Cómo los cojines de los asientos cambiaron la comprensión de la acústica

Epidauro

Durante milenios, los científicos han estado intentando entender cómo se comporta la acústica de los edificios. Alrededor de 350 AC, Polykleitos el Joven, un escultor y arquitecto griego, diseñó un anfiteatro con 6.000 asientos en Epidauro, Grecia. El edificio escénico fue construido en dos fases, una durante el siglo IV AC, y la segunda a mediados del siglo II.

Este gran proyecto fue dividido en dos secciones: las filas inferiores eran para miembros de alto rango de la sociedad y las filas más lejanas eran para todos los demás. Pero ¿cómo pudieron los espectadores en las últimas filas escuchar los diálogos desde el escenario, que estaba 60 metros más abajo?

En 2007, dos investigadores belgas del Instituto de Tecnología de Georgia desvelaron una parte de su misterio acústico. Se demostró que existe un vínculo con el perfil corrugado y el material rocoso de los asientos, que sirven de filtro para el sonido procedente de la orquesta ^[1]. El teatro se construyó con formas y dimensiones específicas que se rigen por los principios matemáticos influenciados por la filosofía pitagórica.

Hoy en día es uno de los teatros mejor conservados de su tipo en el mundo.

Una pregunta interesante que siempre me he hecho es: "¿Sabía el arquitecto Polykleitos el Joven sobre las capacidades acústicas del teatro o fue solo una coincidencia?" Pues bien, la palabra "acústica" se origina de la palabra griega ἀκουστικός  (akoustikos), que significa "listo para oír"^[2]. Entonces, ¿es Polykleitus el Joven el fundador de la ciencia de la acústica? Lo creas o no, para eso tuvimos que esperar otros 2.300 años.

Música compuesta para el espacio interpretativo

Entre Polykletius el Joven y 1895, hubo muchos científicos trabajando en la teoría del sonido, las ondas sonoras, los resonadores y las frecuencias. La acústica arquitectónica o más específicamente, la acústica de sala no era realmente lo más importante para los científicos de la época.

Fueron realmente los compositores los que reconocieron la importancia de la acústica en una habitación o espacio. Esto los llevó a componer música adaptada a la habitación donde se interpretaba y no al revés. Por ejemplo "Toccata y fuga en re menor"[3], escrita por Johann Sebastian Bach, es una composición musical tocada en un órgano, que es ideal para una catedral con un tiempo medio de reverberación de 5 segundos. Por otro lado, fue Mozart quien compuso música para ser tocada en cámaras altamente amuebladas. Muchas de las óperas que escribió se representan mejor en salas con un tiempo de reverberación de 1,00- 1,30 segundos [4].

Entonces, ¿por qué no empezaron a diseñar salas y salas de conciertos con una acústica de sala óptima? La ciencia de la acústica todavía se consideraba una misteriosa combinación de muchos factores diferentes e indefinibles. Pero todo eso cambió a finales del siglo XIX.

Presentación de Wallace Sabine

Fue en el año 1895 cuando se le pidió a un joven profesor asistente estadounidense de física en la Universidad de Harvard, llamado Wallace Clement Sabine, que resolviera un problema difícil en la sala de conferencias Fogg del recientemente construido Museo de Arte Fogg de Harvard. El problema con la sala de conferencias de la universidad era que era excesivamente reverberante. Sabine, que nunca había recibido su doctorado y no tenía ningún conocimiento particular del sonido, recibió la asignación de mejorar la acústica sumamente mala en la sala. Se consideraba una tarea imposible, pero Sabine se dedicó a determinar qué hacía que la sala de conferencias Fogg fuera tan diferente de otros espacios acústicamente aceptables.

Sabine señaló que cuando alguien hablaba en la sala de conferencias Fogg, el sonido de su voz seguía siendo audible durante 5,5 segundos, incluso a niveles normales de conversación. Pueden imaginarse lo difícil que era entender lo que el orador decía.

Sabine sentía curiosidad por el hecho de que, en el campus de la Universidad de Harvard, había otra sala de conferencias sin apenas quejas sobre la acústica - el Teatro Sanders. Tenía la misma forma compleja acústicamente que la sala de conferencias Fogg. Su capacidad era tres veces mayor, y tenía 700 asientos más. Sin embargo, hubo una diferencia significativa; los asientos en el Teatro Sanders tenían cojines.

Asientos con cojines

En vez de mejorar la acústica, centró su investigación en las propiedades de absorción de sonido de los cojines. No fue una tarea fácil porque había que tener en cuenta muchas variables. Junto con sus asistentes, movió los cojines de los asientos del Teatro Sanders a la sala de conferencias Fogg y notó que las condiciones de sonido de la sala cambiaban. Tomó muchas medidas diferentes usando solo un tubo de órgano y un cronómetro, escuchando cuánto tiempo tardaba el sonido en decaer. Sabine llevó a cabo la mayoría de sus experimentos por las noches, para que pudiera controlar el ruido de fondo, que interferiría con sus mediciones. En algún momento incluso descubrió que el resultado de las mediciones era diferente debido a la diferente ropa que llevaba puesta. Para el resto de las pruebas, lució el mismo atuendo.

