Reverberación

Muestra corta de efecto de reverberación ( 0 : 17 )

Señal limpia, seguida de diferentes versiones de reverberación (con tiempos de caída cada vez más largos).

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Reverberación en una guitarra

La reverberación (también conocida como reverberación ), en acústica , es una persistencia del sonido o eco después de que se produce un sonido. ^{[1] La} reverberación se crea cuando se refleja un sonido o una señal, lo que hace que se acumulen numerosos reflejos y luego disminuyan a medida que el sonido es absorbido por las superficies de los objetos en el espacio, que pueden incluir muebles, personas y aire. ^[2] Esto es más notorio cuando la fuente de sonido se detiene pero los reflejos continúan, disminuyendo su amplitud , hasta que se llega a cero.

La reverberación depende de la frecuencia: la duración del decaimiento, o tiempo de reverberación, recibe una consideración especial en el diseño arquitectónico de espacios que necesitan tener tiempos de reverberación específicos para lograr un rendimiento óptimo para su actividad prevista. ^[3] En comparación con un eco distinto , que es detectable en un mínimo de 50 a 100 ms después del sonido anterior, la reverberación es la ocurrencia de reflejos que llegan en una secuencia de menos de aproximadamente 50 ms. A medida que pasa el tiempo, la amplitud de los reflejos se reduce gradualmente a niveles imperceptibles. La reverberación no se limita a los espacios interiores, ya que existe en los bosques y otros entornos al aire libre donde existe la reflexión.

La reverberación ocurre naturalmente cuando una persona canta, habla o toca un instrumento acústicamente en una sala o espacio de actuación con superficies que reflejan el sonido. ^{[4] La} reverberación se aplica artificialmente mediante el uso de efectos de reverberación , que simulan la reverberación a través de medios que incluyen cámaras de eco , vibraciones enviadas a través del metal y procesamiento digital. ^[5]

Aunque la reverberación puede agregar naturalidad al sonido grabado al agregar una sensación de espacio, también puede reducir la inteligibilidad del habla , especialmente cuando también hay ruido. Las personas con pérdida auditiva, incluidos los usuarios de audífonos , con frecuencia reportan dificultades para comprender el habla en situaciones ruidosas y reverberantes. La reverberación también es una fuente importante de errores en el reconocimiento automático de voz .

La dereverberación es el proceso de reducir el nivel de reverberación en un sonido o señal.

Tiempo de reverberación

Nivel sonoro en una cavidad reverberante excitada por un pulso, en función del tiempo (diagrama muy simplificado)

El tiempo de reverberación es una medida del tiempo requerido para que el sonido se "desvanezca" en un área cerrada después de que la fuente del sonido se haya detenido.

Cuando se trata de medir con precisión el tiempo de reverberación con un medidor, se utiliza el término T ₆₀ ^[6] (una abreviatura de tiempo de reverberación de 60 dB). El T ₆₀ proporciona una medición objetiva del tiempo de reverberación. Se define como el tiempo que tarda el nivel de presión sonora en reducirse en 60 dB , medido después de que la señal de prueba generada finaliza abruptamente.

El tiempo de reverberación se expresa con frecuencia como un valor único si se mide como una señal de banda ancha (20 Hz a 20 kHz). Sin embargo, al ser dependiente de la frecuencia, se puede describir con mayor precisión en términos de bandas de frecuencia (una octava, 1/3 de octava, 1/6 de octava, etc.). Al depender de la frecuencia, el tiempo de reverberación medido en bandas estrechas diferirá según la banda de frecuencia que se esté midiendo. Para mayor precisión, es importante saber qué rangos de frecuencias se describen mediante una medición del tiempo de reverberación.

A fines del siglo XIX, Wallace Clement Sabine inició experimentos en la Universidad de Harvard para investigar el impacto de la absorción en el tiempo de reverberación. Usando un cofre de viento portátil y tubos de órgano como fuente de sonido, un cronómetro y sus oídos, midió el tiempo desde la interrupción de la fuente hasta la inaudibilidad (una diferencia de aproximadamente 60 dB). Encontró que el tiempo de reverberación es proporcional a las dimensiones de la habitación e inversamente proporcional a la cantidad de absorción presente.

