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MEDICIÓN Y SIMULACIÓN DE TIEMPO DE REVERBERACIÓN Y OTROS PARÁMETROS

ACÚSTICOS DE AULASGabriel A. Craveroa, Sebastián P. Ferreyraa, Mario D. Floresa,

Leopoldo Buddea, Hugo C. Longonia, Oscar A. Ramosa,b y Fabián C.Tommasinia

a Centro de Investigación y Transferencia en Acústica (CINTRA), Unidad Asociada al CONICET Facultad Regional Córdoba,

Universidad Tecnológica Nacional. Maestro López esq. Av. Cruz Roja Argentina. CP 5016ZAA, Córdoba, Rep. Argentina.

bConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET), Av. Rivadavia 1917,

CP: C1033AAJ, CABA, Rep. Argentina. http://www.conicet.gob.ar

http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/cintrae-mail: gacravero@gmail.com

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Contenido

• Introducción

• Aulas

• Medición de tiempo de reverberación

• Tiempos de reverberación óptimos

• Simulación de respuesta impulsiva de un aula

• Discusión y conclusiones

• Agradecimientos

• Referencias

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Introducción

• Este trabajo se desarrolló en el marco del Proyecto de Investigación y Desarrollo PID UTN Nº1658: Estudio de características principales de campos sonoros en aulas y auditorios (2012-2014).

• El objetivo general del proyecto es estudiar y evaluar las características acústicas del campo sonoro de aulas y pequeños auditorios utilizados en el nivel universitario, mediante métodos objetivos y subjetivos.

• Se presentan resultados parciales del estudio y evaluación del tiempo de reverberación (T) de los recintos seleccionados (estudio objetivo).

• Diversos estudios científicos demuestran que la inteligibilidad de la palabra está vinculada con la correcta percepción de las consonantes.

• Elevados valores de tiempo de reverberación pueden degradar la inteligibilidad de la palabra significativamente como consecuencia del enmascaramiento de las consonantes.

• Por lo general, la construcción de este tipo recintos en la República Argentina no considera criterios acústicos, utilizándose materiales con bajos coeficientes de absorción sonora, lo cual produce elevados valores de T.

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Aulas

Nº

Recinto

Volumen [ m3 ]

Superficie Cubierta

[ m2 ]

Largo [ m ]

Ancho [ m ]

Alto [ m ]

Capacidad [nº de bancos/butacas]

Frecuencia Schröeder

[Hz] 1

Aula 608 Edificio “Ing. Soro”, FRC UTN 179,46 49,30 8,30 5,94 3,64 35+ 205,73

2 Aula 015 Edificio “Central”, FRC UTN 194,25 70,00 10,00 7,00 2,90 54+ 180,77

3 Aula 225 Edificio “Central”, FRC UTN 240,45 80,15 1.45 7,00 3,00 98+ 117,71

4 Aula 011 Edificio “Malvinas”, FRC UTN 93,45 31,15 7,00 4,45 3,00 20++ 226,16

5 Aula 708 Edificio “Ing. Soro”, FRC UTN 318,82 93,22 12,17 7,66 3,42 117+ 162,43

6 Aula 154 Edificio “Central”, FRC UTN 143,32 49,00 7,00 7,00 2,90 51++ 148,67

(+): banco de madera fenólico y estructura metálica ; (++ ): butaca de estructura metálica con base y respaldo de espuma de poliuretano y tela.

Tabla 1: Recintos, dimensiones y capacidades

Aula 608 Aula 225Aula 708 Aula 011 Aula 015 Aula 154

Se seleccionó una muestra de 6 aulas representativa respecto a dimensiones y características constructivas, sobre un total de 78. Las mismas se encuentran distribuidas en 3 edificios de la FRC, UTN.

