Acoustics of large places of worship

La Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) ha reconocido el sonido como parte importante de nuestro patrimonio cultural intangible, y ha identificado su preservación como una prioridad, considerando el fuerte impacto social, cultural y económico de las actividades de investigación relacionadas con el patrimonio inmaterial. Esta tesis doctoral, que se enmarca en el proyecto nacional de investigación "La acústica de las catedrales: una contribución científica para la recuperación del patrimonio cultural", se centra en el estudio, la conservación y la difusión del patrimonio acústico de los lugares de culto más emblemáticos de nuestra región: las catedrales andaluzas, extendiendo tanto la metodología aplicada, como los resultados de dicha investigación, a otros grandes lugares de culto. La muestra elegida para este trabajo de investigación consiste principalmente en las catedrales andaluzas más representativas desde el punto de vista arquitectónico, cultural y turístico: las catedrales de Cádiz, Córdoba, Granada, Jaén, Málaga y Sevilla. Se requiere un enfoque multidisciplinar para la caracterización acústica detallada de estos espacios históricos. La metodología aplicada se basa en la medición de las respuestas impulsivas monoaurales y biaurales (RIs) en determinadas combinaciones de posición de fuente y receptor, asociadas a los diversos usos litúrgicos y culturales de cada una de las seis catedrales estudiadas. Con el fin de garantizar la fiabilidad de la adquisición, el procesamiento y el análisis de los datos registrados, se realizó un estudio comparativo exhaustivo de los resultados obtenidos utilizando cuatro herramientas software diferentes. Dicha metodología incluye además, la predicción del comportamiento acústico de catedrales a través de respuestas de impulso simuladas en modelos virtuales, los cuales son previamente validados utilizando como referencia las RIs medidas. Los parámetros acústicos objetivos y los atributos subjetivos fueron analizados desde el punto de vista físico, arquitectónico y cultural, en las diferentes zonas de congregación/audiencia diferenciadas teniendo en cuenta las áreas de uso previamente definidas y/o la visibilidad determinadas por los mapeados generados para cada posición de la fuente sonora. Los modelos virtuales se utilizaron para evaluar la acústica de los grandes recintos de culto desde una perspectiva histórica, analizando el efecto de la ocupación en el ambiente acústico del espacio, y la influencia, tanto de la posición de la fuente sonora como de su orientación, en las condiciones de escucha durante la liturgia celebrada al estilo tradicional (Misa Tridentina). Seis iglesias católicas históricas (cinco italianas y una española) de diversos tamaños y tipologías se incluyeron en dicho estudio. Esta tesis doctoral no sólo incrementa el patrimonio inmaterial de las catedrales caracterizadas de forma individual a través del regristro de sus RIs, sino que también proporciona nuevos y valiosos conocimientos científicos sobre la acústica de uno de los grupos de edificios patrimoniales más importantes de Europa, destacando las singularidades arquitectónicas de las catedrales españolas.The United Nations Educational, Scientific and Cultural Organisation (UNESCO) recognises sound as part of our intangible cultural heritage, and identifies its preservation as a priority, considering that activities on heritage science and/or cultural heritage research to have a strong social, cultural, environmental and economic impact. This doctoral thesis, which is framed within the national research project “Acoustics of cathedrals: a scientific contribution for the recovery of cultural heritage”, focuses on the study, preservation and dissemination of the acoustical heritage of the most representative places of worship of our region, Andalusian cathedrals, and extends the applied methodology and the research findings to other large places of worship. The sample chosen for this research work involves the most representative Andalusian cathedrals from an architectural, cultural and touristic point of view: the cathedrals of Cadiz, Cordoba, Granada, Jaen, Malaga, and Seville. A multidisciplinary approach was required for the detailed acoustic characterisation of these historical spaces. The methodology applied was based on measuring the monaural and binaural room impulse responses (RIRs) for certain source-receiver combinations, which are associated with the various liturgical and cultural uses of each of the six cathedrals studied. In order to ensure the reliability of the acquisition and processing of measured data, as well as that of the analysis of results, a comparative study of the results obtained by using four different acoustic software tools, was performed. Additionally, the acoustic behaviour of cathedrals is predicted through simulated room impulse responses by using virtual models, previously validated by using measured RIRs as a reference, so that objective parameters and subjective attributes could be analysed at differentiated congregant/audience zones while taking into account the areas of visibility determined by simulation mappings for each source position. Furthermore, acoustic virtual models were employed to assess the effect of occupancy by the congregation and of both the source position and its orientation during the liturgy when Mass was celebrated in the traditional style (Tridentine Mass). Six historical Catholic churches (five Italian and one Spanish) varying in size and typology were included in the study. Not only does this doctoral thesis increase the intangible heritage of a characterised cathedral individually through the regristration of its RIRs, but it also provides new valuable scientific knowledge on the acoustics of one of the most important groups of heritage buildings of Europe, and highlights the singularities of Spanish cathedrals

