Ponencia presentada en el IX Congreso Iberoamericano de Acústica. Valdivia, Chile. 2014La cámara de reverberación del Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas de la Universidad Nacional de Córdoba, es una sala construida a principios de la década de 1960, con un volumen total de 204 m3 destinada a la medición de la absorción acústica. En los últimos tiempos se han realizado intervenciones a la misma destinadas principalmente a mejorar las condiciones de difusión del campo sonoro y corregir la presencia de modos normales en BF. Se presenta en esta ponencia los resultados del trabajo de caracterización acústica de la Cámara, la metodología utilizada y las conclusiones alcanzadas. Asimismo se exponen las intervenciones realizadas y los resultados obtenidos en la etapa final. Para la evaluación han sido medidos los Tiempos de Reverberación,  la uniformidad y la distribución del Campo Sonoro. Se han incorporado y evaluado nuevos elementos difusores complementarios al difusor rotativo original de la cámara, siguiendo los criterios fijados por la ISO 354.Fil: Herrán, Carlos. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaFil: Maristany, Arturo Raúl. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaFil: Moyano, Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaOtras Ingenierías y Tecnología

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Reacondicionamiento y caracterización acústica de la cámara de reverberación del CIAL-UNC

Ponencia presentada en el IX Congreso Iberoamericano de Acústica. Valdivia, Chile. 2014Fil: Herrán, Carlos. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaFil: Maristany, Arturo Raúl. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaFil: Moyano, Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaLa cámara de reverberación del Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas de la Universidad Nacional de Córdoba, es una sala construida a principios de la década de 1960, con un volumen total de 204 m3 destinada a la medición de la absorción acústica. En los últimos tiempos se han realizado intervenciones a la misma destinadas principalmente a mejorar las condiciones de difusión del campo sonoro y corregir la presencia de modos normales en BF. Se presenta en esta ponencia los resultados del trabajo de caracterización acústica de la Cámara, la metodología utilizada y las conclusiones alcanzadas. Asimismo se exponen las intervenciones realizadas y los resultados obtenidos en la etapa final. Para la evaluación han sido medidos los Tiempos de Reverberación,  la uniformidad y la distribución del Campo Sonoro. Se han incorporado y evaluado nuevos elementos difusores complementarios al difusor rotativo original de la cámara, siguiendo los criterios fijados por la ISO 354.Fil: Herrán, Carlos. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaFil: Maristany, Arturo Raúl. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaFil: Moyano, Daniel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Arquitectura, Urbanismo y Diseño. Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas; ArgentinaOtras Ingenierías y Tecnología

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paper ID: 0111 /p.1Reacondicionamiento y Caracterización Acústica de laCámara de Reverberación del CIAL-UNCC.C. Herrán, A.R. Maristany & D.A. MoyanoCentro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas - CIAL, Facultad de Arquitectura,  Universidad Nacionalde Córdoba, CP5000, Argentina, arturo.maristany@gmail.comRESUMEN: La cámara de reverberación del Centro de Investigaciones Acústicas y Luminotécnicas de laUniversidad Nacional de Córdoba, es una sala construida a principios de la década de 1960, con un volumentotal de 204 m3 destinada a la medición de la absorción acústica. En los últimos tiempos se han realizadointervenciones a la misma destinadas principalmente a mejorar las condiciones de difusión del campo sonoro ycorregir la presencia de modos normales en BF. Se presenta en