acústica arquitectonica

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UNIDAD 2: ACÚSTICA CAPÍTULO 5 ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA

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Apuntes de Física sobre Acústica Arquitectónica.

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Page 1: Acústica Arquitectonica

UNIDAD 2: ACÚSTICA

CAPÍTULO 5

ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA

Page 2: Acústica Arquitectonica

1. Acondicionamiento acústico1.1. Materiales absorbentes: Índices de valoración1.2. Campos de sonido1.3. Tiempo de reverberación

2. Aislamiento acústico2.1. Parámetros de medida del aislamiento acústico2.2. Aislamiento acústico de elementos mixtos

Page 3: Acústica Arquitectonica

1. Acondicionamiento acústico

ACÚSTICA ARQUITECTÓNICAParte de la Acústica que trata lo relacionado

con los sonidos en la construcción y su entorno

AISLAMIENTO ACÚSTICO

Estudio de la protección contra los ruidos y vibraciones en

recintos habitables

ACÚSTICA URBANÍSTICA

Estudia las intervenciones para

asegurar la protección frente a ruidos

exteriores en zonas urbanas (entorno de

edificaciones)

ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO

Estudio de las intervenciones para mejorar la calidad acústica en el

interior de recintos, supuestamente aislados del exterior, según sea su uso.

Page 4: Acústica Arquitectonica

1. 1. Materiales absorbentes

La cantidad de energía absorbida por un material, y por tanto, su coeficiente de absorción α,depende de:

¿Cómo puede absorberse la energía acústica?

Mediante un elemento que sea capaz de captar la

energía acústica del sonido y transformarla a

energía mecánica

Mediante sustancias, llamadas absorbentes, que producen un amortiguamiento de las ondas

sonoras al pasar a través de ellos, mediante la transformación de energía sonora en calor

(energía calorífica), por rozamiento

Proceso físico según el que se realice la absorción. Esto depende de:

Tipo de material

Forma y espesor

Mecanismo de montaje

Del ángulo de incidencia del sonido sobre el

material

De la frecuencia del sonido incidente

Page 5: Acústica Arquitectonica

Índices de valoración de la absorción en un material

Coeficiente de absorción

i

a

EE

Dependencia con la frecuenciaObliga a tener que conocer la curva del coeficiente de absorciónde un material en función de la frecuencia. Normalmente en el

diseño acústico de salas se trabaja con el coeficiente de absorción en las bandas de 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz.

Page 6: Acústica Arquitectonica

Absorción de una superficie

Dado un material de superficie S y coeficiente de absorción α a una frecuencia, se define su absorción a esa frecuencia como:

αSA = Unidades S.I.: m2

llamadas SABINES

Absorción de un local o elemento mixto

Dado un local o elemento mixto formado por N superficies Si y coeficientes de absorción αi a una frecuencia, se define su

absorción total a esa frecuencia como:

NN

N

SSSAAAA

ααα +++==+++=

........

2211

21

Page 7: Acústica Arquitectonica

Coeficiente de absorción medio de un local o elemento mixto

Dado un local o elemento mixto, se define su coeficiente de absorción medio a una determinada frecuencia como

totalSuperficietotalAbsorción

........

21

2211 =++++++

=N

NN

SSSSSS αααα

Utilidad

Sirva para asociar un único coeficiente de absorción en cada frecuencia, a un elemento o sala formada por

materiales de diferente coeficiente de absorción

Page 8: Acústica Arquitectonica

Ejemplo

Los coeficientes de absorción de los materiales de las superficies de una sala de 25mx20mx6m, vacía, sin ventanas ni puertas, a la frecuencia de 1000 Hz son: Techo: 0.6; Paredes: 0.05; Suelo: 0.1.

Determinar: a) La absorción de la sala; b) El coeficiente de absorción medio de la sala

Area de las paredes=2(25x6)+2(20x6)=540 m2

Absorción de las paredes= 540x0.05=27 Sabines

Area del techo y suelo= 25x20=500 m2

Absorción del techo=500x0.6=300 Sabines

Absorción del suelo= 500x0.1=50 Sabines

Absorción total= 27+300+50=377 Sabines

Area total: 540+500+500=1540 m2

Coeficiente de absorción medio=377/1540=0.25

Page 9: Acústica Arquitectonica

1. 2. Campos de sonido

Supongamos una sala en la que existe un foco emisor (fuente sonora) y un punto de recepción. A este punto, en todo instante de tiempo, están llegando dos tipos de sonido:

-Sonido directo de la fuente

-Sonido procedente de las reflexiones en todos los obstáculos de la sala. Se dice que una reflexión es de orden “n” si el sonido asociado ha incidido “n” veces sobre las superficies de los obstáculos.

