen a disposicin de cualquier usuario. [7][8]

Una vez que tenemos todo el equipo preparado para realizar la primera

medida, los pasos a seguir son:

1. Obtencin de la referencia de hardware y configuracin de la seal de

estmulo

Para contrarrestar las posibles desviaciones introducidas por la tarjeta de

sonido es preciso conocer su comportamiento mediante la toma de una

medicin interna de referencia. Para ello, se conectan la entrada y la salida del

canal 1 de la tarjeta de sonido con un cable Jack-XLR, y en la ventana de

configuracin de las mediciones de EASERA presionamos el botn Select

Setup y elegimos Hardware Reference.

Figura 3.11. Ventana de configuracin principal


28

Figura 3.12. Configuracin Hardware Reference para obtener la seal de referencia

A continuacin, se comprueba que el canal de entrada y de salida indicados

por la ventana son los correctos, y se pasa a la siguiente pantalla para elegir la

seal utilizada para esta y el resto de mediciones.

De entre todas las seales disponibles, la seal elegida ser el barrido de

frecuencia con ponderacin de frecuencia rosa, que se caracteriza por ofrecer

una disminucin de nivel sonoro a medida que aumenta la frecuencia en una

proporcin de 3 dB por octava. Como frecuencia de muestreo se seleccionar

44,100 kHz, y como tiempo de grabacin 3 segundos. La pantalla ha de quedar

de la siguiente manera:

Figura 3.13. Configuracin de la seal utilizada como estimulo


29

En este caso no oiremos la seal, puesto que se enva de forma interna desde

y hasta la tarjeta de sonido, por lo que pasaremos directamente a la pantalla de

comienzo de la medida y le daremos a Go!.

La seal obtenida se guardar en nuestro equipo, y tendremos que

seleccionarla como seal de compensacin de hardware al realizar el resto de

medidas tal y como se explica en el siguiente paso.

2. Obtencin de las medidas con el micrfono

Una vez obtenida la seal de compensacin, procedemos a conectar la tarjeta

de sonido al amplificador y el micrfono a la tarjeta de sonido tal y como se

indic en el apartado 3.2.1, y en la ventana de configuracin se elige esta vez

Single Channel, puesto que slo vamos a recoger la seal con un micrfono.

Figura 3.14. Configuracin para realizar las medidas a travs de un micrfono

Antes de la utilizacin del micrfono es importante realizar una correcta

calibracin del mismo para garantizar que los niveles de presin sonora

percibidos son correctos. Para ello utilizaremos un calibrador (modelo

Brel&Kjr 4321) y la propia herramienta de EASERA, en la que elegiremos

como nivel de calibracin 94 dB. A continuacin, introducimos el micrfono en

el calibrador y presionamos el botn Start! a la vez que activamos el

calibrador. Cuando la seal se estabilice, pulsamos Stop! y guardamos la

configuracin si es correcta.


30

Figura 3.15. Configuracin para la calibracin del micrfono

Una vez que tenemos el micrfono calibrado, comprobamos que todos los

datos de la pantalla de configuracin son correctos y pasamos a la pantalla de

comprobacin de nivel, puesto que la seal de estimulacin ser la misma que

ya hemos configurado para obtener la seal de compensacin.

Figura 3.16. Seleccin y visualizacin del nivel de salida


31

Antes de or la seal de prueba se aconseja bajar los niveles para no correr el

riesgo de que la seal se reproduzca con demasiada intensidad y pueda daar

los odos y el equipo. Una vez nos aseguremos que el nivel es el adecuado, se

recomienda ir elevndolo hasta que la curva tenga algunas muestras amarillas,

pero nunca rojas, puesto que es el nivel de recorte y la seal se distorsionar.

