1.1 Propiedades del Sonido

 

a) Frecuencia

 

La frecuencia (ƒ) es el número de ciclos de onda por segundo y se mide en Hertz (Hz).

Fórmula de la frecuencia:

Donde T es el período, es decir, el tiempo que tarda un ciclo completo, en segundos.

Ejemplo práctico: Si una onda tiene un período de 0,01 segundos, su frecuencia será:

 

Esto significa que la onda completa 100 ciclos por segundo.

La frecuencia está relacionada con la percepción del tono:

• Frecuencias bajas (20 – 250 Hz): Corresponden a sonidos graves.
• Frecuencias medias (250 – 4000 Hz): Corresponden a voces e instrumentos de rango medio.
• Frecuencias altas (4000 – 20,000 Hz): Corresponden a sonidos agudos.

 

b) Amplitud

 

La amplitud está relacionada con la presión sonora o la intensidad del sonido. Una mayor amplitud de onda se traduce en un sonido más fuerte o más intenso.

Fórmula de la intensidad sonora (I):

Donde:

P es la potencia en vatios (W).
A es el área en metros cuadrados (m²) a través de la cual se distribuye el sonido.
La relación entre la intensidad del sonido y la percepción del volumen es logarítmica. La intensidad y la presión sonora se expresan en decibelios (dB).

 

 

c) Longitud de Onda

 

La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos puntos equivalentes en un ciclo de onda (por ejemplo, de cresta a cresta).

Fórmula de la longitud de onda:

Donde:

v es la velocidad del sonido en el medio.
ƒ es la frecuencia de la onda.
Ejemplo práctico: En el aire a 20 °C, la velocidad del sonido es aproximadamente 343 m/s. Para un sonido con una frecuencia de 100 Hz:

Este valor es típico para sonidos de baja frecuencia. Las frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas.

 

 

d) Velocidad del Sonido

 

La velocidad del sonido (v) depende del medio a través del cual se propaga. En el aire a 20 °C, es aproximadamente 343 m/s, pero varía con la temperatura y la densidad del medio.

Fórmula de la velocidad del sonido en el aire:

Donde T es la temperatura en grados Celsius (°C).

Ejemplo: A 30 °C, la velocidad del sonido será:

Este concepto es crucial en la sincronización de sistemas de altavoces en grandes recintos, ya que el sonido puede tardar en llegar a áreas distantes.

 

 

1.2 Principios Básicos de la Acústica

 

a) Reflexión del Sonido

 

La reflexión ocurre cuando una onda de sonido encuentra una superficie y rebota. La cantidad de reflexión depende del ángulo de incidencia y las características de la superficie.

Ley de la reflexión: El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Ejemplo: Una pared lisa y dura refleja más sonido que una con materiales absorbentes. En auditorios, se controla la reflexión para evitar ecos y mejorar la claridad del sonido.

 

 

b) Absorción del Sonido

 

La absorción es la pérdida de energía sonora cuando una onda golpea una superficie, convirtiéndose en calor.

El coeficiente de absorción (α) indica la cantidad de sonido absorbido, variando de 0 (sin absorción) a 1 (absorción total).

Fórmula de absorción en dB:

 

Donde Iincident​ es la intensidad del sonido antes de impactar en la superficie e Itransmitted​ es la intensidad después de la absorción.

Materiales como alfombras y paneles acústicos tienen altos coeficientes de absorción y se utilizan para reducir la reverberación.

 

 

c) Difusión del Sonido

 

La difusión dispersa las ondas sonoras en múltiples direcciones, suavizando las reflexiones concentradas y creando un campo sonoro uniforme.

Ejemplo: En estudios de grabación, se utilizan difusores en las paredes para evitar acumulaciones de ondas y mejorar la calidad del sonido.

 

 

d) Refracción del Sonido

 

La refracción ocurre cuando el sonido cambia de dirección al pasar por un medio con diferente densidad o temperatura.

Ley de Snell para la refracción:

Donde θ₁ y θ₂ son los ángulos de incidencia y refracción, y v₁ y v₂ son las velocidades del sonido en cada medio.

Este fenómeno es común en espacios abiertos, donde variaciones de temperatura pueden hacer que el sonido se desvíe hacia arriba o abajo, afectando la propagación en eventos al aire libre.

 

 

 

1.3 Fenómenos Acústicos en Espacios Cerrados

 

a) Reverberación

 

La reverberación es la persistencia del sonido en un espacio después de que la fuente se ha detenido, debido a múltiples reflexiones.

Tiempo de Reverberación (RT60): Tiempo que tarda el sonido en reducirse en 60 dB después de que la fuente se detiene.

Fórmula de Sabine:

Donde V es el volumen en m³ y A es la absorción total en m².

 

 

 

b) Eco

 

El eco es un tipo de reflexión en el que el sonido llega con un retraso perceptible. Se percibe cuando la distancia entre el oyente y la superficie refleja causa un retraso de al menos 50 ms.

Ejemplo: En auditorios grandes, se minimiza el eco ajustando la ubicación de los altavoces y usando materiales absorbentes.

 

 

 

c) Modos de Sala

 

Los modos de sala son frecuencias específicas que resuenan en espacios cerrados debido a reflexiones entre paredes paralelas.

Fórmula de la frecuencia modal axial:

Donde L es la distancia entre superficies paralelas. Los modos afectan principalmente las bajas frecuencias y se controlan con trampas de graves o rediseñando las dimensiones de la sala.

 

 

1.4 Conceptos de Decibelios (dB) y Nivel de Presión Sonora (SPL)
 

 

a) Decibelios (dB)

 

Los decibelios son una unidad logarítmica que mide la intensidad relativa del sonido.

Fórmula de decibelios:

Donde I es la intensidad del sonido y I₀ es la intensidad de referencia (10⁻¹² W/m²).

 

 

b) Nivel de Presión Sonora (SPL)
 

 

El SPL mide la presión del sonido en dB en un punto específico y se usa en eventos en vivo para garantizar niveles seguros y adecuados de volumen.

Fórmula de SPL:

Donde p es la presión sonora en pascales y p₀ es la presión de referencia (20 μPa).

 

Con estos principios y fórmulas, es posible analizar y ajustar el comportamiento del sonido en distintos espacios para obtener una calidad de audio óptima.