esta ponencia los resultados del trabajo decaracterización acústica de la Cámara, la metodología utilizada y las conclusiones alcanzadas. Asimismo seexponen las intervenciones realizadas y los resultados obtenidos en la etapa final. Para la evaluación han sidomedidos los Tiempos de Reverberación, la uniformidad y la distribución del Campo Sonoro. Se han incorporadoy evaluado nuevos elementos difusores complementarios al difusor rotativo original de la cámara, siguiendo loscriterios fijados por la ISO 354.KEYWORDS: absorción acústica, modos normales, reverberaciónIX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.21. INTRODUCCIÓNLa principal aplicación y destino práctico de una cámara de reverberación es la medición,mediante técnicas experimentales simples, del coeficiente de absorción acústica de materialesbajo condiciones de incidencia aleatoria (ISO 354), la evaluación de la potencia acústica defuentes sonoras (ISO 3741) y el análisis de vibraciones en sólidos por vía aérea. Existen anivel internacional una gran variedad de cámaras de reverberación con diferentes resolucionesformales, dimensionales, de establecimiento y difusión del campo sonoro, pero todasresponden a los lineamientos básicos dados por la ISO 354:2003 [1] que permite estandarizary validar los resultados obtenidos en los ensayos respectivos.Diversas publicaciones a nivel internacional muestran los resultados obtenidos en laevaluación y caracterización de cámaras acústicas y las estrategias para alcanzar los objetivosde normas. En todos los casos se indican y caracterizan parámetros como: forma, volumen,superficie útil, superficie total, longitud de segmento mayor, tiempo de reverberación decámara en vacio, suavidad y maximización de curva de absorción e identificación de modospropios [2] [3] [4] [5].2. ANTECEDENTES DE LA CAMARA DEL CIALLa cámara de reverberación del CIAL fue construida a fines de los años 50 en el marco de unproyecto de desarrollo de un “laboratorio de investigaciones acústicas”. La cámara originalsufrió con el tiempo sucesivas modificaciones, siempre orientadas a su adaptación a nuevasnormas como así también motivadas por nuevas técnicas de instrumentación que posibilitabansu análisis más detallado y requerimientos más estrictos del campo sonoro. La cámara poseíaun volumen de 194 m3. En la figura 1 se muestran la conformación original, el sistema dedifusión sonoro estaba basado en difusor estáticos prismáticos sobre los laterales y un difusorrotativo basado en palas planas (imagen “a” de la figura 2).Figura 1: Planta y corte original de la cámara – c.1960En los informes de evaluación realizados a la cámara en el año 1964 se observa quefue necesario realizar modificaciones estructurales que aumentaran su volumen por encima delos 200 m3 a los efectos de adecuar a las recomendaciones ISO R.477. Se informa que lasirregularidades superficiales no son suficientes para dar difusión por debajo de los 500 Hz yque se complementan con el montaje de un difusor rotativo simple (elemental) y difusoresestáticos. En aquel momento se observa que la cámara absorbe excesivamente en bajasIX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.3frecuencias por la falta de masa en los muros, lo cual fue corregido en una intervenciónrealizada posteriormente.En el año 1984 se informa de una nueva evaluación según la cual la cámara poseetiempos de reverberación por debajo de las recomendaciones de ISO 354 en las frecuencias de125 y 250 Hz. Se procede al desmantelamiento progresivo de difusores estáticos y rotativos yde un absorbedor de bajas frecuencias instalado en años anteriores destinado a controlarmodos normales. Se advierte que la tendencia es el aumento de los tiempos de reverberación amedida que son menores los elementos dejados en la cámara, pero aumentando los modosnormales a bajas frecuencias. En esta oportunidad se decide suavizar la curva en bajasfrecuencias reemplazando las placas del difusor rotativo original de madera terciada porplacas vidrio.