15.1.2: Reverberación

La reverberación es el efecto combinado de múltiples ecos en una sala o sala de conciertos tal como lo escucha un oyente. Casi todos los espacios interiores tienen reverberación, pero a menudo falta en lugares al aire libre. Si las paredes de la habitación son duras habrá ecos repetidos que pueden comenzar a superponerse y hacer que el sonido musical sea blando o confuso. Si las paredes absorben demasiado del sonido la habitación sonará muerta. Confiamos en la reverberación para darnos una idea de cuán grande es la sala; las grandes salas de conciertos tienen un tiempo de reverberación diferente al de una habitación pequeña.

Ejemplos de video/audio:

• Aquí hay un sitio web con sonidos de reverberación en una habitación vacía versus uno con alfombra.
• Antes y después ejemplo de reverberación no deseada.

En la mayoría de las simulaciones, animaciones y dibujos de ondas en este libro (y otros) se supone que la amplitud (y por lo tanto la sonoridad) de una onda sonora no cambia mucho a medida que viaja. Si el frente de onda es de una fuente distante será aproximadamente plano (una llamada onda plana) y la amplitud no cambia a medida que la onda se propaga. Sin embargo, para una fuente local el frente de onda se extiende en forma esférica y cuanto más lejos estás de la fuente de sonido, más suave suena. Es decir, la amplitud de una pequeña fuente de sonido obedece a una ley cuadrada inversa a medida que se extiende hacia el espacio abierto (Capítulo 8). Esto significa que la intensidad del sonido disminuye a medida\(r\) que\(1/r^{2}\) dónde está la distancia desde la fuente. Como resultado de la ley cuadrada inversa el sonido directo que llega al oyente será un poco menos fuerte que el sonido en la fuente y todo el sonido reflejado será aún más suave. Duplicar la distancia desde el sonido hará que la amplitud sea\(1/2^{2} = 1/4\) igual de intensa. De igual manera triplicar la distancia significa que la intensidad será la\(1/9^{\text{th}}\) misma.

En la habitación sin alfombra en la demo (arriba) se hizo un sonido repentino (un aplauso) en un solo lugar. Se necesita sonido, viajando a\(345\text{ m/s}\) unos milisegundos para llegar al receptor (una grabadora de video en este caso). Este es el sonido directo y es ligeramente menos fuerte que el sonido original en la fuente. Dividir segundos después los ecos comienzan a llegar al receptor. Cada eco llega más tarde y con menor volumen que el anterior porque viaja un poco más allá. Por ejemplo, el primer eco podría salir del techo, el siguiente de la pared más cercana, el siguiente de la pared detrás del receptor, etc. A continuación se muestra un gráfico del sonido inicial (azul at\(t_{1}\)) seguido del sonido directo (en verde\(t_{2}\)) y luego los ecos (rojo,\(t_{reflected}\) y después). Sólo se muestran los primeros ecos.

Figura\(\PageIndex{1}\)

Supongamos que se hace un sonido continuo en la parte delantera de un auditorio durante algún tiempo en lugar de un aplauso como en el video de demostración. El primer gráfico a continuación muestra el sonido en la fuente, comenzando en el tiempo\(t_{1}\), terminando en el tiempo\(t_{f}\) y durando un período de tiempo,\(T\). Un oyente experimentará un ligero retraso hasta que el sonido los alcance (\(t_{direct}\)en la segunda gráfica) y escuchará el sonido como comenzando en\(t_{2}\). Una fracción de segundo después de que el oyente escuche el sonido directamente de la fuente, comenzarán a escuchar ecos de paredes, piso y techo, haciendo que el sonido sea un poco más alto (la escalera entra a\(\text{SIL}\) partir de las\(t_{reflected}\)). El oyente no escucha que el sonido comience a decairse hasta un tiempo\(t_{direct}\) después de que se apague el sonido (el sonido sigue viajando al oyente por un breve tiempo después de que se apaga la fuente). Después de un periodo de tiempo\(T\) el oyente escucha la parada directa del sonido (a la vez\(t_{decay}\)) y solo quedan los ecos y empiezan a decairse. El tiempo que tarda el sonido en bajar de volumen\(60\text{ dB}\) desde que comienza a decairse se llama tiempo de reverberación (\(T_{r}\)en la gráfica).