El tiempo de reverberación óptimo para un espacio en el que se reproduce música depende del tipo de música que se reproducirá en el espacio. Las salas utilizadas para el habla normalmente necesitan un tiempo de reverberación más corto para que el habla se pueda entender con mayor claridad. Si el sonido reflejado de una sílaba todavía se escucha cuando se pronuncia la siguiente sílaba, puede ser difícil entender lo que se dijo. ^[7] "Cat", "cab" y "cap" pueden sonar muy similares. Si, por el contrario, el tiempo de reverberación es demasiado corto, el equilibrio tonal y la sonoridad pueden verse afectados. Los efectos de reverberación se utilizan a menudo en los estudios para añadir profundidad a los sonidos. La reverberación cambia la estructura espectral percibida de un sonido pero no altera el tono.

Los factores básicos que afectan el tiempo de reverberación de una sala incluyen el tamaño y la forma del recinto, así como los materiales utilizados en la construcción de la sala. Cada objeto colocado dentro del recinto también puede afectar este tiempo de reverberación, incluidas las personas y sus pertenencias.

Medida

Determinación automática del valor T20 - Disparador de 5dB - Medición de 20dB - Margen de 10dB para el ruido de fondo.

Históricamente, el tiempo de reverberación solo se podía medir con un registrador de nivel (un dispositivo de trazado que grafica el nivel de ruido contra el tiempo en una cinta de papel en movimiento). Se produce un ruido fuerte y, a medida que el sonido se desvanece, la traza en el registrador de nivel mostrará una pendiente distinta. El análisis de esta pendiente revela el tiempo de reverberación medido. Algunos sonómetros digitales modernos pueden realizar este análisis automáticamente. ^[8]

Existen varios métodos para medir el tiempo de reverberación. Un impulso se puede medir creando un ruido lo suficientemente fuerte (que debe tener un punto de corte definido). Las fuentes de ruido de impulso , como un disparo de pistola de fogueo o el estallido de un globo, se pueden usar para medir la respuesta de impulso de una habitación.

Alternativamente, una señal de ruido aleatorio como el ruido rosa o el ruido blanco puede generarse a través de un altavoz y luego apagarse. Esto se conoce como el método interrumpido, y el resultado medido se conoce como la respuesta interrumpida.

También se puede utilizar un sistema de medición de dos puertos para medir el ruido introducido en un espacio y compararlo con lo que se mide posteriormente en el espacio. Considere el sonido reproducido por un altavoz en una habitación. Se puede hacer una grabación del sonido en la habitación y compararla con lo que se envió al altavoz. Las dos señales se pueden comparar matemáticamente. Este sistema de medición de dos puertos utiliza una transformada de Fourier para derivar matemáticamente la respuesta de impulso de la habitación. A partir de la respuesta al impulso, se puede calcular el tiempo de reverberación. El uso de un sistema de dos puertos permite medir el tiempo de reverberación con señales que no sean impulsos fuertes. Se puede utilizar música o grabaciones de otros sonidos. Esto permite tomar medidas en una habitación después de que el público esté presente.

Bajo algunas restricciones, incluso las fuentes de sonido simples, como las palmas, se pueden usar para medir la reverberación ^[9]

El tiempo de reverberación generalmente se expresa como un tiempo de caída y se mide en segundos. Puede haber o no una declaración de la banda de frecuencia utilizada en la medición. El tiempo de caída es el tiempo que tarda la señal en disminuir 60 dB por debajo del sonido original. A menudo es difícil inyectar suficiente sonido en la habitación para medir una caída de 60 dB, especialmente en las frecuencias más bajas. Si el decaimiento es lineal, basta medir una caída de 20 dB y multiplicar el tiempo por 3, o una caída de 30 dB y multiplicar el tiempo por 2. Estos son los métodos de medición denominados T20 y T30.

La medición del tiempo de reverberación del RT ₆₀ se define en la norma ISO 3382-1 para espacios de actuación, la norma ISO 3382-2 para salas ordinarias y la norma ISO 3382-3 para oficinas de planta abierta, así como la norma ASTM E2235.

El concepto de tiempo de reverberación supone implícitamente que la tasa de decaimiento del sonido es exponencial, por lo que el nivel sonoro disminuye regularmente, a razón de tantos dB por segundo. No suele ser el caso en habitaciones reales, dependiendo de la disposición de las superficies reflectantes, dispersivas y absorbentes. Además, la medición sucesiva del nivel de sonido a menudo produce resultados muy diferentes, ya que las diferencias de fase en el sonido excitante se acumulan en ondas de sonido notablemente diferentes. En 1965, Manfred R. Schroeder publicó "Un nuevo método para medir el tiempo de reverberación" en el Journal of the Acoustical Society of America .. Propuso medir, no la potencia del sonido, sino la energía, integrándola. Esto hizo posible mostrar la variación en la tasa de decaimiento y liberar a los especialistas en acústica de la necesidad de promediar muchas mediciones.