Bivariate orthogonal polynomials in the Lyskova class

AbstractClassical orthogonal polynomials in two variables can be characterized as the polynomial solutions of a matrix second-order partial differential equation involving matrix polynomial coefficients. In this work, we study classical orthogonal polynomials in two variables whose partial derivatives satisfy again a second-order partial differential equation of the same type

Semiclassical orthogonal polynomials in two variables

AbstractIn this work, semiclassical orthogonal polynomials in two variables are defined as the orthogonal polynomials associated with a quasi definite linear functional satisfying a matrix Pearson-type differential equation. Semiclassical functionals are characterized by means of the analogue of the structure relation in one variable. Moreover, non trivial examples of semiclassical orthogonal polynomials in two variables are given

The Acoustics of Aggregation Sites: Listening to the Rock Art Landscape of Cuevas de la Araña (Spain)

Since the 1980s, research into aggregation sites has focused on the material dimension of the archaeological record and has thus led to an incomplete view of the prehistoric reality. Early communities chose sites for many reasons. In this article, we explore the possibility that something as immaterial in nature as the acoustics of the sites may have influenced the selective choices made by the prehistoric peoples who created and used rock art in these meeting places. Employing the Impulse Response (IR) methodology, we systematically analyze the acoustic properties of Cuevas de la Araña, an aggregation site in eastern Spain with Levantine rock art, and 16 satellite sites in its surroundings. The results indicate that the acoustics of La Araña could have been important for creating affective engagement through musical performances carried out during the production and use of rock art, as well as for the choice of the site as a meeting place for Levantine populations.This study forms part of the ERC Advanced Grant Artsoundscapes project “The sound of special places: exploring rock art soundscapes and the sacred” (EC Grant Agreement 787842), whose PI is Margarita Díaz-Andreu

Evaluación paramétrica y sensorial en la enseñanza de acústica de salas

This paper presents an initial version of an interactive tool which is intended to be used in room acoustics education. The interactive tool enables a virtual workspace in which users can apply different acoustic conditioning solutions to a room and obtain both, its parametric evaluation in terms of the most significant acoustic parameters, and its sensory (visual and auditory) evaluation through virtual reality immersion . Parameters and auralizations associated to each conditioning solution can be obtained from the measured and/or simulated impulse responses.En este trabajo se presenta una versión inicial de una herramienta interactiva que se pretende utilizar en la enseñanza de Acústica de Salas. Con esta herramienta, el usuario puede aplicar diferentes posibilidades de acondicionamiento de una sala y obtener su evaluación paramétrica en términos de los parámetros acústicos más significativos, y su evaluación sensorial (visual y acústica), en la que el alumno tiene la posibilidad de inmersión en un espacio de realidad virtual. Tanto los parámetros como las auralizaciones asociados a cada solución de acondicionamiento podrán obtenerse a partir de las respuestas al impulso medidas y/o simuladas

