Moda de habitación

Raummode (del inglés room mode , allí del latín modus ; plural: Raummoden ) es un término técnico en acústica . Describe las propiedades de las ondas sonoras estacionarias con frecuencia natural en habitaciones cerradas, por lo que el efecto sobre la impresión auditiva de las personas que se encuentran en ellas es de especial interés.

Modas de habitación entre dos paredes duras. Siempre debe haber una presión sonora máxima en las paredes , que se puede ver por los abultamientos de presión allí.

Un modo de habitación es una forma natural del aire que llena la habitación mientras vibra en una de varias frecuencias naturales. La oscilación oscila entre dos estados de deflexión opuestos . Los modos de habitación muestran en qué parte de la habitación se desarrollan los nodos y antinodos de vibración a ciertas frecuencias naturales.

Para el período de observación, la onda ya no viaja a través del espacio, sino que tiene máximos y mínimos de amplitud fijos . Los nodos de oscilación son puntos cero de la amplitud, i. H. no hay deflexión en el punto donde se produce un bulto. En la práctica, esto significa que z. B. para salas de estar con sistemas de alta fidelidad, la impresión auditiva cambia con la posición de la persona en la habitación. Dependiendo de la acústica de la habitación , algunos modos de sala de estar se desarrollan en el rango de baja frecuencia , especialmente con las dimensiones normales de la sala de estar , lo que puede tener un efecto muy perturbador. De primordial importancia son las modas más desarrolladas. En las habitaciones hay seis grados de libertad para las vibraciones naturales , lo que da como resultado una composición multidimensional de las posibles frecuencias naturales y sus formas de onda.

En principio, el número de grados de libertad máximos posibles se reduce de nuevo por las restricciones imperantes . Si se excluyen los armónicos enteros , hay una oscilación natural para cada grado de libertad. Los grados de libertad para modos en espacios se pueden limitar a tres como una buena aproximación para los cálculos.

Estimulación de modos propios

Mientras que las salas pequeñas tienen frecuencias naturales extremadamente discretas , en las salas grandes, como las iglesias, todos los modos se superponen para formar un continuo : la reverberación se produce con mayor intensidad . En las habitaciones, los modos de habitación reflejan cómo se decolora el sonido de una habitación porque ciertos tonos son particularmente prominentes y tienen una distribución desigual de energía dentro de la habitación. Si se producen frecuencias de resonancia discretas , estas son más notables que si varias resonancias se distribuyen uniformemente en el espectro .

Una determinada distribución de la frecuencia de resonancia es una propiedad física de la habitación que depende de sus dimensiones. Solo se excitan determinadas frecuencias . Tanto el nivel aumentado como la duración del sonido juegan un papel en estos efectos de resonancia . La amplitud de un modo acústico depende de su posición en el espacio. Por tanto, el grado de coloración del sonido varía de un lugar a otro.

Una onda estacionaria. En los extremos (los límites de la habitación) aparece un vientre de presión como máximo.

Frecuencia de Schröder

Si conoce el tiempo de reverberación de una habitación (en segundos) y su volumen ( pulgadas ), la frecuencia de Schröder o la frecuencia de la habitación grande se pueden determinar con la ayuda de la siguiente ecuación de valor numérico , que es de alrededor de 300 Hz en la mayoría de las habitaciones:${\ Displaystyle T}$${\ Displaystyle V}$${\ Displaystyle \ mathrm {m ^ {3}}}$${\ Displaystyle f _ {\ text {s}}}$

${\ Displaystyle f _ {\ text {s}} = 2000 \, {\ sqrt {\ frac {\ text {T}} {\ text {V}}}} {\ text {Hz}} \ approx {\ frac {1} {\ pi}} {\ sqrt {\ frac {c_ {S} ^ {3} {T}} {V}}} = {\ frac {c_ {S}} {r_ {H} \ pi} }}$

Casi los mismos resultados si se usa la velocidad del sonido c _S o el radio Hall r _H y se divide el resultado por π.

Por debajo de la frecuencia de Schröder, los modos acústicos de la habitación pueden provocar una decoloración perceptible del sonido. Ya que estos afectan en particular a los más bajos tonos, que son percibidos como zumbido , en auge o de una nota baja . Por encima, sin embargo, no causan ninguna distorsión audible de la reproducción en las salas de estar porque los modos se fusionan entre sí en forma de densos reflejos y reverberaciones.

cálculo

Se calculan principalmente tres tipos de modos de pie que ocurren en una sala de audición cuboide típica . Estos son modos axiales (longitudinales), tangenciales y diagonales (también llamados modos obligados u oblicuos). Los modos axiales dominan claramente.