Figura\(\PageIndex{2}\)

La decadencia del sonido en la gráfica es bastante lineal; prácticamente cae en línea recta (la\(\text{SIL}\) escala es logarítmica por lo que una disminución exponencial en intensidad aparece como una línea recta en una gráfica de nivel de intensidad). Las curvas de decaimiento reales pueden tener esta forma o pueden ser curvas o pueden ser de forma irregular. En parte esto depende de la forma de la habitación y de los materiales presentes que investiguemos a continuación.

Una ecuación aproximada (debida a Wallace Sabine) para calcular el tiempo de reverberación en segundos es\(T_{r} = (0.16\text{ s/m})V/S_{e}\) donde\(T_{r}\) está el tiempo de reverberación,\(V\) es el volumen de la habitación en\(\text{m}^{3}\) y\(S_{e}\) es el área de absorción efectiva en\(\text{m}^{2}\). La absorción efectiva es\(S_{e} =a _{1} S_{1} + a_{2} S_{2} +a_{3} S_{3}+\ldots \) donde\(S_{1}\) está la superficie que tiene absortividad\(a_{1}\) etc. Si la absortividad o coeficiente de absorción es cero la superficie es un reflector perfecto del sonido. La absortividad se mide en unidades de sabin. Un absorbedor perfecto tendría una absortividad de\(1.0\text{ S}\). A continuación se muestra una tabla de la absortividad de diversas superficies, en Sabins. Observe que incluso pintar un muro de concreto tiene un efecto significativo en la absortividad. Esto se debe a que el concreto sin pintar y el ladrillo son porosos y como resultado pueden absorber más sonido.

Absortividad Acústica Típica de Diferentes Materiales
	Frecuencia (\(\text{Hz}\)
Superficie	\ (\ texto {Hz}\) ">\(125\)	\(250\)	\(500\)	\(1000\)	\(2000\)	\(4000\)
Baldosa acústica, montaje estriado	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.2\)	\(0.4\)	\(0.7\)	\(0.8\)	\(0.6\)	\(0.4\)
Baldosa acústica, suspendida	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.5\)	\(0.7\)	\(0.6\)	\(0.7\)	\(0.7\)	\(0.5\)
Drywall, yeso,\(1/2\text{ inch}\) sobre espárragos	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.3\)	\(0.1\)	\(0.05\)	\(0.04\)	\(0.07\)	\(0.1\)
Contrachapado,\(1/4\text{ inch}\), sobre espárragos	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.6\)	\(0.3\)	\(0.1\)	\(0.1\)	\(0.1\)	\(0.1\)
Bloque de hormigón, sin pintar	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.4\)	\(0.4\)	\(0.3\)	\(0.3\)	\(0.4\)	\(0.3\)
Bloque de hormigón, pintado	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.1\)	\(0.05\)	\(0.06\)	\(0.07\)	\(0.1\)	\(0.1\)
Hormigón, vertido	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.01\)	\(0.01\)	\(0.02\)	\(0.02\)	\(0.02\)	\(0.03\)
Ladrillo	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.03\)	\(0.03\)	\(0.03\)	\(0.04\)	\(0.05\)	\(0.07\)
Vinil sobre concreto	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.02\)	\(0.03\)	\(0.03\)	\(0.03\)	\(0.03\)	\(0.02\)
Alfombra pesada sobre concreto	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.02\)	\(0.06\)	\(0.15\)	\(0.4\)	\(0.6\)	\(0.6\)
Alfombra Acolchada	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.1\)	\(0.3\)	\(0.4\)	\(0.5\)	\(0.6\)	\(0.7\)
Cristal de ventana	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.3\)	\(0.2\)	\(0.2\)	\(0.1\)	\(0.07\)	\(0.04\)
Corpigas medianas	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.07\)	\(0.3\)	\(0.5\)	\(0.7\)	\(0.7\)	\(0.6\)
Asientos tapizados desocupados	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.2\)	\(0.4\)	\(0.6\)	\(0.7\)	\(0.6\)	\(0.6\)
Asientos tapizados, ocupados	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.4\)	\(0.6\)	\(0.8\)	\(0.9\)	\(0.9\)	\(0.9\)
Asientos de madera o metal, desocupados	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.02\)	\(0.03\)	\(0.03\)	\(0.06\)	\(0.06\)	\(0.05\)
Asientos de madera o metal, ocupados	\ (\ texto {Hz}\) ">\(0.4\)	\(0.4\)	\(0.7\)	\(0.7\)	\(0.8\)	\(0.7\)