Page 10: Acústica Arquitectonica

Las reflexiones pueden dividirse en dos tipos según su orden

1) Primeras reflexiones (de orden bajo): Llegan pronto a la fuente

2) Reflexiones tardías (de orden elevado): Tardan más tiempo en llegar a la fuente. Estas reflexiones forman lo que se llama “Cola reverberante”.

Las primeras reflexiones son básicas para reforzar el sonido directo en una

sala. La sala debe diseñarse geométricamente para ello, impidiendo

obstáculos que las eliminen y/o eliminen el sonido directo

A causa de la absorción de las superficies y del aire de la sala, el nivel sonoro de las

reflexiones va disminuyendo con el tiempo. Las reflexiones tardías suelen ser menos

energéticas que las tempranas.

Conclusión: Las primeras reflexiones y la cola reverberante dependen mucho de la geometría y de la absorción de la sala.

Nivel sonoro del sonido directo y de cada reflexión: Ecograma

Page 11: Acústica Arquitectonica

Supongamos que en una sala conectamos una fuente en un instante de tiempo y medimos el nivel de presión sonora en un determinado punto de la sala:

1-Al principio el nivel va creciendo, como consecuencia de la llegada del sonido directo de la fuente y del sonido reflejado.

2-Al cabo de un cierto tiempo, como la fuente no aumenta más, el nivel en dicho punto se mantiene constante, y siempre es suma del sonido directo y del reverberante.

3-Si en un instante apagamos la fuente, el nivel en dicho punto disminuye, pues ya no hay sonido directo. Pero el sonido no disminuye instantáneamente, sino que lo hace

progresivamente, ya que van llegando reflexiones tardías. Es decir, el sonido tarda un tiempo en desaparecer totalmente. A este fenómeno se le llama REVERBERACIÓN

Page 12: Acústica Arquitectonica

Por tanto, el nivel de presión sonora total en un punto de la sala se obtiene por contribución de dos niveles:

-Nivel del sonido directo (LD), que depende de la distancia a la fuente (a menor distancia mayor nivel)

-Nivel del sonido reflejado o reverberante (LR), que depende de la absorción de todas las superficies de la sala

+= 24

log10)(rQLdBL WD π

+

+=aire

WR AALdBL 4log10)(

RDTOTAL LLL ⊕=Q: Directividad de la fuente emisora; Q=1 fuente omnidireccional; Q≤1

r: Distancia fuente-punto recepción (m)

LW: Nivel de potencia de la fuente sonora (dB)

A: Absorción total de la sala en Sabines

Aaire: Absorción del aire

Page 13: Acústica Arquitectonica

CAMPO DIRECTO (LD)

Para distancias r pequeñas (puntos próximos a la fuente), predomina el sonido directo: Se dice que estamos en zona de campo directo. En esta zona el nivel sonoro disminuye 6dB

cada vez que duplicamos la distancia. Es como si el receptor estuviese en campo libre

CAMPO REVERBERANTE (LR)

Para distancias grandes (puntos lejanos a la fuente) predomina el sonido reverberante: Se dice que estamos en zona de campo reverberante. En esa zona el nivel se mantiene

constante de un punto a otro

Page 14: Acústica Arquitectonica

Si el grado de absorción de la sala aumenta, el nivel reverberante (LR) disminuirá

Tipos de salas según su nivel reverberante

Sala viva: Baja absorción y alta reverberación

Sala apagada: Alta absorción y baja

reverberación

Page 15: Acústica Arquitectonica

1. 3. Tiempo de reverberación

Para medir la reverberación de una sala se emplea el denominado TIEMPO DE REVERBERACIÓN (TR):

Tiempo desde que el foco emisor se detiene hasta que el nivel sonoro cae 60dB respecto del nivel estacionario

Su valor depende de:

-Geometría de la sala

-Grado de absorción total de la sala (materiales que recubren las

superficies de la sala, incluidas las personas, muebles, cortinas, etc.)

-Frecuencia

-Del punto donde se mida

Page 16: Acústica Arquitectonica

Fórmula de Sabine para el tiempo de reverberación

airessuperficietotal

totalR

AAAA

V0.161T

+=

= V: Volumen sala (m3)

Atotal: Absorción total de la sala, incluida la del aire (Sabines).

