Campo Sonoro

Descomponiendo el Espacio Sonoro: Entendiendo el Campo Directo y Reverberante

Un aspecto crucial para comprender la acústica de cualquier entorno es la distribución del campo sonoro, que se define como el valor de la presión sonora en cada punto del espacio. Para facilitar su análisis, el campo sonoro se descompone en dos componentes fundamentales: el campo directo y el campo reverberante.

Figura 1: Campo directo y campo reverberante. La gráfica muestra en el eje horizontal la distancia desde la fuente sonora y en el eje vertical la presión sonora. Se observa una línea discontinua descendente etiquetada como "campo directo", una línea horizontal discontinua etiquetada como "campo reverberante", y una línea continua que representa el "campo sonoro resultante" como la suma de ambas. El punto donde la curva del campo directo intercepta la línea del campo reverberante está marcado como "distancia crítica".

La Figura 1 ilustra claramente cómo la presión sonora de cada componente varía con la distancia desde la fuente. El campo directo disminuye a medida que nos alejamos, mientras que el campo reverberante se mantiene relativamente constante. El punto de intersección define la distancia crítica, un umbral importante en la acústica de salas.

Campo Directo: La Línea Recta del Sonido

El campo directo está compuesto por la porción del sonido que viaja directamente desde la fuente hasta el oyente, sin haber experimentado ninguna reflexión, refracción o difracción de las ondas sonoras en las superficies del entorno. Su comportamiento es predecible: la intensidad del sonido disminuye a medida que aumenta la distancia desde la fuente, siguiendo la ley del inverso cuadrado. En términos de nivel de presión sonora (SPL), esta disminución se traduce en una atenuación de 6 decibelios (dB) por cada duplicación de la distancia.

Matemáticamente, si el nivel de presión sonora (L1) se mide a una distancia r1 de la fuente, el nivel de presión sonora (L2) a una distancia r2 se puede calcular como:

O, de forma simplificada para la duplicación de la distancia (r2 = 2r1):

Así, si a 1 metro de una fuente sonora se mide un nivel de presión sonora de 80 dB, a 2 metros será de aproximadamente 74 dB, a 4 metros de 68 dB, a 8 metros de 62 dB, y así sucesivamente.

Campo Reverberante: El Eco Colectivo del Espacio

En contraste, el campo reverberante está constituido por el sonido que ha experimentado una o múltiples reflexiones en las superficies del recinto ("Reverberación"). Debido a la multitud de reflexiones que se superponen y se dispersan por todo el espacio, el campo reverberante tiende a ser relativamente constante en los ambientes cerrados, como habitaciones, salas de conciertos y estudios de grabación ("Aislar Acústicamente el Estudio de Grabación"). La energía sonora, al reflejarse repetidamente, se distribuye de manera más o menos uniforme por todo el volumen del recinto.

El Contraste entre Espacios Abiertos y Cerrados

En un descampado o en un entorno exterior amplio donde las reflexiones son mínimas o inexistentes, solo existe la componente del campo directo. Esta es la razón por la cual el nivel de presión sonora disminuye rápidamente con la distancia en exteriores. Una persona hablando normalmente a 50 metros de distancia se escuchará muy débilmente debido a la ausencia del refuerzo del campo reverberante.

En un ambiente cerrado, si bien cerca de la fuente sonora predomina el campo directo, a medida que nos alejamos, la contribución del campo reverberante se vuelve cada vez más significativa y, a cierta distancia, puede incluso superar al campo directo en intensidad, tal como se ilustra en la Figura 1.

La Distancia Crítica: El Punto de Equilibrio

Existe una distancia específica, denominada distancia crítica (rc), que marca el límite entre la región donde predomina el campo directo (cerca de la fuente) y la región donde predomina el campo reverberante (más lejos de la fuente). En la distancia crítica, el nivel de presión sonora del campo directo es igual al nivel de presión sonora del campo reverberante, como se visualiza en la intersección de las curvas en la Figura 1.

La distancia crítica es un parámetro importante en el diseño acústico, ya que influye en la inteligibilidad del habla y la claridad musical en diferentes partes de un recinto. Se puede estimar mediante la siguiente fórmula:

Donde:

• rc es la distancia crítica en metros.
• V es el volumen de la habitación en metros cúbicos (m3).
• T60 es el tiempo de reverberación en segundos.

Esta fórmula revela que la distancia crítica es mayor en salas grandes y con tiempos de reverberación cortos, mientras que es menor en salas pequeñas y con tiempos de reverberación largos.

Por esta razón, a las regiones dominadas por el campo directo y el campo reverberante también se les suele denominar campo cercano y campo lejano, respectivamente.

Direccionalidad vs. Difusión: Características Distintivas

Otra diferencia fundamental entre el campo directo y el reverberante radica en su direccionalidad. El campo directo es inherentemente direccional, ya que las ondas sonoras viajan en línea recta desde la fuente. Esto permite al oyente percibir claramente la dirección del sonido de la fuente, especialmente a distancias cortas. En aplicaciones de sonorización, la directividad de los altavoces se manipula para maximizar la energía del campo directo en la zona de audiencia y minimizar las reflexiones que contribuyen al campo reverberante.