Tabla\(\PageIndex{1}\): Los valores reales variarán dependiendo de la composición exacta del material. Fuentes: Salón D. E., Acústica Musical, 2002

Como vimos en el Capítulo 7, una diferencia de camino puede causar interferencia destructiva o constructiva debido a una diferencia de fase. Si hay una fuerte reflexión puede darse el caso de que el sonido reflejado y el sonido proveniente directamente del escenario puedan llegar a un oyente fuera de fase y así cancelar destructivamente para una longitud de onda particular como se muestra en el diagrama a continuación.

Figura\(\PageIndex{3}\)

El efecto depende de la cantidad de retardo y puede dar como resultado picos y caídas en el espectro de frecuencia en la ubicación del oyente. Esto a veces se llama el efecto peine y se puede producir artificialmente al agregarse una grabación a sí misma pero con un ligero retraso. Esto también puede llevar a ubicaciones en una sala de conciertos llamadas puntos muertos, donde el rango de frecuencias en la fuente de sonido original no se escucha correctamente. Como resultado de la interferencia entre el sonido directo y el sonido reflejado, diferentes tipos de música suenan mejor con diferentes tiempos de reverberación. La música medieval se realizaba a menudo en catedrales con tiempos de reverberación muy largos, a veces tan largos como\(13\text{ seconds}\). Los compositores y músicos de la época modificaron gradualmente la música para adaptarse al recinto. Este tipo de música suele ser muy simple y utiliza muchas notas armónicas para que los ecos armonicen y refuercen las notas que se cantan. La música de órgano de pipa generalmente suena mejor con más reverberación por la misma razón. En general, la música sinfónica suena mejor con menos reverberación que los órganos de pipa pero con más reverberación que la música de cámara. Las salas sinfónicas suelen tener tiempos de reverberación de dos a cinco segundos;\(2.5\text{ seconds}\) se considera óptima. El habla suele sonar mejor con muy poca reverberación; demasiados ecos hacen que el hablante sea difícil de entender. Los teatros de ópera y auditorios de habla están diseñados para tener tiempos de reverberación de\(0.8\) a\(1.5\text{ seconds}\). Una típica sala de estar en una casa tiene un tiempo de reverberación de\(0.4\text{ seconds}\).

La reverberación se puede agregar artificialmente a la música grabada y en vivo utilizando equipos electrónicos (a veces denominados filtros de peine). Esto se puede hacer, por ejemplo a una voz para darle un sonido más completo o para hacer que un concierto al aire libre suene como si fuera en interiores. También se puede agregar reverberación para dar un sonido a una grabación como si el oyente estuviera en un auditorio más grande cuando en realidad están escuchando desde auriculares. Los tractos de sonido de la mayoría de la música, películas y programas de televisión grabados modernos están fuertemente procesados para superar las deficiencias en la calidad del sonido debido a la acústica de la ubicación de grabación.

Ejemplos de video/audio:

• Un breve YouTube sobre reverberación.
• Un breve YouTube sobre Balloon Pop con y sin reverberación.