(a) (b) (c)Figura 2: Imágenes cámara de reverberación del CIAL – (a) original, (b) modificaciones1964, (c) modificaciones 19843. ESTADO PREVIO A LA INTERVENCIONAl momento de la intervención actual la cámara posee un volumen de 206,23 m3, superficiede piso 46,72 m2 y una superficie total de envolvente de 214,85 m2. Su volumen yproporciones cumplen con lo establecido en la ISO 354:2003, la diagonal mayor (Imax=10,8m) es menor a 1,9V1/3 = 11,23 m. En la figura 3 se muestran las dimensiones en planta y cortede la cámara. El sistema de difusión del campo sonoro está basado, de acuerdo a lasmodificaciones del año 1984, en un difusor rotativo compuesto de 4 placas de vidrio de 6 mmcon una superficie total de 3,34 m2. El eje de la estructura está montado sobre un sistema dedoble rodamiento y se acopla con un manchón al sistema motorreductor. El motorreductorestá formado por un motor asíncrono trifásico de ½ cv – 1360 rpm y un reductor 33:1acoplado a un sistema de polea con relación 5,5:1 acoplado al eje del difusor, de esta forma eldifusor gira a una velocidad de 7,5 rpm (completa una vuelta en 8 segundos). Las paredes,piso y techo están cubiertas con pintura epoxi con muy alta capacidad de reflexión.IX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.4Figura 3: cámara de reverberación del CIAL – previo al reacondicionamiento3.1 Tiempos de Reverberación – estado previoSe midieron los tiempos de reverberación por tercio de octava de la cámara antes de lostratamientos. Los valores obtenidos se muestran en la gráfica de la figura 4. Se observa quelos tiempos de reverberación en las frecuencias de 630 a 1000 Hz están por debajo o muyajustados a la curva de referencia de la ISO 354. Asimismo se observa una diferencia muypronunciada entre bandas adyacentes en la zona de bajas frecuencias, por encima de límitemáximo dado por la ISO (15%) y con desvíos muy importantes.2.003.004.005.006.007.008.00100 Hz125 Hz160 Hz200 Hz250 Hz315 Hz400 Hz500 Hz630 Hz800 Hz1 kHz1.25 kHz1.6 kHz2 kHz2.5 kHz3.15 kHzTR (s)TR Medio - CIAL - difusor detenido ISOTR Medio - CIAL - difusor funcionando TR Medio - CIAL - sin difusor rotativoFigura 4: Tiempos de reverberación de la cámara – previo al reacondicionamiento3.2 Modos Normales – estado previoEs conocido que los Modos Normales presentes en un recinto se concentran en los ángulos deun local [6] [7]. Bajo este principio se realizó un análisis teórico de los modos normales en elIX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.5rango de frecuencias de 20 a 435 Hz, utilizando como herramientas una PC y hojas de cálculocon base de  Excel. La figura 5 muestra el espectro de frecuencias esperado, considerandosolamente modos axiales y tangenciales y los modos de propagación previstos.20304050607080900 60 120 180 240 300 360 420L [db]Frecuencia [Hz]Efecto esperado de modos axiales y tangencialesFigura 5: Modos Normales teóricos – 20 a 435 HzPara la evaluación práctica se realizaron mediciones excitando la cámara desde uno delos ángulos triedros inferiores, con un barrido de tonos senoidales de 50 a 400 Hz y unaduración de 5 minutos. Durante este proceso se grabó la respuesta de la sala con un micrófonode medición con respuesta tipo omnidireccional colocado en el ángulo opuesto de la Cámara.Los resultados obtenidos mediante el análisis espectral de este barrido fueron los indicados enla gráfica de la figura 6.00.0050.010.0150.0232 43 54 65 75 86 97 108118129140151161172183194205215226237248258269280291301312323334345355366377388398Frecuencia (Hz)CR - sin acondicionarFigura 6: Representación gráfica Modos Normales en el rango de 50 a 400 HzCon el fin de explorar la distribución de campo en distintas frecuencias, se realizaronmediciones en un plano a 1,2 m del nivel del piso. En este caso la cámara fue excitada conruido rosa. En la Figura 7, se puede observar una imagen típica, de las muchas obtenidas, delos modos normales a la frecuencia de 112 Hz (tangencial en xy) y 138 Hz axial en x (peropuede