Tlamati Sabiduría, Volumen 7 Número Especial 2 (2016)
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4° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 11° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación
Acapulco, Guerrero 22, 23 y 24 de septiembre 2016 Memorias
PRINCIPIOS DE ACÚSTICA GEOMÉTRICA APLICADA
AL DISEÑO POR ENERGÍAS EN ESPACIOS ARQUITECTÓNICOS
Gonzalez Coctecon Heriberto (Becario Programa Verano UAGro)
Unidad Académica de Arquitectura y Urbanismo de la UAGro
Programa Verano UAGro
Área VII; Ingeniería
Dr. Ricardo Aguayo González (Asesor)
Académico Investigador Asociado, Tiempo Completo
Escuela de Diseño Ingeniería y Arquitectura, Departamento de Arquitectura
Tecnológico de Monterrey, Campus Ciudad de México
Resumen
El estudio del sonido es un fenómeno muy extenso, en gran parte domina nuestra vida,
siendo el principal sistema de comunicación y mensaje. Esta ciencia se encuentra poca
desarrollada y estudiada, y a pesar de la importancia que tiene, aun hoy en nuestro país no se
toma en cuenta para el diseño de espacios arquitectónicos como; teatros, salas de conciertos,
auditorios, cines, salas de conferencias, y no se imparten las preparaciones básicas de acústica
para los arquitectos.
El objetivo prioritario del verano de investigación se basó en aprender conceptos básicos
de diseño acústico, y a partir de ellos, quien se enfrente a un problema acústico, sepa manejar los
términos, tomar decisiones adecuadas, asesorar o valorar las opiniones de otros profesionales.
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En general se usó el método “Cualitativo”, el investigador nos trasmitió nociones
generales, para poder comprender los aspectos básicos de la acústica. Tomando en cuenta el
aislamiento y el acondicionamiento acústico. Hasta esta parte todo fue teórico, realizando una
investigación bibliográfica y de archivo, para completar apuntes de estas clases.
Teniendo la oportunidad de poder realizar un método practico, con el diseño de un
instrumento de enseñanza de acústica geométrica [Simulador Acústico Geométrico Generador de
Espacios Arquitectónicos [SAGGEA02]], para jóvenes que se vayan iniciando en esta ciencia,
servirá además para comenzar a implementar este sistema en el Tecnológico de monterrey y
quizás a otras universidades.
Al participar de esta investigación, aprendimos el diseño acústico de espacios
arquitectónicos nuevos y mejorar los que ya existan, desde; materiales acústicos, tiempo de
reverberación, diseñar por energías, física y fisiología del sonido, reflectores y absorvedores
acústicos, nitidez y difusión, entre otros.
Palabras Clave: Acústica Geométrica, Diseño Acústico, Confort Térmico y Acústico, Heliodon,
Simulador Acústico.
Introducción
Si bien el sonido reside con una esencia inmaterial, Se percibe, pero no se puede tocar,
aprovecha la materia como medio para trasladarse, pero no es materia, flota en el aire esperando
deleitar a quien espera deleite, y sin embargo molesta cuando no se desea [Ruido]. Trabajar con
la acústica es jugar con elementos que esperan convertirse en materia sin poder hacerlo,
provocando un halo de misterio y vacíos en la definición de su enseñanza.
Los nuevos métodos de aprendizaje en la arquitectura se apoyan cada vez más en la
tecnología, surgiendo Apps y Software especializados que facilitan y aceleran el proceso de
diseño, es en este punto que se origina la acústica geométrica; siendo dé prioridad a los
estudiantes de arquitectura su conocimiento básico para poder incursionar después en
herramientas de software, tales como Autodesk Ecotec Analysis, entre otros.
Aunque a lo largo de la historia han habito estudios en la acústica, lo cierto es que es una
ciencia poco desarrollada y de difícil entendimiento en su práctica. Es por eso que la intención es
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transmitir nociones para comprender esta ciencia aplicada a espacios arquitectónicos,
profundizando un poco en el acondicionamiento y aislamiento acústico.
Este proyecto servirá para conocer los parámetros genéricos del confort acústico, térmico
y lumínico, dividido en tres estudios, el primero; Diseño de reflectores acústicos, el segundo;
tomando como referencia el banco de pruebas para el diseño térmico lumínico y su
caracterización y el tercero el diseño del Simulador de Acústica Geométrica Generador de
Espacios Arquitectónicos[SAGGEA02].