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Medición de tiempo de reverberación• La medición se realizo siguiendo las directrices de la norma IRAM 4109-2:2011

(compatible con ISO 3382-2:2008), sin presencia de alumnos (sala vacía), aplicando el método de la respuesta impulsiva integrada, mediante la deconvolución de señales determinísticas.

• Como señal de excitación se utilizó un barrido de frecuencia de variación exponencial, debido a las ventajas que esta presenta.

• La Respuesta Impulsiva del Recinto (RIR) fue registrada para 12 pares de la combinación Fuente-Receptor, para cada recinto.

Pares Fuente-Receptor

(FSOx-Mx)Aula 154

6

Aula 708 Aula 608 Aula 154 Aula 015 Aula 011 Aula 2250.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5Tiempos de reverberacion (T10, T20, T30) y EDT

EDT

T10

T20

T30

RECINTOS

[Seg

un

dos]

ResultadosValores lineales obtenidos a partir del promedio energético de las RIR (12 combinaciones de la Fuente-Receptor).

7

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 160000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5Tiempo de decrecimiento temprano (EDT)

Aula225 Aula11 Aula154 Aula608 Aula 708

Frecuencia [Hz]

ED

T [

s]

8

31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 160000

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

Tiempo de reverberación (T30)

Aula225 Aula11 Aula154 Aula608 Aula 708

Frecuencia [Hz]

T30 [

s]

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Tiempos de reverberación óptimos

Aula Volumen [m3] ANSI 12.60 NBR 12179 WHO 2001 Carrión, 2001

225 245,45 No Califica No Califica No Califica Califica* 011 93,45 Califica Califica Califica Califica* 154 143,2 No Califica No Califica No Califica Califica* 608 179,46 No Califica No Califica No Califica No Califica 708 318,82 No Califica No Califica No Califica No Califica 015 194,25 No Califica No Califica No Califica No Califica

Criterio Volumen,

V [m3] Frecuencia [Hz]

500 1000 2000 ANSI 12.60 V ≤ 283 0,6 0,6 0,6 ANSI 12.60 283 ≤ V ≤ 566 0,7 0,7 0,7 NBR 12179 150 ≤ V≤ 300 0,5 - 0,7 0,5 - 0,7 0,5 - 0,7 WHO 2001 V ≤ 250 0,4 - 0,7 0,4 - 0,7 0,4 - 0,7 WHO 2001 V > 250 0,6 - 1,2 0,6 - 1,2 0,6 - 1,2

Carrión, 2001 100 ≤ V≤ 10.000 0,8 - 1,0 0,8 - 1,0 -

Tabla 2: Tiempos de reverberación recomendados para aulas

Tabla 3: Evaluación del Tiempo de reverberación medido

(*): Valores por debajo de lo recomendado.

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Simulación de la RIR• La RIR se compone de sonido directo, reflexiones tempranas (especulares y

difusas) y reflexiones tardías (cola reverberante de la RIR).

• El modelo computacional aplicado para la síntesis de la RIR utiliza un método hibrido. El modelado de las reflexiones tempranas se realiza mediante el método de fuente-imagen (ISM). Mientras que para las reflexiones tardías se utiliza una red de retardo realimentada (FDN), (Tommasini 2007,2008)

Representación esquemática del reflectograma e

identificación del sonido directo, reflexiones

tempranas, y reflexiones tardías

(Carrión Isbert,2001)

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Condiciones de simulación de la RIR

Modelo computacional del recintoSoftware Virtual Room Plus (Matlab)

Altura FSO: 1,48 [m]Altura Micrófono: 1,34

[m]

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MaterialCoeficiente de absorción sonora

por banda de octava [Hz]

125 250 500 1000 2000 4000

Pared revocada 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02 0,04

Puerta de madera solida 0,14 0,10 0,06 0,08 0,10 0,10

Cielorraso placas de yeso 13 mm + espacio de aire

0,12 0,10 0,05 0,05 0,05 0,05

Pupitre y silla de madera 0,24 0,30 0,39 0,41 0,43 0,50

Baldosas de cerámica con superficie lisa 0,01 0,01 0,01 0,02 0,02 0,02

Ventanal de vidrio grueso 0,18 0,06 0,04 0,03 0,02 0,02

Parámetro Valor

Orden de fuente imagen 3

Tiempo de mezcla 13,93 [ms]

