La reverberación (comúnmente abreviada como reverberación ), en acústica , es una persistencia del sonido después de su producción. [1] La reverberación se crea cuando se refleja un sonido o una señal. Esto hace que numerosos reflejos se acumulen y luego disminuyan a medida que el sonido es absorbido por las superficies de los objetos en el espacio, que podrían incluir muebles, personas y aire. [2] Esto es más notable cuando la fuente de sonido se detiene pero las reflexiones continúan, disminuyendo su amplitud , hasta llegar a cero.
La reverberación depende de la frecuencia: la duración de la caída, 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 la actividad prevista. [3] En comparación con un eco distinto , que es detectable como mínimo de 50 a 100 ms después del sonido anterior, la reverberación es la aparición de reflexiones que llegan en una secuencia de menos de aproximadamente 50 ms. A medida que pasa el tiempo, la amplitud de las reflexiones se reduce gradualmente hasta niveles imperceptibles. La reverberación no se limita a los espacios interiores como existe en los bosques y otros entornos exteriores donde existe 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 de metal y procesamiento digital. [5]
Aunque la reverberación puede añadir naturalidad al sonido grabado al añadir una sensación de espacio, también puede reducir la inteligibilidad del habla , especialmente cuando también hay ruido presente. Las personas con pérdida auditiva, incluidos los usuarios de audífonos , con frecuencia informan dificultades para comprender el habla en situaciones reverberantes y ruidosas. La reverberación también es una fuente importante de errores en el reconocimiento automático de voz .
La desreverberación es el proceso de reducir el nivel de reverberación de un sonido o señal.
El tiempo de reverberación es una medida del tiempo necesario 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] (abreviatura de tiempo de reverberación 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 frecuentemente como un valor único si se mide como una señal de banda ancha (20 Hz a 20 kHz). Sin embargo, al depender 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 mida. Para mayor precisión, es importante saber qué rangos de frecuencias se describen mediante una medición del tiempo de reverberación.
A finales 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. Utilizando una caja 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 va a reproducir en el espacio. Las salas utilizadas para hablar normalmente necesitan un tiempo de reverberación más corto para que el habla pueda entenderse con mayor claridad. Si el sonido reflejado de una sílaba todavía se escucha cuando se pronuncia la siguiente sílaba, puede resultar 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 el volumen 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 habitación incluyen el tamaño y la forma del recinto, así como los materiales utilizados en la construcción de la habitación. Cualquier objeto colocado dentro del recinto también puede afectar este tiempo de reverberación, incluidas las personas y sus pertenencias.
Históricamente, el tiempo de reverberación sólo podía medirse utilizando un registrador de nivel (un dispositivo gráfico que representa gráficamente el nivel de ruido en función del tiempo en una cinta de papel en movimiento). Se produce un ruido fuerte y, a medida que el sonido se apaga, 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 de forma automática. [8]
Existen varios métodos para medir el tiempo de reverberación. Un impulso se puede medir creando un ruido suficientemente fuerte (que debe tener un punto de corte definido). Se pueden utilizar fuentes de ruido impulsivo , como un disparo de pistola de fogueo o la explosión de un globo, para medir la respuesta impulsiva de una habitación.
Alternativamente, se puede generar una señal de ruido aleatorio, como ruido rosa o ruido blanco , a través de un altavoz y luego apagarlo. Esto se conoce como método interrumpido y el resultado medido se conoce como 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 realizar una grabación del sonido de la habitación y compararlo 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 al 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 distintas de los impulsos fuertes. Se puede utilizar música o grabaciones de otros sonidos. Esto permite tomar medidas en una sala después de que la audiencia esté presente.
Bajo algunas restricciones, incluso fuentes de sonido simples como palmas se pueden utilizar para medir la reverberación [9]
El tiempo de reverberación suele expresarse como tiempo de caída y se mide en segundos. Puede haber o no alguna declaración sobre 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 resulta difícil inyectar suficiente sonido en la habitación para medir una caída de 60 dB, especialmente en frecuencias más bajas. Si la caída es lineal, basta con 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 RT 60 está definida en la norma ISO 3382-1 para espacios de espectáculos, la norma ISO 3382-2 para salas ordinarias y la norma ISO 3382-3 para oficinas diáfanas, así como la norma ASTM E2235.
El concepto de tiempo de reverberación supone implícitamente que la velocidad de caída del sonido es exponencial, de modo que el nivel sonoro disminuye regularmente, a un ritmo de tantos dB por segundo. No suele ser el caso en espacios reales, dependiendo de la disposición de las superficies reflectantes, dispersivas y absorbentes. Además, las mediciones sucesivas del nivel sonoro a menudo arrojan resultados muy diferentes, ya que las diferencias de fase en el sonido excitante se acumulan en ondas sonoras 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 decadencia y liberar a los acústicos de la necesidad de promediar muchas mediciones.
La ecuación de reverberación de Sabine se desarrolló a finales de la década de 1890 de forma empírica . Estableció una relación entre el T 60 de una habitación, su volumen y su absorción total (en sabins ). Esto viene dado por la ecuación:
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 la 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 las sabinas (y por tanto el tiempo de reverberación) generalmente cambia dependiendo de la frecuencia (que está definida por las propiedades acústicas del espacio). La ecuación no tiene en cuenta la forma de la habitación ni las pérdidas causadas por el sonido que viaja por el aire (importante en espacios más grandes). La mayoría de las habitaciones absorben menos energía sonora en los rangos de frecuencia más bajos, lo que da como resultado tiempos de reverberación más prolongados en 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 desaparecer.
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):
donde la distancia crítica se mide en metros, el volumen se mide en m³ y el tiempo de reverberación RT 60 se mide en segundos .
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 acústica, identificadas por Eyring como habitaciones "muertas". Estas salas tienden a tener tiempos de reverberación más bajos que las salas más grandes y con mayor acústica. 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:
La ecuación de Eyring se desarrolló a partir de los primeros principios utilizando un modelo de fuente de imagen de reflexión del 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 salas de control de estudios de grabación 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 en salas pequeñas con altos niveles 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 , suelen utilizar la ecuación de Eyring.
El coeficiente de absorción de un material es un número entre 0 y 1 que indica la proporción de sonido que absorbe 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 hacia afuera y no se reflejaría ningún sonido. Esto tendría un coeficiente de absorción de 1. Por el contrario, un techo de hormigón pintado, liso y grueso sería el equivalente acústico de un espejo y tendría un coeficiente de absorción muy cercano a 0.
The Atlantic describió la reverberación como "posiblemente el efecto de sonido más antiguo y universal de la música", utilizado en la música ya en el canto llano del siglo X. [5] Compositores como Bach escribieron música para explotar la acústica de determinados edificios. Es posible que el canto gregoriano se haya desarrollado en respuesta al largo tiempo de reverberación de las catedrales , limitando el número de notas que podían cantarse 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]