Materiales y Métodos
Ubicada la necesidad de apoyos didácticos en la enseñanza de la Arquitectura, el asesor
dispuso de tres principales ejes de objetivos a desarrollar, lo que nos llevó a llevar diferentes
métodos especificados a continuación.
DISEÑO DE REFLECTORES ACUSTICOS;
01. Rreflexión especular del sonido (el ángulo de incidencia de un rayo sonoro sobre una superficie, será el mismo que el del rayo de salida),
02. Imagen de la fuente sonora (aquella que se encuentra perpendicular al reflector acústico en estudio y a la misma distancia a la que se encuentra la fuente sonora original del mismo).
Ejemplo: Diseño del techo acústico equipotencial de un teatro
1. Contorno de partida. SR=Sonido reflejado SD= Sonido directo 2. Sección A del techo. 3. Sección B del techo. 4. Sección C del techo. 5. Sección D del techo. 6. Sección E del techo.
Figura 1.0.- Diagrama de proyecciones para el diseño de reflectores en acústica
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CARACTERIZACIÓN DE BANCO DE PRUEBAS LUMINOTERMICOS PARA ELEMENTOS
FISICOS ARQUITECTONICOS
Descripción del Banco de pruebas; El prototipo está diseñado con MDF de 3.0 mm de
espesor, la escala y las dimensiones están consideradas adecuadas para manejarlo y trasportarlo
fácilmente por una persona: 16.25 por 10.00 m. En escala 1:25 considerado para la base (65.00
por 40.00 cm) y 3.00 por 4.00 m. Para el claro del vano donde se colocan los diferentes sistemas
luminotérmicos (12.00 por 16.00 cm). Así como los cortes de las piezas que componen el banco
de pruebas y la base para el heliodón requieren de precisión, razón por la cual está cortada
mediante láser. La base fue elaborada de forma manual con herramientas de carpintería. Además,
para poder evaluar los resultados de iluminación cuenta con 6 orificios en la parte inferior del
banco de pruebas a fin de colocar el lente de un luxómetro.
Fig. 1.1 Heliodón 19´00´ Fig. 1.2 Banco de Pruebas y Luxómetro Fig. 1.3 Puntos de Prueba
Fórmulas y ecuaciones;
𝐷𝐹=(𝑀𝑒𝑑 𝐼𝑛𝑡 (100))⁄(𝑀𝑒𝑑 𝐸𝑥𝑡)
DF= Daylight Factor, expresado en %.
Med Int= Medición Interna, expresada en Lux.
Med Ext= Medición Externa, Expresada en Lux.
Proceso; Se realizaron pruebas de iluminación con y sin sistemas luminotérmicos
adaptados al banco de pruebas, en la ciudad de México, utilizando el Heliodón impreso 19° 00’
para calcular el porcentaje de Daylight Factor y los resultados obtenidos se describen en las
siguientes tablas:
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Tabla 01.- Las lecturas iniciales corresponden a la cantidad de iluminación sin un sistema
Luminotérmico adaptado. Se observa claramente cómo el DF va decreciendo a medida que la
distancia al vano se aleja. En el punto 1 el DF es de 76.88% y en el más alejado es
aproximadamente una cuarta parte de ese porcentaje (2.71%). Este sistema es mayor y se tomó de
referencia para los siguientes sistemas luminotérmico.
Tabla 02.- La segunda toma de lecturas corresponde al segundo sistema luminotérmico.
Con respecto a todas las lecturas es el sistema luminotérmico menos eficiente si se pretende
mantener iluminado el recinto. Teniendo como porcentaje de DF mayor de 0.54% y menor de
0.27%, en los puntos 1 y 6 respectivamente.
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Tabla 03.- En el tercer sistema luminotérmico se observa una notable mejora en la
iluminación del banco de pruebas, aunque no resulta ser el sistema con mayor porcentaje de DF
de los propuestos, 22.76% en el punto 1 y 1.66% en el punto 6.
Tabla 04.- De los mejores sistemas luminotérmico adaptado al banco de pruebas resulta
ser el cuarto con un DF mayor de 51.77% en el orificio más cercano y el más lejano con un DF
registrado de 2.41%.
Según los datos obtenidos la comparativa del Day light Factor arroja los siguientes datos: (Véase
Gráfica 1.).
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Grafica 1.0 La prueba se realizó en once sistemas de diseño de elementos para vano.