La acústica de las catedrales andaluzas

The growing interest over recent decades in acoustic behaviour of heritage buildings has been triggered by the focus on providing new information about their cultural character. This work de-scribes the acoustic aspects of the main cathedrals of Andalusia, vast places of worship nowa-days conceived as multifunctional enclosures capable of housing a large audience. Following a methodology based on measuring the monaural and binaural impulse responses, acoustic pa-rameters are determined, associated with the various uses of each cathedral. The monumental size of these buildings and the characteristics of the materials used in their construction make cathedrals highly reverberant spaces.El interés en el comportamiento acústico de edificios patrimoniales se ha incrementado en las últimas décadas con el objetivo de aportar nueva información sobre su carácter cultural. Este trabajo describe el comportamiento acústico de las principales catedrales andaluzas, grandes espacios de culto concebidos hoy en día como recintos multifuncionales capaces de albergar una gran cantidad de público. Siguiendo una metodología basada en la medición de las res-puestas al impulso monoaurales y binaurales, se determinan los parámetros acústicos asocia-dos a los diversos usos actuales de cada catedral. El monumental volumen de estos edificios y las características de los materiales empleados en su construcción, hacen de las catedrales unos espacios altamente reverberantes

Análisis comparativo de tres sistemas para la medida de respuestas impulsivas

La respuesta al impulso (RI), registrada en un punto de recepción cuando la fuente sonora emite desde la ubicación del emisor en un recinto, contiene toda la información necesaria para describir el comportamiento acústico del mismo entre ambas posiciones. Para caracterizar el recinto en su conjunto, es usual utilizar varias posiciones de emisión y de recepción. Los ordenadores actuales, conjugando hardware y software adecuados, permiten registrar, procesar y analizar de forma eficiente estas RIs según los criterios de la normativa internacional aplicable en cada caso. Se presenta aquí un estudio comparativo ciego de tres sistemas para medidas acústicas de salas. Las comparaciones se han establecido a partir de las respuestas al impulso medidas en el salón de actos de la ETS de Arquitectura de Sevilla con cada uno de los tres equipos usando un mismo tipo de señal de excitación. Para ello, se han calculado los principales parámetros de salas recogidos en la norma UNE-EN-ISO 3382-1. Para cada parámetro calculado se han estudiado las diferencias encontradas tanto del valor promediado espacialmente por bandas de octava, como del promedio espectral en cada punto de recepción. Para una valoración de dichas diferencias se ha tomado como referencia el umbral diferencial.The room impulse response (RIR), recorded at a reception point when the sound source emits from the location of the emitter, contains all the information necessary to describe the acoustic behaviour within a room. In order to characterize the enclosure as a whole, several emission and reception positions are commonly used. Current computers, equipped with suitable hardware and software, enable these RIRs to be registered, processed and analysed in an efficient way in accordance with the criteria of the international standards applicable in each case. This paper presents a blind comparative study of three systems for the measurement of room acoustics. Comparisons have been drawn up from the impulse responses measured in the auditorium of the School of Architecture of Seville with each of the three sets of equipment by means of the same type of excitation signal. To this end, the main parameters of room acoustics from standard ISO 3382-1 have been calculated. For each parameter calculated, the differences between both the spatially averaged value in octave bands and the spectral average at each reception point have been studied. In order to evaluate the differences found, the Just Noticeable Difference (JND), has been taken as a reference