Durante un período de tres años, Sabine tomó miles de medidas utilizando cientos de cojines de asiento. También hizo evaluaciones en las otras salas de la Universidad de Harvard y utilizó otros materiales como alfombras.

¡Por fin lo he encontrado!

Con tantos datos recopilados, Sabine analizaba la relación entre la calidad acústica, el tamaño de la sala y el número de superficies de absorción, pero no sabía cómo juntar todas las piezas del rompecabezas. Entonces, de repente, en un momento claro, dijo: "¡Por fin lo he encontrado!" ^[5].

Lo que Sabine descubrió fue que cuando trazó la cantidad de cojines del Teatro Sanders (x) frente al tiempo de reverberación correspondiente para una habitación (y), el gráfico resultante era una hipérbola rectangular, una curva matemática estándar caracterizada por la ecuación xy = k, donde k es la constante ^[5]. Se dio cuenta de que su descubrimiento de la relación hiperbólica fue un gran avance para su comprensión de la reverberación.

El padre de la acústica de salas

El sonido, al ser energía, una vez producido en un espacio cerrado, continúa hasta ser transmitido por una pared límite o se transforma en algún otro tipo de energía, generalmente calorífica. El proceso de disipación se llama: absorción [6].

La alteración de la absorción puede considerarse como un proceso de múltiples reflexiones de las paredes, el techo y desde el suelo. Primero de uno y luego de otro, perdiendo parte de su fuerza en cada reflexión, hasta que finalmente, es inaudible. Esto se llama reverberación [6].

Definió el tiempo de reverberación como "el número de segundos que tarda la energía sonora reverberante en disminuir 60dB respecto de su valor inicial".

El resultado final de la investigación de Sabine fue la ecuación, T = 0,161 V/A

T = tiempo de reverberación (segundos)

0,161 = constante hiperbólica

V = volumen de la habitación (metros cúbicos)

A = superficie de absorción equivalente (metros cuadrados)

Esto se convirtió en la Fórmula Sabine que todavía se utiliza para la acústica arquitectónica hoy en día. Eventualmente Sabine se convirtió en el decano de la Escuela de Graduados de Ciencias Aplicadas de Harvard desde 1906 hasta 1915. En 1919, a los 50 años, Sabine murió en el hospital por complicaciones después de la cirugía.

Desde su muerte, la acústica arquitectónica se ha acelerado hasta donde estamos hoy, y Sabine es ampliamente reconocido como el padre de la acústica de salas.

Mitos de la acústica de salas

Ahora que sabemos más sobre la ciencia detrás de la acústica de la habitación podemos revelar algunos mitos.

Mito: Se puede escuchar una caída de moneda desde las filas traseras del Teatro Epidauro.

En 2017, investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven mapearon las cualidades acústicas del teatro Epidauro. Los resultados de la investigación mostraron que la calidad de sonido del teatro era buena, pero no tan impresionante como muchas guías de viaje afirman. El sonido de una moneda que se deja caer sólo puede ser reconocido como ese sonido de la mitad para abajo de las filas de asientos [7].

Mito: La acústica de la sala solo es importante en espacios grandes orientados al rendimiento

Primero tenemos que preguntarnos "¿Por qué es importante la acústica?". La acústica se asocia comúnmente con salas de conciertos, estudios de grabación y salas de conferencias. En estos recintos la acústica es un aspecto crítico, pero una buena acústica de sala también mejora el bienestar de las personas, aumenta la productividad en el trabajo, mejora el aprendizaje en la escuela y reduce el tiempo de recuperación en los hospitales. Creo que la mayoría de las personas pueden relacionarse con espacios incómodamente ruidosos como  restaurantes, clases de spinning o incluso en su propio salón. Por lo tanto, es esencial buscar mejorar el entorno acústico en cada sala donde vivimos, dormimos, trabajamos, sanamos y pasamos nuestro tiempo libre.

Mito: Simplemente añade alfombras y cortinas para tener un buen sonido en tu hogar.

Mejorar la acústica de las habitaciones en casa puede significar un ambiente más agradable y un mayor disfrute cuando se quiere ver películas en televisión, escuchar música en la radio o simplemente cenar con amigos o familiares. Pero, por ejemplo, poner una alfombra y cortinas en tu salón no es una solución acústica completa. Esto se debe a la limitada superficie y a sus propiedades bajas de absorción de sonido en comparación con una solución de techo acústico. Existen múltiples diseños de techos acústicos de alta absorción de sonido para salas de estar para proporcionar una acústica óptima.

La complejidad de la acústica de salas

Los paneles de pared que absorben el sonido en combinación con un techo suspendido que cubra, a menudo son necesarios para cumplir con los requisitos acústicos. Si se pone esto en conjunto con la ciencia de la Acústica Arquitectónica, se ve como se está volviendo aún más complicado.

Me pregunto si Sabine sabía lo que empezó cuando se movía alrededor de todos esos cojines...

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