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Acústica de Estudios de
Grabación
AES –LAC Perú 2013
1
Richard Moscoso
Sección Física, PUCP
richard.moscoso@pucp.edu.pe
¿Cómo se propaga el sonido en un recinto?
La acústica arquitectónica es un área de la
acústica que estudia el comportamiento del sonido
en recintos.
Para poder tener un control de las características
acústicas dentro de un recinto debemos saber cómo
es la interacción entre una onda sonora y una
superficie.
2
Existen dos modelos físicos:
•Modelo ondulatorio (exacto)
•Modelo geométrico (aproximado)
4
solución geométrica (aproximada)
•rayos de sonido, análogos a los
rayos luminosos.
solución ondulatoria (exacta)
Fuente puntual al aire libre
Propagación del sonido en un recinto
Reflexión “especular”
8
Si un rayo de sonido incide con un cierto ángulo “θ”
con respecto a una perpendicular sobre una
superficie plana, ocurrirá una reflexión especular
los ángulos de
incidencia y
reflexión son
iguales a “θ”
válido si
Propagación del sonido en un recinto
Reflexión “difusa”
10
Si una onda sonora incide sobre una superficie no-
plana, la onda sufrirá una reflexión difusa si la
longitud de onda “λ” es del orden de las
dimensiones de las rugosidades.
Propagación del sonido en un recinto
Recinto Rectangular
12
•Lx : ancho
•Ly : longitud
•Lz : altura
El modelo ondulatorio predice que un recinto
rectangular tiene muchas (infinitas) frecuencias de
resonancia (modos)
Propagación del sonido en un recinto
Recinto Rectangular
13
Las frecuencias de resonancia, están dadas por la
ecuación
nx, ny, nz = 0,1,2,3……..
“c” es la velocidad del sonido (344 m/s)
Las frecuencias de resonancia obtenidas se
clasifican en tres tipos: modos axiales, tangenciales
y oblicuos.
Modos axiales, tangenciales y oblicuos
15
•Axiales (los más energéticos),
intervienen 2 paredes. Se generan
haciendo dos (02) subíndices cero
•Tangenciales, intervienen 4
paredes. Se generan haciendo un
(01) subíndice cero
•Oblicuos, intervienen 6 paredes.
Se generan con tres (03)
subíndices (ninguno cero)
Todos los modos ocurren simultáneamente
16
12 modos utilizados en el
cálculo
Respuesta de frecuencia
calculada en un dos recintos
de 100 m3 de distintas
proporciones (Walker, 1992)
La distribución de modos
produce coloración
(alteración) del sonido
original emitido
Regiones acústicas en un recinto
19
Frecuencias (Hz) Características
No hay modos
predominan los modos
(acústica ondulatoria)
reflexión especular
(acústica geométrica)
difracción y difusión
(acústica ondulatoria)
20
La frecuencia de Schroeder, criterio para
analizar la coloración en un recinto
auditorio (10 000 m3) tiempo de
reverberación Tusual es 1,0 s
cuarto de control típico, volumen
menor de 100 m3si suponemos
T= 0,3 s
coloración
en el rango
audible
ok
22
Cuartos de Control
Dead rooms
•Recintos pequeños (Control Room) (V< 100 m3)
producen coloración en el rango audible
(problema)
•Posible solución aumentar V (no es práctico)
•Dado Vfijo debemos reducir T
•Los primeros cuartos de control (60s) fueron muy
absorbentes (DEAD rooms) en un intento por
reducir la coloración
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Cuartos de Control
Características típicas de
un cuarto de control para
monitoreo estereofónico
•La coloración no es el
único problema en un
cuarto de control
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Cuartos de Control
Cuando no puede evitarse la coloración se utilizan
dispositivos (resonadores de Helmholtz, bass traps,
resonadores de placa, etc.) que se diseñan para
reducir los modos
Esto genera otro problema al reducirse el volumen se
incrementan las reflexiones producidas por las
diversas superficies del cuarto en la posición de
escucha
Para entender lo que ocurre debemos de estudiar la
denominada respuesta impulsiva de un recinto
25
La respuesta impulsiva
•¿Cómo se genera la respuesta impulsiva en un
recinto?