El ltimo paso ser configurar la pantalla de toma de mediciones. Para

compensar en cierta medida el posible ruido ambiental y obtener unos

resultados ms exactos, vamos a realizar un proceso de promediado que har

que la relacin seal a ruido mejore en 3 dB con cada medida adicional. Para

ello le indicamos al programa que utilice 3 seales (Averages) para calcular

cada medida. Tambin utilizaremos 1 seal como preestimulacin (Presends),

puesto que para realizar las mediciones de ruido correctamente la sala ha de

estar preestimulada.

Los campos de la ventana de comienzo de la medicin, incluido el check de la

medida de compensacin de hardware, han de quedar de esta manera:

Figura 3.17. Configuracin para comenzar la realizacin de mediciones con promediado,

preestimulacin y seal de referencia de hardware

Una vez realizada la medida la guardamos y repetimos el proceso las veces

necesarias, sin necesidad de configurar los parmetros de nuevo.


32

3.2.4. Correcciones para sala vaca

Como ya se ha comentado, las mediciones se han realizado sin alumnos en el

aula, pero para analizar correctamente los datos obtenidos y compararlos con

los valores recomendados se necesitan los valores correspondientes al recinto

en las mismas condiciones en las que estar durante su uso habitual, es decir,

ocupado.

El grado de absorcin del pblico es muy importante en todos los casos, por lo

que no podemos despreciar su efecto, y la mayora de los autores tienen en

cuenta esta absorcin a la hora de calcular los valores ptimos de los distintos

parmetros.

As, ante la imposibilidad de realizar las mediciones con el aula ocupada, a los

resultados obtenidos se le aplicar un mtodo de correccin matemtico que

simular la ocupacin del recinto en la medida en que se elija, puesto que el

clculo tiene en cuenta el nmero de asientos ocupados.

Dicho mtodo, desarrollado por H. Arau [9][10][11][12][13], se basa en la

variacin entre los coeficientes de absorcin () de un asiento lleno y otro

vaco, por lo que lo primero que hay que averiguar es el coeficiente de

absorcin en ambos casos.

Los asientos que se pueden encontrar en el aula son de madera y metal, con

filas de mesas entre cada fila de asientos. Por tanto, se ha buscado unos

coeficientes que coincidan lo mximo posible con las caractersticas buscadas.

De entre todos los evaluados, los ms adecuados han sido los obtenidos de

una tabla proporcionada por la empresa urea Acstica [14].

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz

Pupitre y silla con alumno 0,24 0,32 0,39 0,41 0,43 0,45

Pupitre de madera 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04 0,04

0,20 0,28 0,35 0,37 0,39 0,41

Tabla 3.1. Coeficientes de absorcin de pupitres de madera ocupados y vacos y su variacin

(Fuente: urea Acstica)

El mtodo parte del clculo del TR correspondiente a la sala ocupada


33

= 1 + 4.30

1

(3.1)

donde es el nmero de asientos, el volumen del recinto y la variacin

del coeficiente de absorcin en la frecuencia en la que se calcule. Esta frmula

se deduce a partir de la frmula de Sabine y de los estudios de Beranek [15], y

en ella se supone un rea de audiencia de 0,697m2 por silla.

En nuestro caso, N ser 64, puesto que son los asientos que van a estar

ocupados durante los exmenes, V ser 402 m3, y la variacin en cada banda

de frecuencia ser la indicada en la Tabla 3.1.

Partiendo de la frmula para el TR, se enuncian a continuacin las del resto de

parmetros.

=

(3.2)

50, = 50, + 13 log

(3.3)

=

(3.4)

= 16 log

(3.5)

= ,

, (3.6)

% = 101

0,46 [16] (3.7)


34

3.3. Evaluacin de los resultados obtenidos

En este apartado se recogern los principales resultados obtenidos a partir de

las medidas realizadas con las tres fuentes de sonidos descritas en el apartado

3.2.1. En todos los casos se indicar si los valores corresponden a la medicin

con el aula vaca o a la correccin para el aula ocupada. La totalidad de los

valores se pueden encontrar en el Apndice C.

3.3.1. Datos obtenidos con la fuente omnidireccional

Tiempo de reverberacin (TR)

En la siguiente tabla se muestra el TR del aula ocupada en diferentes puntos.