Índices acústicos globales en grandes espacios de culto

This paper presents a method to synthesize the acoustic assessment of large reverberant places of worship for two types of sound stimuli: music and speech. The proposed synthetic indices are derived from the spectrally and spatially averaged values of various acoustic parameters, related to the attributes of perceived sensation and widely considered in other acoustic studies. Partial indices associated with each parameter are determined by comparing its average value with its range of optimum values and its environment of acceptable values that are set according to their respective differential thresholds (JND). The methodology implemented is applied to the acoustic assessment of five cathedrals of Andalusia.En este trabajo se presenta un método para sintetizar la valoración acústica de grandes espacios reverberantes de culto para dos tipos de estímulos sonoros, la música y la palabra. Los índices sintéticos propuestos se obtienen a partir de los valores promediados espectral y espacialmente de seis parámetros acústicos, relacionados con los atributos de la sensación percibida y ampliamente considerados en otros estudios acústicos. Los índices parciales asociados a cada parámetro se determinan comparando el valor medio de éste con su rango de valores óptimos y entorno de valores aceptables que se fija en función de los umbrales diferenciales (JND) respectivos. La metodología implementada se aplica a la valoración acústica de cinco catedrales de Andalucía

El sonido virtual del Panteón de Roma

El Panteón fue ordenado construir por Agripa en el año 27 A. C. como templo consagrado a las divinidades romanas, formando parte de las actuaciones de urbanización del Campo Marzio en tiempos del emperador Augusto. A comienzos del siglo II D.C. el edificio se encontraba en ruinas y sobre éstas se erigió en el año 120 el edificio actual bajo el mandato de Adriano. Se consagra como iglesia católica en el año 609 bajo la advocación de Santa María de los Mártires. El Panteón de Adriano es considerado una de las mejores herencias arquitectónicas de la Antigüedad exhibiendo planta circular de 43 m de diámetro y una altura idéntica hasta su gran óculo cenital. En él se utiliza la mayor innovación tecnológica de la época adquiriendo su equilibrio y durabilidad por el procedimiento de aligerar la construcción sin reducir la resistencia de la estructura. En este trabajo se ha creado un modelo digital 3D del espacio y se ha realizado una simulación acústica mediante el software CATT-Acoustic. El estudio pretende analizar con esta técnica la incidencia del diseño arquitectónico de la rotonda y la cúpula en la conducta acústica de este gran y emblemático espacio, que ha inspirado múltiples obras arquitectónicas en todo el mundo a lo largo de la historiaThe Pantheon was commissioned by Agrippa in 27 B.C. as a temple for the Roman deities and as part of the urbanization of the Campo Marzio under Emperor Augustus. At the beginning of the second century the building was in ruins upon which the current building was erected in the year 120 A.D. under the rule of Hadrian. It was consecrated in 609 as a Catholic church dedicated to St. Mary and the Martyrs. Hadrian’s Pantheon is considered one of the major architectural inheritances of Antiquity and features a circular plan of 43 m in diameter and an identical height up to its large zenithal oculus. It was built by employing the greatest technological innovation of the time, and acquired balance and durability through the procedure of lightening the construction without reducing the resistance of the structure. In this work, a 3D digital model of the space is created and an acoustic simulation by using CATT-Acoustic software is performed. With this technique, the study strives to analyse the incidence of the architectural design of the rotunda and the dome on the acoustic behaviour of this great and emblematic space, which, throughout history, has inspired numerous works of architecture worldwid

Reverberation perception in Spanish cathedrals

Listening tests based on paired comparisons have been employed to investigate the subjective perception of the acoustic environment in highly reverberant large spaces. Seven cathedrals in the southern half of Spain have been included in the survey, thereby covering a wide range of reverberation-time values from 4.32 s in Murcia cathedral to 8.96 s in Cadiz cathedral at mid-frequencies. These cathedrals present a common architectural typology, known as the "Spanish style", which allows similar source-receiver points to be selected when comparisons are made between two different cathedrals. The tests were carried out in the listening room of the Acoustics Laboratory of the Applied Physics II Department of the School of Architecture of the University of Seville. Several types of anechoic sound signals (choral pieces, extracts of Baroque instrumental music, and a speech) were auralised with the impulse responses measured in the cathedrals to be used in the tests. Such auralisations were reproduced through headphones, thereby ensuring that all audio signals were perceived at the same level during each test. The results indicated the existence of a threshold, whose value depends on the type of stimulus, from which the objective reverberation differences are subjectively remain almost indistinguishable to the listene