observarse la influencia en y debida a la proximidad de la frecuencia 137 Hz, que esaxial en y). Las herramientas utilizadas fueron una PC y un software de aplicación especialdesarrollado con este fin.IX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.6Figura 7: Modos normales 112 Hz y 138 Hz4. MODIFICACIONES Y ADAPTACIONES REALIZADASPara el reacondicionamiento y ajuste de la Cámara de Reverberación del CIAL, en pos de sumejoramiento, se han seguido los criterios y recomendaciones de la ISO 354:2003. Paraajustarla a las prescripciones de esta norma, se definió un programa de dos etapas, en base alas técnicas de corrección a usar, ellas son: ajuste mediante la utilización de paneles difusores estáticos ajuste mediante la utilización del difusor rotativo provisto con nuevos panelesrígidos, con elevado amortiguamiento interno.Para el ajuste con paneles difusores estáticos se utilizaron paneles rígidosconfeccionados con placas de madera compensada fenólico de 18 mm de espesor terminadocon film plastificado de ambas caras, con las siguientes medidas:a) Panel tipo “A” - 1.00 x 2.00 m – cantidad 2 (dos)b) Panel tipo “B” - 1.00 x 1.20 m – cantidad 3 (tres)c) Panel tipo “C” - 0.80 x 1.20 m – cantidad 3 (tres)Estos se montaron suspendidos desde una grilla de tensores de alambres ubicada a unaaltura de 3,65 m. Las sucesivas mediciones del campo sonoro generado se efectuaron en 12localizaciones determinadas dentro de la Cámara, con alturas definidas para cada una de ellas,haciendo tres rondas sucesivas del Nivel Sonoro y determinando el Tiempo de Reverberación(T20) por bandas de 1/3 de octava, con señal de excitación constituida por Ruido Rosado(Ruido de Banda Ancha).El instrumental que se utilizó es: Medidor de Niveles Sonoros Brüel & Kjær 2250. Software para el Tiempo de Reverberación Brüel & Kjær BZ5503. Amplificador de Potencia Peavey CS 800. 2 gabinetes acústicos de 200 WLa adquisición de los datos, su procesamiento y la graficación, se efectuó concomputadora y software ad hoc, con base en Excel. Las diferentes y sucesivas mediciones sellevaron a cabo adoptando distintas topologías en la distribución de los elementos mediante:cambios de posición de las fuentes sonoras y variación en la cantidad, ubicación y posición delos paneles difusores estáticos.Para ordenar el trabajo y las mediciones se utilizaron los siguientes parámetros de guíay comparación:IX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.7 información de los Modos Normales (obtenida en el estudio previo) corrección de los Tiempos de Reverberación con Cámara Vacía (en especial enbajas frecuencias) optimización de la curva del Coeficiente de Absorción de una muestra estándar(manto de lana de vidrio, con los bordes perimetrales protegidos) según loscriterios que figuran en la Norma.En cada localización y para cada situación de estudio se efectuaron tres medicionessucesivas con las cuales se analizaron y se graficaron los siguientes parámetros acústicos: Curva del Tiempo de Reverberación con Cámara vacía analizada por bandas de 1/3octava Curva del Tiempo de Reverberación con Cámara con muestra estándar, analizadapor bandas de 1/3 octava Curva del Coeficiente de Absorción con incidencia aleatoria de la muestraestándar, analizada por bandas de 1/3 octava.En la Tabla 1 y en las figuras 8 y 9, se pueden observar las curvas finales del Tiempode Reverberación y del Coeficiente de Absorción de la “muestra estándar”, adoptadas comoparámetros base para la calibración a futuro de la Cámara de Reverberación del CIAL.Tabla 1: Tiempo de Reverberación Cámara Vacía - Prueba t, confianza 90% (dispersión deStudent)Frecuencias (Hz)10012516020025031540050063080010001250160020002500315040005000Media 7,05 6,99 7,25 7,08 7,40 7,62 7,12 6,60 5,62 5,17 4,94 4,84 4,65 4,49 4,11 3,49 2,86 2,31DE 1,33 0,87 0,76 0,48 0,32 0,32 0,18 0,23 0,19 0,13 0,16 0,09 0,09 0,09 0,07 0,06 0,05 0,04LI(90) 6,59 6,69 6,98 6,91 7,29 7,51 7,06 6,52 5,55 5,13 4,89 4,81 4,61 4,46 4,09 3,47 2,84 2,30LS(90) 