Volumen 194,25 [m3]

Velocidad del sonido 343 [m/s]

Temperatura 20 [ºC]

Duración máx. de la RIR 5 [s]

Condiciones de simulación de la RIR

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Resultados de la simulación:

• La diferencia entre los valores de T30 medidos y simulados se debe principalmente a la discrepancia entre los valores de α reales y los valores seleccionados para la simulación.

• Pequeñas variaciones de α provocan desvíos significativos de T. Para alcanzar buenas aproximaciones es imprescindible conocer con exactitud los valores reales de todos los elementos que contribuyen en la absorción del sonido.

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Variación de T según el grado de ocupación:

125 250 500 1000 2000 40000.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

1.70

T30 simuladoCoeficiente utilizado – 25 % de superficie del piso

Coef. Adulto sentado en silla de madera

Coef. Audiencia sobre asientos de madera

Coef. Estudiantes vestidos in-formalmente sentados en sillas de madera

Frecuencia [Hz]

T3

0 [

S]

Material/DescripciónCoeficiente de absorción sonora

Fuente125 [Hz] 250 [Hz] 500 [Hz] 1000 [Hz] 2000 [Hz] 4000 [Hz]

Adulto sentado en silla de madera 0,18 0,40 0,46 0,46 0,51 0,46Univ

República

Audiencia en asientos de madera 0,31 0,51 0,73 0,80 0,82 0,82Univ

RepúblicaEstudiantes vestidos informalmente

sentados en sillas de madera0,30 0,41 0,49 0,84 0,87 0,84

D. Egan 1972

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Variación de T según el grado de ocupación:

Material/DescripciónCoeficiente de absorción sonora

Fuente125 [Hz] 250 [Hz] 500 [Hz] 1000 [Hz] 2000 [Hz] 4000 [Hz]

Adulto sentado en silla de madera

0,18 0,40 0,46 0,46 0,51 0,46Univ

República

Audiencia en asientos de madera 0,31 0,51 0,73 0,80 0,82 0,82Univ

RepúblicaEstudiantes vestidos

informalmente sentados en sillas de madera

0,30 0,41 0,49 0,84 0,87 0,84D. Egan

1972

125 250 500 1000 2000 40000.40

0.60

0.80

1.00

1.20

1.40

1.60

T30 simuladoCoeficiente utilizado - 75% de superficie del piso

Coef. Audiencia sobre asientos de madera

Coef. Adulto sentado en silla de madera

Coef. Estudiantes vestidos in-formalmente sentados en sillas de madera

Frecuencia [Hz]

Tie

mp

o [

S]

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• Se concluye que las aulas evaluadas de la UTN, FRC presentan elevados valores de T (lineal y por banda de octavas) lo cual evidencia la falta de criterio acústico durante la etapa de diseño. Por lo cual el campo sonoro existente resulta inapropiado para el proceso de enseñanza-aprendizaje.

• Solo un aula califica con los valores óptimos según diferentes criterios. Esto se debe a que ha sido acondicionada recientemente considerando aspectos acústicos.

• Numerosas investigaciones evidencian que el T no es el único parámetro acústico relevante para la evaluación de la inteligibilidad de la palabra. Debiendo considerarse parámetros como nivel de ruido de fondo, claridad de la palabra (C50), entre otros.

• El programa de simulación computacional para sintetizar RIR fue una herramienta simple y eficaz a la hora de evaluar diferentes condiciones del aula y su campo sonoro.