Resultados
Después de realizar varias pruebas para determinar el Daylight Factor de cada uno de los
sistemas luminotérmicos propuestos, se observa que la eficiencia va de acuerdo al diseño y
factores como la orientación de sus componentes y las aperturas que lo conformen. Se debe tener
en consideración que de acuerdo a ciertas temporadas del año es el comportamiento ante los
rayos solares de cada sistema luminotérmico, principalmente se consideran las incidencias solares
sobre las fachadas representadas con las inclinaciones de los rayos solares máximas y mínimas.
SIMULADOR DE ACUSTICA GEOMETRICA GENERADOR DE ESPACIOS
ARQUITECTONICOS [SAGGEA02]
Este simulador está diseñado principalmente para ayudar al estudiante a comprender la
difusión del sonido desde la fuente de sonido hacia el espectador, dentro de un teatro, mejorando
los siguientes aspectos;
1. El espacio debe tener la mejor inteligibilidad de la palabra posible
0.00
5.00
10.00
15.00
20.00
25.00
30.00
35.00
40.00
45.00
50.00
1 2 3 4 5 6
Sistemas Termico-Luminico
Prueba Primer Segundo Tercero
Cuarto Quinto Sexto Sep@mo
Octavo Noveno Decimo Decimo Primero
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2. No debe contener ecos
3. Permitir la clara definición del espectro frecuencial
4. No tener completamente un ruido blanco
5. Las zonas intimas deben protegerse del sonido
6. Tener el nivel de Decibeles especificado en las normas
7. Se debe reforzar el sonido en las ultimas bancas
8. El espacio debe tener una reflexión especular de orden menor a tres
9. Mantener una reverberación baja
10. Los reflectores deben ser grandes
11. Si hay cola reverberante se debe absorber
12. Las primeras reflexiones son útiles si se encuentran en el primer 1/20 seg.
13. Permitir el correcto uso de megafonía [si existe]
Para lo cual se diseñó un prototipo de material didáctico para el correcto diseño de estos
espacios enfocados en los techos acústicos equipotenciales.
Figura 2.0.- Se puede observar el radio de giro de los tres principales techos y del sistema laser
marcado como fuente sonora.
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Imagen 2.1.- Tomando el segundo techo a diseñar se proyecta la imagen de la fuente sonora.
Para su mejor aplicación se realizó un modelo en 3D seguido de las partes y detalle para
poder armar el prototipo.
Imagen 2.2.- e Imagen 2.3.- Modelado 3D del simulador te acústica.
Discusión y Conclusiones
Retomando los objetivos de aclarar los conceptos básicos de la acústica geométrica, es de
importancia señalar que, al referirse de acústica, no solo se va tratar del acondicionamiento, sino
que al mismo tiempo se estudia parte de la asignatura pendiente dentro de la construcción; el
aislamiento, los modos de construir están en constante cambio y han generado importantes
problemas de transmisión acústica, que están por resolver, con esta premisa este verano el
resultado que presento es la premisa de ofrecer soluciones para evitar la transmisión del sonido
aéreo o por impacto, pero sin duda la entrada a vigor de normativas de obligado cumplimiento la
que transformé la realidad sonora de la arquitectura actual.
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Agradecimientos
A la Universidad Autónoma de Guerrero por el apoyo brindado a sus estudiantes participando
en programas de verano. Siempre será una oportunidad priorizar la formación práctica y de
investigación en otros centros de investigación. Al Dr. Ricardo Aguayo Gonzáles Asesor-
Investigador del Tecnológico de Monterrey, Campus Ciudad de México por su apoyo en el desarrollo
del proyecto y por brindarnos sus conocimientos en Acústica Geométrica. A mis compañeros de
verano por la oportunidad de permitirme compartir y generar nuevos conocimientos desde diferentes
perspectivas.
Referencias
o Carrión Isbert A. (1998), Diseño Acústico de Espacios Arquitectónicos, España, UPC
o Madan Mehta (1999), Arquitectural Acoustics; Principles and Design. Inlgaterra, Prentice
– Hall professional technical reference.
o Peters Brady (2010), Manufacturing parametric acustic surfaces, Inglaterra, E. Blurb.
o Arau Higini(2002), La inmaterialidad cretiva del sonido, Madrid, ATC Ediciones.
o Francesc Daumal i D. (1995). La arquitectura del sonido, España, Tectónica 14. ATC E.