Si la Absorción aumenta ⇒ TR disminuye

Si la Absorción disminuye ⇒ TR aumentaEs una fórmula

aproximada, más valida válida si:

-Reflexión difusa

-Geometría regular de la sala

-Coeficiente medio de absorción de la sala

inferior a 0.4

TR es un parámetro básico en la calidad acústica de un local

Si TR es bajo, SALA SORDA

Si TR es alto, SALA VIVA

Page 17: Acústica Arquitectonica

Toda sala de audición, independientemente de otros parámetros acústicos, tiene que tener un TR adecuado a su

uso, dependiente de su volumen

¿Qué efecto produce la reverberación?

Un alargamiento de los sonidos individuales, de forma que permanecen audibles un tiempo después de haber sido emitidos, entremezclándose su audición con la de sonidos posteriormente

emitidos

Page 18: Acústica Arquitectonica

Salas de uso de la palabra (aulas, conferencias, teatros, etc.)

El efecto de la reverberación no es positivo. Al mezclarse los sonidos se pierde claridad y, por tanto, inteligibilidad de la palabra. Hacen falta, pues, salas sordas, con bajo TR

Salas de uso musical (óperas, salas de conciertos, etc.)

El efecto de la reverberación es positivo, pues al mezclarse los sonidos, la música gana en vivacidad y plenitud (se hace más armoniosa). Hacen falta, pues, salas vivas,

con alto TR. No obstante, cada tipo de música, requiere un valor de TR distinto

A: Palabra

B: Música

Valores recomendados de TR según el uso de la sala y su volumen

Page 19: Acústica Arquitectonica

Ejemplo de cálculo del TR con la fórmula de Sabine

Aula D12-EUAT; V=838m3; Uso: palabra; TR (óptimo)≅0.83 s

0.600.580.500.500.760.98C

0.560.530.470.470.710.93B

0.520.500.440.440.670.89ATR(s)

223.845234.004271.296270.620178.431137.656C

240.624252.313289.605287.577190.467144.501B

257.403270.612307.914304.535202.503151.437AABSORCIÓN TOTAL

2.1420.3002.1420.3002.1420.3001.7850.2501.4280.2001.4280.2007.14Taburete plástico

(C)

1.0710.3001.0710.3001.0710.3000.8930.2500.7140.2000.7140.2003.57Taburete plástico

17.850.35019.380.38019.380.38017.850.35012.750.2507.650.15051 p.Personas(B)

35.70.35038.760.38038.760.38035.70.35025.50.25015.30.150102 p.Personas(A)ASIENTOS

5.4280.0305.4280.0305.4280.0305.4280.0307.7800.0439.0470.050180.93Madera pintada

Mesas

0.2070.0400.2070.0400.2070.0400.2070.0400.2750.0530.3110.0605.18Madera barnizada

Pizarra

0.5640.1000.5640.1000.5640.1001.0150.1801.9180.3401.4100.2505.64Mad.Contra-chapado

Puertas

2.4430.0404.2790.0706.1130.1009.1700.15012.230.20018.340.30061.13V. ComúnVentanas

2.4970.0104.9940.0204.9940.0202.4970.0102.4970.0102.4970.010249.69TerrazoSuelo

202.20.810209.70.840247.20.990247.20.990149.80.600102.40.410249.69Fibra vidrioTecho

8.3130.0506.6500.0404.6550.0283.3250.0202.4940.0152.1610.013166.25Yeso pintadoParedes

A(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)α

4000Hz2000Hz1000Hz500Hz250Hz125HzS(m2)TipoAula D12

Page 20: Acústica Arquitectonica

Ejemplo 2: Mejora del acondicionamiento acústico de una oficina revistiendo el techo con tableros acústicos que poseen los siguientes coeficientes de absorción: 0.49 (250Hz), 0.74

(500Hz), 0.78 (1000Hz), 0.78 (2000Hz)

Características de la sala

Muro de yeso pintado

Puerta de dos hojas de roble

Techo de yeso pintado

Suelo de losetas termoplásticas

Page 21: Acústica Arquitectonica

Tiempo de reverberación sin tratamiento del techo

AAVTR

2.5216.016.0 ==32.5290.236 mxxV ==

2.012.502.512.52TR(s)

4.173.593.353.30Absorción

2.250.540.720.420.24

0.050.030.040.070.08

1.350.720.540.720.25

0.030.040.030.120.09

0.900.720.361.080.29

0.020.040.020.180.10

0.670.540.271.500.32

0.0150.030.0150.250.11

45.06181862.94

MuroSueloTecho VentanaPuerta

A(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αS(m2)

2000 Hz1000 Hz500 Hz250 HzFrecuencia

Tiempo de reverberación con tratamiento del techo

0.470.480.500.70TR(s)