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz TRmid

M2 1,42 1,28 1,32 1,32 1,32 1,15 1,32

M3 1,31 1,20 1,36 1,33 1,29 1,13 1,34

M4 1,08 1,32 1,36 1,34 1,32 1,11 1,35

M5 1,22 1,16 1,36 1,33 1,32 1,12 1,34

M6 1,28 1,24 1,32 1,32 1,32 1,13 1,32

M7 1,35 1,28 1,34 1,34 1,31 1,12 1,34

M8 1,19 1,24 1,33 1,32 1,30 1,13 1,32

M9 1,33 1,25 1,29 1,38 1,33 1,14 1,33

M1' 1,27 1,24 1,31 1,35 1,35 1,14 1,33

M2' 1,22 1,19 1,33 1,37 1,34 1,13 1,35

M4' 1,16 1,28 1,37 1,35 1,34 1,16 1,36

M5' 1,32 1,32 1,33 1,38 1,35 1,14 1,36

M6' 1,26 1,30 1,30 1,38 1,32 1,13 1,34

M7' 1,17 1,28 1,32 1,34 1,35 1,14 1,33

M8' 1,17 1,21 1,34 1,34 1,34 1,14 1,34

M9' 1,27 1,29 1,34 1,34 1,31 1,12 1,34

Media 1,25 1,26 1,33 1,34 1,32 1,13 1,34

Tabla 3.2. Tiempo de reverberacin en segundos de todos los puntos de medida (ocupada)

Como se puede comprobar en la Tabla 3.2. Tiempo de reverberacin en

segundos de todos los puntos de medida (ocupada), el tiempo de

reverberacin es bastante alto, incluso con la simulacin de la absorcin de los

alumnos. Para el aula ocupada tenemos un TRmid = 1,34 s, mientras que en la

vaca TRmid = 2 s. En ningn caso cumple con el objetivo 0,6 s TRmid 0,9 s.


35

Figura 3.18. Valores medios de TR en el aula vaca y en la ocupada

En la Figura 3.18 se puede observar que el TR cae a partir de los 4 kHz debido

a la mayor absorcin que ejerce el aire y otros materiales en las frecuencias

ms altas. Este recinto tambin presenta una mayor absorcin en las

frecuencias bajas que en las medias.

Si analizamos las curvas de los diferentes puntos de media observamos que no

existe una desviacin excesiva en ninguna zona del aula.

Figura 3.19. Curvas del TR (ocupada) en distintos puntos de medida

Frecuencia 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz

Desviacin 6,81% 3,89% 1,74% 1,82% 1,52% 0,93%

Tabla 3.3. Desviacin promediada del TR (ocupada)

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50


TR (

s)

Frecuencia

Aula vaca

Aula ocupada

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60


TR (

s)

Frecuencia

M2M3M4M5M6M7M8M9M1'M2'M4'M5'M6'M7'M8'M9'Media


36

Figura 3.20. Desviacin estndar de TR (ocupada)

La desviacin ms pronunciada se produce en las bajas frecuencias, pero

sigue siendo pequea, por lo que el TR es bastante homogneo en todos los

puntos, pero demasiado alto para el tipo de recinto que se est analizando.

El TR tambin es constante independientemente de la distancia a la fuente

sonora, habiendo muy poca diferencia entre el TRmid de los distintos puntos:

Figura 3.21. Valores de TRmid (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60


TR (

s)

Frecuencia

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

TR m

id (

s)

Distancia (m)


37

EDT

Los valores obtenidos del EDT para el aula ocupada son los siguientes.