Ecuación de Sabine

La ecuación de reverberación de Sabine se desarrolló a fines de la década de 1890 de manera empírica . Estableció una relación entre el T ₆₀ de una habitación, su volumen y su absorción total (en sabinas ). Esto viene dado por la ecuación:

T_{60}={\frac {24\ln 10^{1}}{c_{20}}}{\frac {V}{Sa}}\approx 0,1611\,\mathrm {s} \mathrm {m} ^{-1}{\frac{V}{Sa}}

.

donde c ₂₀ es la velocidad del sonido en la habitación (a 20 °C), V es el volumen de la habitación en m ³ , S superficie total de la habitación en m ² , a es el coeficiente de absorción promedio de las superficies de la habitación y el producto Sa es la absorción total en sabinas.

La absorción total en sabinas (y por lo tanto el tiempo de reverberación) generalmente cambia según la frecuencia (que se define por las propiedades acústicas del espacio). La ecuación no tiene en cuenta la forma de la habitación ni las pérdidas del sonido que viaja por el aire (importante en espacios más grandes). La mayoría de las salas absorben menos energía sonora en los rangos de frecuencia más bajos, lo que da como resultado tiempos de reverberación más prolongados en las frecuencias más bajas.

Sabine concluyó que el tiempo de reverberación depende de la reflectividad del sonido de varias superficies disponibles dentro de la sala. Si la reflexión es coherente, el tiempo de reverberación de la sala será mayor; el sonido tardará más en apagarse.

El tiempo de reverberación RT ₆₀ y el volumen V de la sala tienen una gran influencia en la distancia crítica d _c (ecuación condicional):

d_{\mathrm {c} }\approx 0{.}057\cdot {\sqrt {\frac {V}{RT_{60}}}}

donde la distancia critica ${\ estilo de visualización d_ {c}}$ se mide en metros, volumen ${\ estilo de visualización V}$ se mide en m³, y el tiempo de reverberación RT ₆₀ se mide en segundos .

Ecuación de Eyring

La ecuación del tiempo de reverberación de Eyring fue propuesta por Carl F. Eyring de Bell Labs en 1930. ^[10] Esta ecuación tiene como objetivo estimar mejor el tiempo de reverberación en habitaciones pequeñas con cantidades relativamente grandes de absorción de sonido, identificadas por Eyring como habitaciones "muertas". Estas salas tienden a tener tiempos de reverberación más bajos que las salas más grandes y acústicamente más activas. La ecuación de Eyring es similar en forma a la ecuación de Sabine, pero incluye modificaciones para escalar logarítmicamente el término de absorción . Las unidades y variables dentro de la ecuación son las mismas que las definidas para la ecuación de Sabine. El tiempo de reverberación de Eyring viene dado por la ecuación:

T_{60}\aprox. -0,161\ {\frac {V}{S\ln(1-a)}}

.

La ecuación de Eyring se desarrolló a partir de los primeros principios utilizando un modelo de fuente de imagen de reflexión de sonido, a diferencia del enfoque empírico de Sabine . Los resultados experimentales obtenidos por Sabine generalmente concuerdan con la ecuación de Eyring ya que las dos fórmulas se vuelven idénticas para salas muy vivas, el tipo en el que trabajaba Sabine. Sin embargo, la ecuación de Eyring se vuelve más válida para habitaciones más pequeñas con grandes cantidades de absorción. Como resultado, la ecuación de Eyring a menudo se implementa para estimar el tiempo de reverberación en el estudio de grabación .salas de control u otros entornos de escucha críticos con altas cantidades de absorción de sonido. La ecuación de Sabine tiende a predecir en exceso el tiempo de reverberación para habitaciones pequeñas con grandes cantidades de absorción. Por esta razón, las calculadoras de tiempo de reverberación disponibles para entornos de estudios de grabación más pequeños, como los estudios de grabación domésticos , a menudo utilizan la ecuación de Eyring.

Coeficiente de absorción

El coeficiente de absorción de un material es un número entre 0 y 1 que indica la proporción de sonido que es absorbido por la superficie en comparación con la proporción que se refleja en la habitación. Una ventana grande y completamente abierta no ofrecería ningún reflejo, ya que cualquier sonido que llegara a ella pasaría directamente y no se reflejaría ningún sonido. Esto tendría un coeficiente de absorción de 1. Por el contrario, un techo de hormigón pintado grueso y liso sería el equivalente acústico de un espejo y tendría un coeficiente de absorción muy cercano a 0.