17.4917.0916.3111.85Absorción

2.250.5414.040.420.24

0.050.030.780.070.08

1.350.7214.040.720.25

0.030.040.780.120.09

0.900.7213.321.080.29

0.020.040.740.180.10

0.670.548.821.500.32

0.0150.030.490.250.11

45.06181862.94

MuroSueloTecho VentanaPuerta

A(m2)αA(m2)αA(m2)αA(m2)αS(m2)

2000 Hz1000 Hz500 Hz250 HzFrecuencia

Page 22: Acústica Arquitectonica

2. Aislamiento acústico

Parte de la Acústica Arquitectónica cuyo objetivo es proveer a los ocupantes de las edificaciones una adecuada protección frente a ruidos

Hay tres tipos de Aislamiento según el tipo de ruido que debe aislarseRuido aéreo

El ruido llega a los cerramientos del local receptor por el aire. La onda sonora incidente pone en vibración el cerramiento, lo que genera una onda sonora en el local receptor

(onda transmitida), de menor energía que la onda incidente

Ruido de impacto

El ruido se genera por un golpe de corta duración sobre los cerramientos

del local receptor, el cual los hace entrar en

vibración, y emitir ondas sonoras.

Ruido de vibración

El ruido procede de la vibración de otros

elementos (máquinas, motores, etc.) situados sobre los cerramientos

del local receptor.

Page 23: Acústica Arquitectonica

Transmisión de ruido aéreo entre salas

interiores

Transmisión de ruido aéreo entre el

exterior y una sala interior

Transmisión de ruido de impacto a través

de la estructura

Page 24: Acústica Arquitectonica

El aislamiento en la construcción tiene por objeto no sobrepasar los niveles exigidos por la norma básica de la edificación (condiciones acústicas) NBE-CA-88, para los distintos locales, según sea su uso

y según sea la franja horaria. A estos niveles se les llaman NIVELES DE INMISIÓN MÁXIMOS PERMITIDOS

Lógicamente, cuanto más ruido haya fuera del local receptor, mayor aislamiento se requerirá para conseguir estos niveles

permitidos

Page 25: Acústica Arquitectonica

2. 1. Parámetros de medida del aislamiento acústico

Aislamiento acústico específico de un elemento constructivoSe define como la reducción de intensidad acústica causada por un

elemento constructivo, medida en dB

t

i

IIa log10= Ii= intensidad sonora incidente

It= intensidad sonora transmitida

000

0 log10log10//log10

II

II

IIIIa ti

t

i −== ti LLa −=

90dB 35dBa=90-35=55dB

Page 26: Acústica Arquitectonica

Aislamiento acústico bruto de un local respecto de otroSe define como la diferencia de niveles de presión sonora en ambos locales en dB

21 LLD −=L1= Nivel de presión sonora en el local emisor

L2= Nivel de presión sonora en el local receptor (corregido el ruido de fondo, NRF, sin la fuente emitiendo en el local emisor)

La transmisión del sonido entre los locales sigue caminos diversos:

-Via directa: A través del cerramiento

-Vías indirectas: Por otros caminos

El aislamiento acústico específico, sólo evalúa la vía directa. Por eso hay que medirlo en laboratorio

El aislamiento acústico bruto, evalúa ambas vías de transmisión. Por eso se mide con el cerramiento puesto en obra

Page 27: Acústica Arquitectonica

El nivel medido en el local receptor se ve afectado por la absorción total de dicho local (A) (o lo que es lo mismo por su reverberación).

Por ello, no es conveniente usar el aislamiento acústico bruto sino otro índice, llamado AISLAMIENTO ACÚSTICO NORMALIZADO, que tiene en cuenta la

absorción del local receptor. Se define como:

ASDR log10+=

A: Absorción del local receptor

S: Superficie del elemento separador entre locales

Si medimos el TR del local receptor y tenemos en cuenta la fórmula de Sabine (aproximada)

VTSD

TVSDR R

R 163.0log10

/163.0log10 +=+=

V:Volumen del local receptor

Page 28: Acústica Arquitectonica

Ejemplo

En una medida del aislamiento a la frecuencia de 1000 Hz del elemento separador entre un gimnasio y una vivienda se obtienen las siguientes medidas a dicha frecuencia