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz EDTmid

M2 0,72 1,03 1,32 1,21 1,26 1,01 1,26

M3 1,07 1,12 1,19 1,33 1,34 1,02 1,26

M4 1,54 1,08 1,20 1,24 1,30 1,11 1,22

M5 1,05 1,18 1,30 1,47 1,38 1,15 1,38

M6 0,75 1,11 1,24 1,33 1,37 1,11 1,29

M7 1,04 1,09 1,34 1,35 1,31 1,09 1,34

M8 1,19 0,99 1,21 1,34 1,30 1,14 1,28

M9 1,09 1,22 1,44 1,33 1,29 1,17 1,38

M1' 1,09 1,21 1,28 1,33 1,28 1,09 1,30

M2' 1,11 1,29 1,34 1,26 1,29 1,08 1,30

M4' 1,04 1,29 1,30 1,37 1,31 1,07 1,34

M5' 0,88 1,23 1,33 1,31 1,36 1,07 1,32

M6' 1,26 1,30 1,30 1,32 1,35 1,14 1,31

M7' 1,18 1,33 1,42 1,35 1,28 1,11 1,38

M8' 1,08 1,33 1,18 1,33 1,36 1,14 1,26

M9' 1,02 1,29 1,24 1,33 1,29 1,10 1,28

Media 1,07 1,19 1,29 1,32 1,32 1,10 1,31

Tabla 3.4. EDT en segundos en los diferentes puntos de medida (ocupada)

En este caso el valor de EDTmid es 1,31 s, por lo que s cumple la condicin

requerida de EDTmid TRmid.

Comparamos la media de los valores medidos en el aula vaca y la de los

valores calculados con la correccin para el recinto ocupado.

Figura 3.22. EDT medio en el aula vaca y en la ocupada

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50


EDT

(s)

Frecuencia

Aula vaca

Aula ocupada


38

Vemos que de nuevo se produce una reduccin de los valores medios al

introducir la absorcin correspondiente a la presencia de personas, y que los

resultados obtenidos son muy similares a los del TR, por lo que la difusin del

sonido en el aula es uniforme. No obstante, en todos los casos el EDT es

menor que el TR, por lo que la sensacin de reverberacin es ligeramente

menor a la que realmente muestran los valores objetivos.

Figura 3.23. Valores medios de TR y EDT (ocupada)

La desviacin de los valores de las diferentes medidas es un poco mayor que

en el caso del TR, aunque no son excesivamente elevados.

Frecuencia 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz

Desviacin 12,26% 9,48% 5,85% 3,63% 3,37% 3,31%

Tabla 3.5. Porcentaje de desviacin promedia de los valores de EDT en cada medida

Figura 3.24. Desviacin estndar de EDT para cada banda de frecuencia

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60


TR, E

DT

(s)

Frecuencia

TR medio

EDT medio

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60


EDT

(s)

Frecuencia


39

Por otra parte, la independencia del valor de EDT con respecto a la distancia a

la fuente sonora es de nuevo aceptable.

Figura 3.25. Valores de EDTmid (ocupada) en funcin de la distancia a la fuente sonora

Claridad de la voz (C50)

Los valores de C50 ms relevantes son los siguientes.

500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz C50 sp

M2 3,26 0,50 0,16 1,89 1,14

M3 -0,17 0,62 -0,11 1,75 0,53

M4 -0,78 -1,37 -1,15 -0,39 -0,96

M5 -1,88 -1,38 -3,25 -1,47 -2,13

M6 -3,55 -2,30 -1,64 -0,65 -1,85

M7 -0,41 -2,37 -2,87 -1,87 -2,13

M8 -1,43 -0,50 -1,48 1,36 -0,52

M9 -3,21 -3,57 -2,91 -1,33 -2,73

M1' 0,24 0,66 0,43 1,17 0,65

M2' -1,12 -0,29 -1,70 0,46 -0,72

M4' -1,05 -1,54 -1,69 -0,17 -1,18

M5' -3,22 -1,66 -1,69 -0,72 -1,67

M6' -2,00 -2,26 -2,85 -1,85 -2,33

M7' -3,65 -1,76 -1,58 -1,93 -2,02

M8' -3,61 -2,56 -1,60 -0,82 -1,95

M9' -2,11 -2,36 -1,26 -0,46 -1,46

Media -1,54 -1,38 -1,58 -0,31 -1,21

Tabla 3.6. Claridad de la voz (dB) en los puntos de medida con el aula ocupada

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1,60

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

EDT

mid

(s)

Distancia (m)


40

En este caso se han seleccionado las bandas de frecuencia con ms

importancia en la determinacin de la inteligibilidad de la palabra, que son las

que se utilizan a su vez en el clculo del valor nico de C50 segn se indica en

la Frmula 2.2.