• El trabajo a futuro contempla la evaluación de los mismos recintos para diferentes grados de ocupación, la medición del ruido de fondo y su valoración según diferentes criterios y la caracterización acústica de diferentes fuentes de ruido interiores y exteriores (sistema de ventilación e iluminación, tráfico vehicular, etc.).

Discusión y Conclusiones

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Agradecimientos

• A la Secretaria de Ciencia, Tecnología y Posgrado (SCDTyP) de la Universidad Tecnológica Nacional (UTN).

• Al Centro de Investigación y Transferencia en Acústica (CINTRA), Unidad Asociada CONICET, de la Facultad Regional Córdoba, Universidad Tecnológica Nacional .

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MUCHAS GRACIAS!!!

¿Preguntas?

http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/cintra

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Referencias• ANSI S12.60:2002, Acoustical Performance Criteria, Design Requirements, and Guidelines for Schools. • Carrión Isbert, A. Diseño acústico de espacios acústicos arquitectónicos. Alfaomega, 2001 • Farina, A., Simultaneous measurements of impulse response and distortion with a swept-sine technique. Proc.

108th Convention of Audio Engineering Society, Paris, Francia, 2000 • Ferreyra S. P., Cravero G. A, Ramos Oscar A., Tommasini ,Fabian C., Araneda Mariano. Identificación y análisis de

modos propios de recintos a partir de sus respuestas impulsivas. Mecánica Computacional Vol. XXXI, págs. 3969-3989. Actas del 10mo Congreso Argentino de Mecánica Computacional Mecom 2012. Salta. República Argentina. 13 al 16 Noviembre de 2012.

• Ferreyra, S. P., Ramos, O. A. Análisis físico-acústico-espacial de respuestas impulsivas binaurales (BRIR) obtenidas por métodos indirectos. Mecánica Computacional, pp 407-421. Procedimientos del 27to Congreso sobre Métodos Numéricos y sus Aplicaciones (ENIEF 2008), San Luis, Argentina, 10-13 de Noviembre, 2008.

• Hodgson M., Nosal E.. Experimental investigation of the acoustical characteristics of university classrooms. Journal Acoustical Society of America Vol.106, pág. 1810, 1999

• IRAM 4109-2:2011 Acústica. Medición de parámetros acústicos en recintos. Parte 2 – Tiempo de reverberación de recintos comunes.

• ISO 3382-2:2008, Acoustics — Measurements of room acoustics parameters - Part 2: Reverberation time in ordinary rooms. 2008.

• Jot, J. M., Cerveau, L., y Warusfel, O. Analysis and synthesis of room reverberation based on a statistical time-frequency model. NY Preprints of the Audio Engineering Society 103rd Convention:4629, 1997

• Meeting of the Acoustical Society of America, paper nº: 1pAA1, San Diego, California, 15-18 Noviembre, 2004 • NBR 12179:1992, Tratamento acústico em recintos fechados • Rindel, J., Evaluation of room acoustic qualities and defects by use of auralization. 148th • Schroeder M., The Schroeder frequency revisted. Journal Acoustical Society of America, 99 (5) pp. 3240, 1996. • Tommasini, F.C.; Ramos, O.A. Algoritmos de reverberación artificial utilizando redes de retardo realimentadas En

VI Jornadas de Acústica, Electroacústica y Áreas Vinculadas. Organizadas por CADAE (Cámara Argentina de Acústica, Electroacústica y Áreas Vinculadas) y la UADE (Universidad Argentina de la Empresa). Buenos Aires, Argentina. Octubre de 2007.

• Tommasini, F.C.; Ramos, O.A. Modelo basado en evidencias perceptuales para simular respuestas impulsivas de recintos. En Anales de la XXXIV Conferencia Latinoamericana de Informática (CLEI2008). Centro Latinoamericano de Estudios en Informática (CLEI), p. 1100-1109. ISBN: 978-950-9770-02-7. Santa Fe, Argentina. 8-12 de Septiembre de 2008.

• World Health Organization, Noise in schools, Geneva, 2001.