-Nivel en el gimnasio (emisor)= L1=96.3dB

-Nivel en la vivienda (receptor)=L’2=32dB

-Nivel de ruido de fondo en la vivienda=27dB

El volumen del local receptor de la vivienda es 75 m3, su absorción total a esta frecuencia es 22.64 Sabines, y la superficie del elemento separador local-gimnasio es de 15 m2. Determinar: a) Aislamiento acústico bruto a 1000 Hz; b) Tiempo de reverberación del local receptor a 1000 Hz; c) Aislamiento acústico normalizado a 1000 Hz

dBa 95.6535.303.96 =−= sAVTR 54.0

64.2275163.0163.0 ===

dBAScorrección 78.1

64.2215log10log10 −===

dBcorrecciónDR 17.6478.195.65 =−=+=

dBNRFLNRFL

35.301010log101010log10)( 1027

1032

1010'22

'2

=

−=

−=−⊕=

Corrección del ruido de fondo

L

Page 29: Acústica Arquitectonica

Aislamiento acústico bruto global

En cada banda de frecuencia, un elemento constructivo tendrá un aislamiento acústico bruto. El aislamiento acústico bruto global

es el aislamiento total considerando todas las bandas de frecuencia. Normalmente se usan las bandas de 125, 250, 500,

1000, 2000 y 4000 Hz. Ejemplo

51.775.165.264.557.246.949.2D

50.5514.426.131.838.948.545.2L2

102.2589.591.396.396.195.494.4L1

Global400020001000500250125Nivel

)()()( 21 globalLglobalLglobalD −=

Page 30: Acústica Arquitectonica

MENSAJE IMPORTANTE

El aislamiento de un elemento constructivo depende mucho de la frecuencia del sonido incidente, es decir:

El valor de a, D y R depende mucho de la frecuencia y hay que dar su valor en cada octava o

tercio de octava

Page 31: Acústica Arquitectonica

Aislamiento acústico normalizado global

Es el aislamiento acústico normalizado considerando todas las bandas de frecuencia. Normalmente se usan las bandas de 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz.

Ejemplo anterior

102.3-53.7=48.6R(global)53.716.928.533.640.651.648.9L1-R

72.662.862.755.543.845.5R-2.48-2.39-1.78-1.71-3.09-3.67Corrección0.460.470.540.550.40.35TR(s)75.165.264.557.246.949.2D14.426.131.838.948.545.2L2

102.389.591.396.396.195.494.4L1

Global400020001000500250125Nivel

21 LLD −= correcciónDR +=)/log(10 ASCorrección =

))(()()( 11 globalRLglobalLglobalR −−=

Page 32: Acústica Arquitectonica

Procedimiento de cálculo

1. Se calcula el nivel global emisor, L1(global)

2. Se calcula el aislamiento acústico bruto en cada banda: D=L1-L2

3. Se calcula, conocido el tiempo de reverberación en cada banda, la corrección por absorción. Corrección=10 log (S/A).

4. Se calcula el aislamiento acústico normalizado en cada banda: R=D+Corrección.

5. Banda por banda, se le resta al nivel emisor L1 el aislamiento normalizado (L1-R). Al resultado se le calcula el nivel global (se llama nivel global receptor corregido).

6. Al nivel global emisor L1(global) del apartado 1, se le resta el nivel global receptor corregido (L1-R) (global), calculado en el apartado 5. El resultado es el aislamiento acústico normalizado global: R(global)=L1(global)-(L1-R) (global).

Page 33: Acústica Arquitectonica

2. 2. Aislamiento acústico de elementos mixtos

En muchas ocasiones el elemento separador está formado por subelementos con aislamientos distintos. Por ejemplo: Fachadas con ventanas y/o puertas, cubiertas con claraboyas, particiones

interiores con puertas y/o visores, etc.

El aislamiento específico de todo el elemento constructivo será:

∑∑

=

i

ai

ii

iS

Sa 10/10/

log10

Si: Superficie de cada subelemento

ai: aislamientos específicos de cada subelemento

Page 34: Acústica Arquitectonica

Conclusiones importantes

-El aislamiento del subelemento que menos aísla condiciona muchísimo el aislamiento del conjunto. Por ello, conviene combinar elementos con aislamiento

acústico lo más próximo posible.

-El aislamiento acústico del conjunto es como máximo, 10 dB superior al del subelemento con menos aislamiento. Por ello, las puertas, ventanas y sobretodo rendijas, afectan fuertemente de manera negativa al aislamiento del conjunto del

cerramientoCalcular el aislamiento específico de una pared formada por un tabique ciego de 15 m2 con

un aislamiento específico de 38 dB y una puerta de 3 m2 con 20 dB de aislamiento específico

dBa 45.27

10

3

10

15315log10

1020

1038

=+

+=

¿cómo cambia el aislamiento del conjunto si la puerta aísla 35 dB?

dBa 33.37

10

3

10

15315log10

1035

1038

=+

+=