26
La respuesta impulsiva
•¿Cómo se genera la respuesta impulsiva en un
recinto?
27
La respuesta impulsiva
•¿Cómo se genera la respuesta impulsiva en un
recinto?
28
La respuesta impulsiva
•sonido en la posición del oyente en el tiempo
Initial time delay gap (tiempo de retardo inicial), Beranek
29
Cuartos de Control
ITDG (tiempo de retardo inicial)
•En los cuartos de control, la consola está muy
cerca a la posición de escucha, esto provoca un
ITDG corto, del orden de 1 ms.
30
Cuartos de Control
Reflexiones tempranas (early reflections)
•Un cuarto de control, es por lo general pequeño
comparado con el espacio original donde se realizó
la grabación.
•Las reflexiones tempranas, en este caso, son
producidas por las superficies del cuarto.
•Debido al efecto de precedencia (efecto Haas),
estas reflexiones dominan y el sonido reproducido
será percibido como proveniente de un lugar del
tamaño del cuarto de control.
•Para eliminar el efecto del cuarto se deben suprimir
o atenuar lo necesario las reflexiones tempranas
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Efecto Haas
Es un efecto psicoacústico. Un oyente escucha dos sonidos
idénticos de la misma intensidad de dos fuentes A y B.
Si el sonido de B tiene un retardo entre 10 y 30 ms respecto
de A, para el oyente se crea la impresión que el sonido
proviene solamente de A con un incremento de alrededor
de 10 dB en su intensidad.
Si el retardo alcanza o supera los ~50 ms se percibe un eco
AB
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Filosofía LEDE (Live End Dead End)
•Don Davies (1979)aplica la
técnica de medición TDS (time
delay spectrometry) a cuartos
de control
LEDE Concept
•Incrementar el intervalo de tiempo entre el sonido
directo y las reflexiones del cuarto (ITDG)
•Eliminar Flutter eco entre paredes laterales.
•Parte frontal absorbente y parte posterior reflectiva
y difusiva, sin causar ecos
33
Filosofía LEDE (Live End Dead End)
Controlled Absorption
Absorption Diffusers
absorción absorción controlada difusión
LIVE
END
DEAD
END
34
Anel Paz –Supercharango. Buenos Aires, Argentina
Filosofía LEDE (Live End Dead End)
35
Filosofía RFZ (Reflection Free Zone)
•Uno de los problemas de la filosofía LEDE es el
exceso de absorción
RFZ
•Principal objetivo: crear un área libre de reflexiones,
sensación de un ambiente cuasi-anecoico.
D’Antonio et al (AES, 1984)
•Las reflexiones del vidrio y otras superficies ”duras”
se deben re direccionar, implica manipulación
controlada de la geometría
•Difusión controlada de la pared posterior (difusores
QRD)
36
Filosofía RFZ (Reflection Free Zone)
Elevation Plan
Reflection
free zone
Direct sound
Direct sound
37
Filosofía RFZ (Reflection Free Zone)
38
Cotton Hill Studios, Albany NY
39
Filosofía CID (Control Image Design)
CID (Controlled Image Design, 90s)
•Combina las filosofías LEDE y RFZ
R. Walker (1995)
•Esto se logra modificando la geometría del
cuarto LEDE pero sin usar la pared posterior
difusora
•Monitores empotrados en las respectivas
superficies
40
Filosofía CID (Control Image Design)
BBC Studios
41
¿Cómo diseñamos un cuarto de control?
•mayor conocimiento para diseño de recintos
grandes.
•Existen parámetros acústicos objetivos definidos
para recintos grandes casi desde la invención de
TDS. Estos parámetros objetivos se obtienen a
partir de la respuesta impulsiva
•Existen parámetros acústicos objetivos
plenamente estudiados en recintos grandes que no
pueden aplicarse a recintos pequeños
•Hay algunos parámetros propuestos, pero no se ha
realizado una investigación exhaustiva sobre ellos.