7,52 7,29 7,51 7,25 7,52 7,73 7,18 6,68 5,68 5,22 5,00 4,87 4,68 4,52 4,14 3,51 2,88 2,332.003.004.005.006.007.008.009.0010012516020025031540050063080010001250160020002500315040005000CAMARA CIAL ISO - 207 m3Figura 8: Tiempo de Reverberación Cámara Vacía con indicación de desvíos y en referenciaa la curva ISOIX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.8Una vez que se obtuvieron dos situaciones acústicas con disposiciones de fuentes ypaneles difusores que se acercaban a los requerimientos planteados, se procedió a realizarsendas mediciones de “definición”. El objetivo de las mismas era consolidar los resultadosestadísticos mediante la ejecución de tres rondas (no sucesivas) de tres mediciones sucesivasen cada localización; esto permitió contar con una batería de 36 mediciones para cada caso,obteniéndose los valores medios y los desvíos estándar mediante la utilización de lasecuaciones pertinentes.0.000.200.400.600.801.001.20100 Hz125 Hz160 Hz200 Hz250 Hz315 Hz400 Hz500 Hz630 Hz800 Hz1000 Hz1250 Hz1600 Hz2000 Hz2500 Hz3150 Hz4000 Hz5000 Hzdif estatico 4 m2dif estatico 12.8 m2dif estatico 22.9 m2dif estatico 22.9 m2 + dif rotativo 6.7 m2 (detenido)dif estatico 22.9 m2 + dif rotativo 6.7 m2Figura 9: Coeficiente de Absorción de la “muestra estándar”Se realizó la evaluación práctica de modos normales con la misma técnica utilizada para laevaluación inicial, en la figura 10 se muestra el resultado de esta evaluación en comparacióncon la condición original (sin acondicionar).00.020.040.060.080.10.120.140.160.180.200.0050.010.0150.0232 43 54 65 75 86 97 108118129140151161172183194205215226237248258269280291301312323334345355366377388398Frecuencia (Hz)CR - sin acondicionar CR - acondicionadaFigura 10: Representación gráfica Modos Normales en el rango de 50 a 400 HzIX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.9Como complemento se efectuaron varias mediciones (a distintas horas y días), de los valoresdel Ruido Ambiente y se determinó el rango dinámico existente entre el Nivel Sonoro deEnsayo (con señal de excitación) y el valor promedio del ruido ambiente.  Ellos se puedenobservar en la figura 11. En la figura 12 se presentan imágenes de la cámara reacondicionada.0102030405060708090100100Hz125Hz160Hz200Hz250Hz315Hz400Hz500Hz630Hz800Hz1kHz1.25kHz1.6kHz2kHz2.5kHz3.15kHz4kHz5kHzNPS dBRuido de fondo - LZSeq Ruido de fondo - LZSmax SEÑAL  Con  altavoz PEAVEYFigura 11: Ruido de fondo y relación señal - ruidoFigura 12: Vistas de la cámara al final de los nuevos tratamientosIX Congreso Iberoamericano de Acústica, FIA2014 paper ID: 0111 /p.105. CONCLUSIONESEn base a los trabajos realizados, se puede arribar a las siguientes conclusiones: Se comprobó una buena correlación entre los estudios teóricos de los ModosNormales y su relevamiento físico mediante mediciones. Se obtuvieron variaciones muy importantes del Tiempo de Reverberación en bajasfrecuencias, mediante cambios de las posiciones físicas de las fuentes sonoras. Los mejores resultados en la distribución del Campo Sonoro se obtuvieron con lasfuentes sonoras ubicadas en sendos ángulos triedros y con la mayor separaciónfísica entre ellas. La cantidad de los difusores estáticos utilizados está limitada por la eventualalteración de la curva de absorción acústica de la muestra estándar, debido a laabsorción propia de los mismos. La ubicación y posición de los paneles difusores estáticos ejerce una marcadainfluencia en el control de los Modos Normales y en la difusión del CampoSonoro, en especial en el rango comprendido entre los 200 y 800 Hz. El Difusor Rotativo modificado, ejerció una fuerte y determinante accióncorrectora del Tiempo de Reverberación y en la curva de Absorción, en el rango delos 100 a 200 Hz. Se obtuvo un aumento importante en el valor de los Tiempos de Reverberación deCámara Vacía en el rango de los 100 a 500 HzREFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS[1] ISO, ISO 354: 2003. 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