Si tienes un parlante dentro de un recinto vas a tener sonido que viene directamente de la fuente sonora y otra parte viene de las reflexiones del sonido en las superficies, del fenómeno conocido como reverberación (te recomiendo leer ese artículo si no sabes qué es). La distancia crítica es el punto en que se divide la distancia en la cual se tiene mayor energía del sonido que viene de la fuente (campo directo) y la distancia en la que la energía viene de las reflexiones (campo reverberante). Si quieres conocer más sobre esta definición o no entendiste nada de lo que dije, continúa en este artículo y entenderás mejor que cualquier experto.
Contenido
- Definición de distancia crítica
- Significado para la gente que no es experta en acústica
- ¿Cómo calcular la distancia crítica?
- ¿Cómo controlarla?
Definición formal de la distancia crítica
En un recinto, el sonido es reflejado por las superficies y, por la superposición de ondas, hace que la atenuación a medida que se aleja de la fuente no sea igual al comportamiento en campo libre (sin reflexiones). Eso es equivalente a decir que el sonido no disminuye su amplitud con la ley del inverso cuadrado (-6dB al doblar la distancia entre fuente y receptor). La distancia crítica (Dc) es la distancia de la fuente sonora en la que el nivel de presión sonora es 3dB mayor que el generado por la ley del inverso cuadrado, como lo muestra la siguiente gráfica.
¿Qué significa esa definición?
Para quien no ha tenido un curso formal de acústica probablem0ente sea difícil entender la definición de la que he hablado, del campo reverberante y la diferencia de los 3dB, por eso lo explicaré de una forma más sencilla. Voy a partir de que sabes cómo funcionan las reflexiones dentro del recinto, si no lo sabes te dejo el artículo sobre eco y reverberación.
Comencemos entendiendo lo que dije de la ley del inverso cuadrado. ¿Te has fijado que cuando te alejas de una fuente sonora el sonido pierde intensidad? Eso ocurre porque las fuentes irradian el sonido para todas las direcciones, pero cuando está cerca la energía está concentrada en un área muy pequeña, pero a medida que te alejas esa misma energía debe abarcar un área muchísimo más grande. Se descubrió que el área corresponde al cascarón de una circunferencia, donde el radio es la distancia entre la fuente y el receptor. Eso permitió describir que la atenuación del sonido a medida que te alejas de la fuente sonora corresponde a 6dB cada vez que doblas la distancia.
El caso de la ley del inverso cuadrado ocurre sólo si no hay reflexiones, que sí tendrás en los recintos porque el sonido será reflejado en todas las paredes, piso y techo. Acá lo que ocurre es que cuando estás muy cerca de la fuente sonora el sonido es muy intenso porque no se ha dispersado. En ese punto la energía que viene directamente de la fuente será mucho mayor al de las reflexiones, que ha sido atenuado por la distancia recorridas hasta la superficie y la absorción. A medida que te alejas escucharás que el nivel disminuye. Sin embargo, después de alejarte de cierto punto (la distancia crítica), ya no se disminuirá tanto el sonido, eso es porque escucharás más el sonido de la reverberación, ese sonido que viene de muchos lados debido a las reflexiones. Se escucha más que el sonido directo porque es la suma de muchas reflexiones.
¿Cómo se calcula la distancia crítica de una fuente acústica?
Realizar este cálculo es muy sencillo, sólo debes tener la información correcta y seguir las instrucciones que verás a continuación.
Información necesaria para el cálculo
La fórmula requiere que previamente conozcas la siguiente información:
- Coeficiente de absorción acústica de todos los materiales.
- Superficie que tiene cada uno de los materiales dentro del recinto. Por ejemplo, si el piso es de madera, no hay más madera en el recinto y las dimensiones son 5mx10m, entonces el área de ese material es 50m2.
- Volumen total de aire dentro del recinto.
- El factor de directividad de una fuente sonora Q. Busca el valor dado por el fabricante.
Cómo calculas el coeficiente de absorción media
Con estos valores, lo primero es hallar el coeficiente de absorción media. Este consiste en hacer un promedio ponderado del coeficiente de absorción de todos los materiales que están dentro del recinto. Eso se hace multiplicando el coeficiente de absorción de un material por la superficie que ocupa en el recinto ese material, luego sumando el resultado de todos y por último dividiendo ese valor por la superficie total. Ese proceso se resume en la siguiente ecuación:
(1) 
Donde 
y 
son la superficie y coeficiente de absorción correspondiente al material 
con 
, 
es el número de materiales y 
es la superficie total del recinto. Así, podrás hallar fácilmente el coeficiente de absorción media 
.
Formula de distancia crítica
Con las superficies del recinto, la absorción media y el factor de directividad 
ya podemos usar la ecuación de la distancia crítica que se muestra a continuación.
(2) 
El tiempo de reverberación 
lo puedes calcular usando las fórmulas de Sabine, Eyring o cualquier otra de la gran cantidad de fórmulas que existen según sea la que se adapte más a tu caso. Esta fórmula de distancia crítica es conveniente con respecto a otras debido a que puedes reemplazar el tiempo de reverberación por una medición y no necesitas medir el coeficiente de absorción de todos los materiales.
Si no conoces las fórmulas de tiempo de reverberación, entonces puedes usar la más común, la fórmula de Sabine. No sirve para todos los casos, pero es la más común. Te la dejo a continuación:
(3) 
¿Cómo controlar la distancia crítica?
En algunos casos, como a la hora de colocar nuestros parlantes en recintos que tienen atención a público, se hace necesario controlar la distancia crítica. Del concepto básico de distancia crítica podemos inferir que, si disminuimos el sonido reflejado, entonces vamos a tener una distancia crítica más larga. Eso se puede lograr de dos maneras, una disminuyendo el sonido emitido en dirección distinta que al oyente y la otra es controlando las reflexiones. Entonces entremos en detalle en cada uno de los métodos.
Disminuye la reverberación con espuma acústica
El campo reverberante depende de qué tanto se pueda reflejar el sonido en las superficies, por eso si disminuyes la energía reflejada disminuirás también la energía de la reverberación. En consecuencia, la distancia crítica crecerá. Una forma de ver el caso extremo es que, cuando el sonido es completamente absorbido en las paredes y techo, entonces estará como en campo libre y la ley del inverso cuadrado se cumplirá sin importar qué tan lejos estés. Así, entre más absorbente sean las superficies, tendrás una distancia crítica mayor. Te dejo algunas espumas acústicas que podrás usar para ese fin y que son muy sencillas de usar.
Aumentar la distancia crítica con la directividad de la fuente
Si disminuimos el sonido que van en direcciones distintas al oyente, el receptor tendrá menos sonido reverberante. Eso lo podemos ver en la siguiente gráfica, donde puedes ver claramente que el sonido que sigue trayectorias que no son directas al ser atenuados no aportarán gran energía. Eso implica que se requerirá estar a una distancia mayor para que el nivel de presión sonora del campo reverberante, o sea el que viene de las reflexiones, iguale al sonido que viene directamente de la fuente. Eso significa que entre más directivos sean los parlantes, la distancia crítica será mayor.
La directividad la suele dar el fabricante del parlante. Se podría medir en caso de no tenerlo, pero requieres de una cámara anecoica (laboratorio especializado con baja reflexión). Digamos que se puede medir en campo libre (espacio sin muros donde el sonido rebote), pero de todas maneras requiere de medir el parlante por todos lados, lo que es tedioso y requiere equipos de medición. Te recomiendo mirar los parlantes que sí muestran la directividad.
