El campo sonoro puede definirse como la distribución espacial de las ondas sonoras al propagarse en un medio, es decir, la presión sonora en cada punto del espacio.
Componentes del campo sonoro
Dependiendo de si el sonido ha interactuado con superficies o no, el campo se divide en:
- Campo directo: Es la zona más próxima a la fuente sonora donde el sonido llega sin haber experimentado reflexiones. En este campo, el nivel de presión sonora disminuye exclusivamente por la ley cuadrática inversa, lo que se traduce en una pérdida de 6 dB cada vez que se duplica la distancia a la fuente.
- Campo reverberante: Predomina en puntos alejados de la fuente y está compuesto por el sonido que ha rebotado en al menos una superficie. En recintos cerrados, las múltiples reflexiones se superponen creando una distribución de sonido casi uniforme.
- Campo difuso: Es un caso especial del campo reverberante donde la densidad de energía es uniforme en cualquier punto. Este estado es el que se busca emular en cámaras reverberantes para pruebas acústicas.
La distancia crítica
Un concepto fundamental para definir el campo sonoro es la distancia crítica. Este es el punto exacto en el espacio donde los niveles del campo directo y del campo reverberante son iguales.
- A distancias menores a la crítica, predomina el sonido directo (más claridad y direccionalidad).
- A distancias mayores, el campo reverberante toma el protagonismo (sonido más difuso).
¿Cómo se calcula la distancia crítica en una sala?
La distancia crítica (\( D_c \)) en una sala se calcula mediante una expresión matemática que relaciona la directividad de la fuente con las propiedades absorbentes del recinto.
La fórmula fundamental para obtener este valor es la siguiente:
Para realizar este cálculo, es necesario conocer los siguientes parámetros:
- \( Q \) (Factor de directividad): Es el factor de directividad de la fuente sonora en la dirección que se está considerando.
- \( R \) (Constante de la sala): Representa la capacidad de absorción del recinto y se mide en \( m^2 \). Este valor es crucial porque determina qué tan "vivo" o "apagado" es el ambiente acústico.
Valores habituales de \( Q \)
El valor de \( Q \) depende principalmente de la ubicación física de la fuente sonora y de cuánto se restringe su radiación:
- \( Q \)=1 (Fuente omnidireccional): Se utiliza para fuentes que radian sonido por igual en todas las direcciones (esfera completa). Esto ocurre idealmente cuando la fuente está suspendida en el aire, lejos de cualquier superficie.
- \( Q \)=2 (Radiación hemisférica): Se asigna cuando la fuente está situada sobre una superficie plana infinita (por ejemplo, en el centro del suelo de una sala). El sonido solo puede propagarse hacia un hemisferio, concentrando el doble de energía en esa zona.
- \( Q \)=4 (Diedro): Se aplica cuando la fuente se coloca en la intersección de dos superficies (por ejemplo, donde una pared se une con el suelo). La energía se concentra en un cuarto de esfera.
- \( Q \)=8 (Triedro o esquina): Se utiliza cuando la fuente está en un rincón (la unión de dos paredes y el suelo). La energía se concentra en un octavo de esfera, maximizando la directividad.
A mayor valor de \( Q \), mayor es la distancia crítica, lo que significa que el campo directo de la fuente llega más lejos antes de ser igualado por el campo reverberante.
Cálculo de la Constante de la sala (\( R \))
Dado que \( R \) no siempre es un dato directo, se debe calcular previamente con la siguiente fórmula:
En esta ecuación intervienen:
- \( S_t \): La superficie total de la sala (paredes, techo y suelo) expresada en \( m^2 \).
- \( \bar{\alpha} \): El coeficiente medio de absorción de la sala, que depende de los materiales que recubren las superficies.
Veremos más acerca del coeficiente de absorción en el siguiente apartado, la reverberación.
Zonificación por distancia (Campo Próximo y Lejano)
El campo también se puede clasificar según cómo varía la directividad de la fuente.
Por un lado, tenemos el campo próximo (o cercano), que es la zona donde la presión sonora varía significativamente con pequeños cambios de posición. En esta área, la directividad aún depende de la distancia, por lo que no es recomendable realizar mediciones acústicas aquí.
Por el otro lado, tenemos el campo lejano, que es la zona a partir de la cual la directividad de la fuente sonora se vuelve independiente de la distancia.
Influencia del entorno
La naturaleza del campo sonoro cambia drásticamente según el medio:
- Espacios abiertos o campos libres: Donde no hay obstáculos (o las superficies son totalmente absorbentes, como en una cámara anecoica), solo existe el campo directo, provocando que la intensidad sonora disminuya rápidamente con la distancia.
- Espacios cerrados: La presencia de superficies genera reflexión y difracción, dando lugar a la coexistencia de sonido directo y reflejado (primeras reflexiones y reflexiones tardías).