La media de este valor ponderado para todas las medidas y el aula ocupada es

C50 speech average = -1,21 dB (en aula vaca es -3,53 db), siendo el valor

recomendado de 2 dB, por lo que no cumple con los requisitos de claridad de la

voz para este tipo de recintos.

Los valores medios medidos en el aula vaca son efectivamente ms bajos.

Figura 3.26. Valores medios de C50 para cada banda de frecuencia en el aula vaca y ocupada

Se observa cmo el peor valor en ambos casos lo encontramos en 2 kHz, que

es la banda de frecuencia con mayor aporte a la inteligibilidad de la palabra, y,

por tanto, al clculo del valor medio ponderado de este parmetro. La

frecuencia con mayor claridad es 4 kHz.

Esta medida nos muestra de forma especialmente evidente la pobreza de este

recinto en cuanto al grado de comprensin de los mensajes orales que se

emiten en l.

La desviacin de los valores con respecto a la media del aula es

perceptiblemente mayor que en los parmetros anteriores.

-4,50

-4,00

-3,50

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz

Cla

rid

ad d

e la

vo

z C

50

(dB

)

Frecuencia

Aula vaca

Aula ocupada


41

Figura 3.27. Desviacin estndar de los valores de C50 (ocupada) en cada punto de medida

La diferencia entre los valores de los distintos puntos de medida indica que el

nivel de las primeras reflexiones vara considerablemente dependiendo de la

situacin en la que nos encontremos, aumentando el valor segn aumente la

concentracin de dichas componentes.

Esta diferencia tambin se refleja en la variacin de los valores en funcin de la

distancia a la fuente sonora, tal y como se muestra en la siguiente figura.

Figura 3.28. C50 speech average (ocupada) en funcin de la distancia

Se observa que la claridad de la voz va disminuyendo a medida que nos

alejamos de la fuente, siendo mayor a 0 dB en algunos casos, pero nunca llega

al valor requerido de 2 dB.

-4,00

-3,00

-2,00

-1,00

0,00

1,00

2,00

250 Hz 500 Hz 1 kHz 2 kHz 4 kHz

Cla

rid

ad d

e la

vo

z C

50

(dB

)

Frecuencia

-3,00

-2,50

-2,00

-1,50

-1,00

-0,50

0,00

0,50

1,00

1,50

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

C5

0"s

pee

ch a

vera

ge"

(d

B)

Distancia (m)

C50 "speech average" Lineal (C50 "speech average" )


42

Definicin

Estos son los valores de D tras la correccin para aula ocupada.


M2 0,36 0,62 0,82 0,60 0,57 0,71

M3 0,52 0,70 0,55 0,60 0,55 0,70

M4 0,51 0,67 0,50 0,45 0,47 0,52

M5 0,33 0,45 0,41 0,45 0,33 0,44

M6 0,51 0,64 0,31 0,39 0,43 0,50

M7 0,54 0,30 0,52 0,38 0,35 0,41

M8 0,41 0,56 0,45 0,51 0,45 0,66

M9 0,39 0,57 0,33 0,31 0,34 0,45

M1' 0,35 0,68 0,57 0,61 0,60 0,65

M2' 0,51 0,36 0,47 0,54 0,43 0,59

M4' 0,39 0,51 0,47 0,44 0,43 0,54

M5' 0,32 0,25 0,33 0,43 0,43 0,50

M6' 0,32 0,

acondicionamiento acústico de aula [pfc].pdf

Documents