En la música

Reverberación inversa: grabación en seco/invertida/reverberación añadida/invertida con reverberación

The Atlantic describió la reverberación como "posiblemente el efecto de sonido más antiguo y universal en la música", utilizado en la música ya en el canto llano del sigloX. ^[5] Compositores como Bach escribieron música para explotar la acústica de ciertos edificios. El canto gregoriano puede haberse desarrollado en respuesta al largo tiempo de reverberación de las catedrales , lo que limita la cantidad de notas que se pueden cantar antes de mezclarse caóticamente. ^[5]

La reverberación artificial se aplica al sonido mediante efectos de reverberación . Estos simulan la reverberación a través de medios que incluyen cámaras de eco , vibraciones enviadas a través del metal y procesamiento digital. ^[5]

Véase también

Referencias

^ Valente, Michael; Holly Hosford-Dunn; Ross J. Roeser (2008). Audiología . Thieme. págs. 425–426. ISBN 978-1-58890-520-8.
^ Lloyd, Llewelyn Southworth (1970). Música y Sonido . Ediciones Ayer. págs. 169 . ISBN 978-0-8369-5188-2.
^ Roth, Leland M. (2007). Entendiendo la Arquitectura . Westview Press. págs. 104–105. ISBN 978-0-8133-9045-1.
^ Davis, Gary (1987). El manual de refuerzo de sonido (2ª ed.). Milwaukee, WI: Hal Leonard. pags. 259. ISBN 9780881889000. Consultado el 12 de febrero de 2016 .
^ ^a ^b ^c ^d Weir, William (2012-06-21). "Cómo los humanos conquistaron el eco" . El Atlántico . Consultado el 08-08-2021 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: estado de URL ( enlace )
^ "Medición del tiempo de reverberación RT60" . www.nti-audio.com .
^ "Entonces, ¿por qué la reverberación afecta la inteligibilidad del habla?" . MC Squared System Design Group, Inc. Consultado el 4 de diciembre de 2008 .
^ "Medición del tiempo de reverberación RT60" . www.nti-audio.com .
^ Papadakis, Nikoláos M.; Stavroulakis, Georgios E. (2020). "Handclap para medidas acústicas: aplicación óptima y limitaciones" . Acústica _ 2 (2): 224–245. doi : 10.3390/acústica2020015 .
^ Eyring, Carl F. (1930). "Tiempo de reverberación en habitaciones 'muertas'" . El Diario de la Sociedad Acústica de América . 1 (2A): 217–241. Código Bib : 1930ASAJ....1..217E . doi : 10.1121/1.1915175 .

Enlaces externos

[1] Valente, Michael; Holly Hosford-Dunn; Ross J. Roeser (2008). Audiología . Thieme. págs. 425–426. ISBN 978-1-58890-520-8.

[2] Lloyd, Llewelyn Southworth (1970). Música y Sonido . Ediciones Ayer. págs. 169 . ISBN 978-0-8369-5188-2.

[3] Roth, Leland M. (2007). Entendiendo la Arquitectura . Westview Press. págs. 104–105. ISBN 978-0-8133-9045-1.

[4] Davis, Gary (1987). El manual de refuerzo de sonido (2ª ed.). Milwaukee, WI: Hal Leonard. pags. 259. ISBN 9780881889000. Consultado el 12 de febrero de 2016 .

[:0-5] Weir, William (2012-06-21). "Cómo los humanos conquistaron el eco" . El Atlántico . Consultado el 08-08-2021 .{{cite web}}: Mantenimiento CS1: estado de URL ( enlace )

[6] "Medición del tiempo de reverberación RT60" . www.nti-audio.com .

[7] "Entonces, ¿por qué la reverberación afecta la inteligibilidad del habla?" . MC Squared System Design Group, Inc. Consultado el 4 de diciembre de 2008 .

[8] "Medición del tiempo de reverberación RT60" . www.nti-audio.com .

[9] Papadakis, Nikoláos M.; Stavroulakis, Georgios E. (2020). "Handclap para medidas acústicas: aplicación óptima y limitaciones" . Acústica _ 2 (2): 224–245. doi : 10.3390/acústica2020015 .

[10] Eyring, Carl F. (1930). "Tiempo de reverberación en habitaciones 'muertas'" . El Diario de la Sociedad Acústica de América . 1 (2A): 217–241. Código Bib : 1930ASAJ....1..217E . doi : 10.1121/1.1915175 .

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