“El modo espacial de primer orden ocurre a una frecuencia cuya mitad de longitud de onda corresponde a la distancia entre las dos paredes. [...] Las frecuencias naturales del espacio unidimensional encerrado por el par de paredes en consideración se calculan a partir de ${\ Displaystyle f _ {\ text {n}}}$

${\ Displaystyle f _ {\ text {n}} = {\ frac {c_ {0} \ cdot n} {2 \ cdot d}}}$

Es

• ${\ Displaystyle c_ {0}}$la velocidad del sonido ,
• ${\ Displaystyle d}$ la distancia entre las dos paredes y
• ${\ Displaystyle n}$ el orden del modo de habitación, que al mismo tiempo corresponde al número de mínimos de presión sonora [...].

Las consideraciones hechas en dos paredes paralelas se pueden transferir a salas paralelas tridimensionales. Además de los modos descritos como axiales, también hay modos entre dos pares opuestos de paredes, cuyas trayectorias se mueven en dos y tres dimensiones del espacio. Estos se denominan modos tangenciales en el caso bidimensional y modos oblicuos en el caso tridimensional.

El cálculo de todas las frecuencias naturales de una habitación cuboide se puede hacer con la fórmula descrita por John William Strutt, tercer barón Rayleigh en 1896 : ${\ Displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}}}$

${\ displaystyle f _ {\ mathrm {n_ {x} / n_ {y} / n_ {z}}} = {\ frac {c_ {0}} {2}} {\ sqrt {\ left ({\ frac { n_ {\ text {x}}} {l _ {\ text {x}}}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {n _ {\ text {y}}} {l _ { \ text {y}}}} \ right) ^ {2} + \ left ({\ frac {n _ {\ text {z}}} {l _ {\ text {z}}}} \ right) ^ { 2}}} \,}$

Es

• de nuevo la velocidad del sonido,${\ Displaystyle c_ {0}}$
• ${\ Displaystyle l _ {\ text {x}}, l _ {\ text {y}}}$y son las dimensiones de la habitación, es decir, largo, ancho y alto, y${\ Displaystyle l _ {\ text {z}}}$
• ${\ Displaystyle n _ {\ text {x}}, n _ {\ text {y}}}$e indican los órdenes de los modos en las direcciones respectivas. [...]${\ Displaystyle n _ {\ text {z}}}$

La distribución espacial de la presión sonora (velocidad del sonido ) y, por tanto, el campo tridimensional de impedancias complejas del campo sonoro, se compone de la superposición de todos los modos de una habitación . Los modos de sala son sistemas capaces de resonancia ". ( Stefan Weinzierl )

Número atómico

Las frecuencias y modos naturales de vibración se nombran de acuerdo con su número ordinal, es decir:

1. La primera forma de oscilación natural o forma básica ocurre en el caso de una oscilación con la primera frecuencia natural, la frecuencia básica .
2. La segunda forma de oscilación natural oscila en la segunda frecuencia natural.
3. etc.

Si la composición de las frecuencias naturales es más compleja, por ejemplo en habitaciones, el número ordinal se da entre paréntesis con varios dígitos o separado por comas.

Minimizando el impacto

Una habitación con paredes duras muestra picos distintivos en determinadas frecuencias de resonancia de la habitación. Esto se puede cambiar mediante medidas de absorción acústica . Dependiendo de la cantidad y posición de los materiales absorbentes en una habitación, estas características distintivas se reducen. En la actualidad, existe una variedad de materiales absorbentes acústicos que son adecuados para atenuar preferentemente ciertos rangos de frecuencia. Se pueden usar o combinar paneles de techo microperforados, láminas especiales con perforaciones y paneles absorbentes convencionales para optimizar la acústica de la sala para el área de aplicación respectiva.

También se utilizan absorbentes de resonancia pasivos y activos . Si es posible cambiar la geometría de la habitación en la fase de planificación, puede lograr proporciones favorables. En combinación con indicadores de reducción de sonido adecuados, la acústica de la sala se puede optimizar aún más para el área de aplicación. El tipo de construcción de la pared también tiene un impacto en la acústica de la habitación; la construcción liviana generalmente significa que hay menos necesidad de medidas adicionales. Sin embargo, las alfombras o las cortinas pesadas cambian la acústica de la habitación a un área que no necesariamente debe atenuarse. Estos casi no tienen influencia en los modos de habitación profunda que provocan el rugido de la habitación.