En contraste, el campo reverberante es difuso o adireccional. Las ondas sonoras llegan al oyente desde múltiples direcciones después de rebotar en diversas superficies. Aunque esta falta de direccionalidad podría dificultar la localización de la fuente a distancias lejanas, el efecto Hass o enmascaramiento" juega un papel importante. El sonido directo, que siempre llega primero al oyente, enmascara ligeramente las reflexiones tempranas cercanas en tiempo, permitiendo que se siga percibiendo la dirección de la fuente incluso en presencia de un campo reverberante significativo.

El Refuerzo Sonoro del Campo Reverberante

El campo reverberante explica por qué los sonidos se perciben con mayor sonoridad dentro de una habitación en comparación con un entorno abierto, incluso a la misma distancia de la fuente. En un espacio abierto, la energía sonora simplemente se dispersa alejándose continuamente de la fuente sin posibilidad de acumularse. En un recinto cerrado, el campo reverberante actúa como un acumulador de la energía sonora que no es absorbida en cada reflexión ("Absorción de las Ondas Sonoras"). Esta energía reflejada se suma al sonido directo, incrementando el nivel sonoro general en el interior del espacio, tal como se evidencia en la Figura 1 donde el campo sonoro resultante se mantiene a un nivel superior al del campo directo a distancias mayores.

La Relación entre Reverberación y Campo Reverberante

El campo reverberante será tanto mayor cuanto más reflectoras del sonido sean las superficies del ambiente (es decir, cuanto menor sea el coeficiente de absorción de las paredes, el suelo y el techo). En estas condiciones, una mayor cantidad de energía sonora se refleja en cada impacto, lo que lleva a una mayor acumulación de energía en el campo reverberante.

Esta observación se conecta directamente con el tiempo de reverberación. Un ambiente con superficies altamente reflectantes tendrá un tiempo de reverberación largo, ya que el sonido tardará más en extinguirse debido a la menor absorción en cada reflexión. Por lo tanto, existe una correlación directa: a mayor tiempo de reverberación, mayor será la intensidad del campo reverberante.

Implicaciones Prácticas: Acústica de Salas y Comunicación

La interacción entre el campo directo y el campo reverberante tiene importantes implicaciones prácticas en el diseño y la acústica de diferentes tipos de salas ("Como Mejorar la Acústica de una Sala"):

• Inteligibilidad del Habla: En espacios destinados al habla, como aulas o salas de conferencias, un campo reverberante excesivo puede enmascarar el sonido directo de la voz, dificultando la percepción auditiva y la comprensión del mensaje. Se busca un equilibrio donde el campo directo sea lo suficientemente fuerte en toda la sala o se refuerce mediante sistemas de sonido, y el campo reverberante se controle mediante materiales absorbentes para mejorar la claridad.

• Calidad Musical: En salas de conciertos, la relación entre el campo directo y el reverberante influye en la envolvente acústica y la sensación de inmersión para el oyente. Un campo reverberante adecuado puede enriquecer la sonoridad de la música y proporcionar una sensación de espacio, pero un exceso puede emborronar los detalles y la claridad. El diseño de la sala y la elección de los materiales ("Reverberación según el Material utilizado") son cruciales para lograr el equilibrio deseado.

• Estudios de Grabación: En entornos de grabación, generalmente se busca minimizar el campo reverberante para capturar el sonido directo de los instrumentos y las voces con la mayor pureza posible. Esto se logra mediante el uso extensivo de materiales absorbentes. La ambiencia deseada se puede añadir posteriormente mediante procesamiento artificial ("Todo sobre los Plugins VST"). La "Distancia de Trabajo de los Micrófonos" también se considera para optimizar la captura del campo directo.

• Espacios con Acústica Deficiente: En ambientes con paredes duras y pocos materiales absorbentes, como gimnasios o piscinas cubiertas, el campo reverberante puede ser muy intenso. Esto no solo resulta en un nivel sonoro general elevado, sino que también dificulta la comunicación verbal. En estos entornos, las personas tienden a elevar inconscientemente la voz para intentar superar el enmascaramiento del campo reverberante, lo que a su vez incrementa aún más la energía sonora total en el recinto, exacerbando el problema.

En conclusión, comprender la distinción y la interacción entre el campo directo y el campo reverberante, tal como se ilustra en la Figura 1, es fundamental para analizar y optimizar la acústica de cualquier espacio. La distancia crítica, la direccionalidad, la absorción de los materiales y el tiempo de reverberación son conceptos clave que nos permiten predecir y controlar cómo se propagará y se percibirá el sonido en diferentes entornos, impactando directamente en la inteligibilidad, la calidad musical y la comodidad acústica.