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¿Cómo diseñamos un cuarto de control?
Respuesta Impulsiva (efecto del cuarto)
ITDG original
tiempo
Amplitud (dB)
Reverberación
Reflexiones
Tempranas
ITDG
Cuarto
de Control
43
¿Cómo diseñamos un cuarto de control?
Respuesta Impulsiva ideal de un CR
•Para un Cuarto de Control, las reflexiones
tempranas en los primeros 20 ms no deben tener
una intensidad mayor a –20 dB respecto al sonido
directo
R. Walker (AES, 1994); Eva Arato-Borsi (AES, 1994)
James A. S. Angus (AES, 2001)
•Como límite práctico (en base a mediciones), las
reflexiones (tempranas) dentro de los 15 ms deben
tener al menos un nivel de -15 dB relativo respecto
al sonido directo R. Walker (AES, 1994)
45
Parámetros objetivos
Valores óptimos de reverberación (a 500 Hz)
conferencias, cinema
estudios de grabación
volumen (m )
100
0
1,0
2,0
3,0
1000 10000
T (s)
T óptimo a 500 Hz
3
iglesia
salas de concierto
ópera
Estos criterios
se han
obtenido
luego de
muchos
años de
investigación
46
Parámetros objetivos
Cocientes de Energía temporal
•Si se integra el cuadrado de la respuesta impulsiva
g(t) entre t = 0 y t =T se obtiene la energía en ese
intervalo
2
0
(0, ) ( )
T
E T g t dt
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Claridad (C)
palabra
música
una respuesta impulsiva típica de un cuarto de
control tiene información relevante hasta los primeros
20 o 30 ms no podemos aplicarlos
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¿Cómo diseñamos un cuarto de control?
¿Qué parámetros objetivos NO podemos usar?
•C50 y C80 (Claridad), una respuesta impulsiva
típica de un cuarto de control tiene información
relevante hasta los primeros 20 o 30 ms
•LEF (Lateral Early fraction) usa como referencia 80
ms
•ASW, G(Strength) ASW (extensión de una fuente)
depende de Gel cual se calcula a una distancia de
10 m de la fuente.
•…y otros más, la gran mayoría de parámetros
objetivos no son aplicables a cuartos de control
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¿Cómo diseñamos un cuarto de control?
¿Hay diferencias entre filosofías de diseño?
Simulación de 6 recintos modificados a partir de un
recinto base (2002)
El cuarto de control base seleccionado para las
simulaciones es rectangular con dimensiones (largo
xancho x altura) 6,70 m x 4,90 m x 3,25 m
Estas dimensiones corresponden a las del recinto
construido por Walker como prototipo en los
estudios de la BBC.
50
¿Hay diferencias entre filosofías de diseño?
Simulación –recinto base
51
¿Hay diferencias entre filosofías de diseño?
Simulación –recinto base
La consola se modela mediante dos planos con
coeficiente de absorción bajo.
La pared posterior, las superficies del techo y el
piso para cada sección no se subdividen en áreas
más pequeñas.
La ubicación de la fuente y la consola respecto de
la posición de escucha se mantiene invariable en
todas las geometrías.
En todos los casos el oyente está orientado
perpendicularmente hacia la ventana y los
altavoces orientados hacia el oyente.
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¿Hay diferencias entre filosofías de diseño?