Sistemas de sonido

Algunos proveedores han estado ofreciendo los denominados sistemas de corrección de sala complejos con micrófonos de medición desde 1990 y utilizan las opciones de filtrado digital actuales para implementar la compensación necesaria para los modos de sala. Dado el alto costo de estos sistemas, existe controversia sobre el valor relativo de la mejora en las salas normales. El uso óptimo requiere que el operador tenga un conocimiento básico de las interrelaciones acústicas y una amplia adquisición de datos en el lugar de instalación, que debe llevarse a cabo automáticamente en la fase de configuración del dispositivo. La compensación y ecualización a través de la respuesta de frecuencia del sistema de sonido utilizado son de uso limitado, ya que los procesos temporales no se ven influenciados, como el tiempo de reverberación y los procesos transitorios. La ecualización solo se ajusta a una determinada posición de escucha y, si se usa incorrectamente, incluso puede empeorar otras posiciones de escucha. Ni el altavoz ni el micrófono de medición pueden colocarse en un nodo, porque la cancelación de una frecuencia inducida acústicamente no se puede compensar aumentando la amplificación de la misma frecuencia. Tal sobrecompensación sobrecargaría los altavoces sin ningún beneficio apreciable.

Los sistemas de corrección de habitación registran la respuesta de frecuencia del estado real en la ubicación de la medición, el usuario generalmente puede seleccionar una curva objetivo o diseñarla él mismo, y el sistema de corrección genera una curva de ecualización que está destinada a compensar la diferencia entre la curva objetivo y la medición. curva. El diseño de la curva objetivo requiere conocimiento y atención a las condiciones locales; una especificación de respuesta de frecuencia en línea recta utilizada por simplicidad sería un error típico de principiante. Incluso si un altavoz medido en una habitación anecoica todavía mostraba una respuesta de frecuencia lineal, en el uso práctico en las habitaciones, además de las resonancias de la habitación, es de esperar que se produzcan reflejos en el suelo, el techo y las paredes laterales que lleguen con un retraso de tiempo. La respuesta de frecuencia medida resultante ya no puede ser lineal porque la ventana de tiempo para la medición debe ser lo suficientemente grande como para no descartar la acumulación de resonancias en la sala.

Un compromiso alternativo es suprimir las frecuencias de resonancia de la habitación conocidas lo más completamente posible mediante el uso de filtros de peine digitales o filtros de muesca al iluminar la habitación. Otra posibilidad es aumentar el número de woofers y canales de amplificación y controlarlos en oposición de fase a las frecuencias de resonancia afectadas mediante un procesamiento digital complejo y teniendo en cuenta los tiempos de propagación de la señal a través de la sala y así anular parcialmente los reflejos, por lo que la ubicación de los altavoces en la habitación es de particular importancia El significado es. Esto mejora parcialmente la reproducción en salas más grandes y descuida los modos de sala en alineación tangencial y diagonal.

Ver también

• Vibración normal
• Impedancia de derivación

literatura

• J. Krüger, M. Leitner, P. Leistner: instrumentos de PC para medir y probar parámetros acústicos . En: comunicación IBP . cinta 331 , no. 25 , 1998 ( fraunhofer.de [PDF]). 
• HV Fuchs, C. Häusler, X. Zha: Agujeros pequeños, gran impacto. En: acústica de paneles de yeso. 14, núm. 8, 1997, págs. 34-37.
• HV Fuchs, M. Möser: Absorbentes de sonido. En: Gerhard Müller: Libro de bolsillo de acústica técnica. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , p. 247 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).
• H. Kuttruff, E. Mommertz: Acústica de salas . En: Gerhard Müller: Libro de bolsillo de acústica técnica. Springer, 2003, ISBN 3-540-41242-5 , p. 331 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).

enlaces web

• Calculadora espacial de modo propio. Para habitaciones rectangulares, esta calculadora determina los modos propios de la habitación con las 20 frecuencias naturales más bajas y las muestra en orden ascendente.
• Cálculo de los tres modos de habitación de habitaciones rectangulares (cálculo de onda estacionaria)
• Calculadora de modo de sala completa (vista 3D de la distribución de presión de cada modo, reproducción de audio, diagrama de Bonello, área de pernos, frecuencia de Schröder en función del tiempo de reverberación, etc.)
• La diferencia entre los modos de distribución de la presión sonora en las habitaciones y los modos de vibración de las cuerdas
• Procedimiento para el análisis de la acústica de una sala: instrucciones prácticas para determinar la acústica de una sala
• Simulación de la excitación de habitaciones pequeñas a bajas frecuencias, IBP, Fraunhofer Institute Building Physics ( Memento del 11 de agosto de 2011 en Internet Archive )

Evidencia individual

1. ^ Thomas Görne: Ingeniería de sonido. 2008, ISBN 3-446-41591-2 , p. 72 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).
2. ^ Stefan Weinzierl: Manual de tecnología de audio. 2008, ISBN 3-540-34300-8 , págs. 284–285 ( vista previa limitada en la búsqueda de libros de Google).
3. ↑ Acústica de salas, dirección de investigación: "Casetes metálicos microperforados como falso techo". ( Recuerdo del 21 de octubre de 2012 en Internet Archive ) Instituto Fraunhofer de Física de la Construcción:
4. ↑ Dimensiones adecuadas de la habitación. Consultado el 27 de marzo de 2020 .