Simulación –recinto base
53
Simulación –resultados
dB
ms
I_A1_ 01_su m
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
30
40
50
60
70
80
90
40
503
4
2
37
dB
ms
I_A1_ 01_su m
0 2 4 6 8 1 0 12 14 16 18 2 0
30
40
50
60
70
80
90
40
503
4
2
3
7
DEAD CID
LEDE RFZ
dB
ms
I_A1_ 01_su m
0 2 4 6 8 10 12 1 4 16 18 2 0
30
40
50
60
70
80
90
40
13 505 5
20
dB
ms
I_A1_ 01_su m
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20
30
40
50
60
70
80
90
40
13 505 5
20
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Simulación –resultados
Parámetros objetivos seleccionados
EDT, T30 and Ts
C5, C20 y M = C20-C5
M correlacionado con el timbre*
Ts correlacionado con la impresión espacial*
C20 correlacionado con la calidad de la imagen
estereo*
* Andor T. Furjes et al (Building Acoustics, 2000)
55
Simulación –resultados
ITDG
0
1
2
3
4
5
CID DEAD ESS LEDE LIVE RFZ
Room Type
ITDG (ms)
console
1st ER
57
Simulación –resultados
EDT
0.0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
500 1000 2000 4000
Frequency (Hz)
EDT (s)
CID
DEAD
ESS
LEDE
LIVE
RFZ
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
500 1000 2000 4000
Frequency (Hz)
M (dB)
CID
DEAD
ESS
LEDE
LIVE
RFZ
58
Simulación –resultados
M factor
(timbre)
59
Simulación –resultados
C5
-10
-5
0
5
10
15
20
500 1000 2000 4000
Frequency (Hz)
C5 (dB)
CID
DEAD
ESS
LEDE
LIVE
RFZ
60
Simulación –resultados
C20
-10
-5
0
5
10
15
20
500 1000 2000 4000
Frequency (Hz)
C20 (dB)
CID
DEAD
ESS
LEDE
LIVE
RFZ
61
Simulación –resultados
TS
0
10
20
30
40
50
500 1000 2000 4000
Frequency (Hz)
TS (ms)
CID
DEAD
ESS
LEDE
LIVE
RFZ
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Simulación –conclusiones
Primera reflexión temprana siempre proviene de la
consola.
Modificación geométrica (RFZ, CID) del cuarto
rectangular base reduce ITDG.
RFZ y CID evitan reflexiones tempranas en el
intervalo [0, 20ms]
ESS y DEAD influyen significativamente en el
cambio del timbre.
Sensación de reverberación claramente distinguible
en todas las filosofías excepto LEDE y ESS
aparentemente indistinguibles
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Se necesita mayor cantidad de trabajos que
correlacionen parámetros objetivos con
impresiones subjetivas.
Se necesita una mayor investigación en el
estudio subjetivo del campo sonoro en recintos
pequeños como los cuartos de control
La siguiente etapa en la investigación consistirá
en el estudio de la acústica en recintos pequeños
a través de auralizaciones
Simulación –conclusiones
66
Final, preguntas?
Gracias
67
Referencias
1. Barron M. Auditorium Acoustics and Architectural
Design, Spon Press, 2ed (2010)
2. Kuttruff H., Room Acoustics, 4ed Spon Press (2000)
3. Cox T., D’Antonio P. Acoustic Absorbers and Diffusers
Theory, design and application. Spon Press, 2ed (2009)
4. Acoustics and Vibration Animations
http://www.acs.psu.edu/drussell/demos.html
5. Walker R., Low frequency responses: part 1-Background and
qualitative considerations BBC RD 1992-08
6. Ballou G., Handbook of Sound Engineering, Sams 2ed (1991)
7. Davis, Don and Chips Davis, The LEDE™ Concept for the Control of
Acoustic and Psychoacoustic Parameters in Recording Rooms, J.
Audio Eng. Soc., 28, 9 (Sept 1980), 585-595
http://www.anagram-acoustics.com/upload/lede-concept.pdf
8. Bistafa S., Acoustics of Small Rooms
http://www.acoustics.org/smallrooms.pdf.
68
Referencias
9. Newell P. Recording Studio Design, Elsevier, 2ed (2003)
10. Moscoso R. and Bistafa S. , Acoustic simulations of studio control
rooms J. Acoust. Soc. Am. 112, 2256 (2002)
http://scitation.aip.org/content/asa/journal/jasa/112/5/10.1121/1.477899
4
11. Furjes A, Arato-Borsi E, Evaluation and Design of Small Rooms,
Building Acoustics 2000 http://www.aqrate.hu/files/FAT-1999-EN-
building-acoustics-99.pdf
