TESIS‘O... · CAPITULO I: Historia de teatros al aire libre Teatros griegos Teatros romanos...

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA Y ELECTRICA

UNIDAD PROFECIONAL “ADOLFO LOPEZ MATEOS”

DISEÑO ARQUITECTONICO DE UN TEATRO AL AIRE LIBRE

TESIS

QUE PARA OBTENER EL TITULO DE:

INGENIERO EN COMUNICACIONES Y ELECTRÓNICA

P R E S E N T A:

Reyes Cordero Ismael

A S E S O R E S:

M. en C. Sergio García Beristaín Dr. Pablo Roberto Lizana Paulín

MEXICO D.F FEBRERO 2012

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OBJETIVO: Diseñar de un teatro al aire libre con propiedades acústicas.

HIPOTESIS: Utilizando algunas propiedades acústicas y la simulación se puede diseñar un teatro al aire libre

RESUMEN: Por medio de la investigación de propiedades acústicas, ambientales y arquitectónicas con ayuda de simulaciones en computadora y experimentación se propone el diseño de un teatro al aire libre con atributos acústicos y de localización para una buena acústica así como de materiales y analizar si es posible su construcción y una propuesta de su posible ubicación en la ciudad ya que por el ruido generado por la propia ciudad no es muy adecuado pero tendría un fácil acceso a toda la gente en comparación con una ubicación en el campo o en las orillas de la ciudad.

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DEDICATORIA

A MI FAMILIA

Esta tesis la dedico a mi familia por todo el apoyo que me brindaron durante

toda mi carrera y durante la realización de esta tesis, así como la confianza que

me brindaron todo este tiempo. GRACIAS

A MIS PROFESORES

Le agradezco al mis profesores por darme las herramientas necesarias y la

formación correcta así como muy sabios concejos.

INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL ESIME ZACATENCO “ACUSTICA” IRC

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INDICE Introducción.

CAPITULO I: Historia de teatros al aire libre

Teatros griegos Teatros romanos Transformación del teatro a auditorio Teatros en recintos cerrados Conchas acústicas

Criterios de diseño de la concha acústica Definición de la forma de la concha acústica Estructura de la concha acústica

CAPITULO ll: Características de diseño

Propagación del sonido en el aire libre Efecto del viento en la propagación del sonido Efecto de la temperatura en el aire para la propagación del sonido Absorción del sonido en el aire. Propagación del sonido sobre superficies absorbentes. Efectos de las nubes y la niebla en la propagación del sonido. Diseño de teatros al aire libre Coraza de la orquesta.

CAPITULO III: Características arquitectónicas

Escaleras Gradas Visuales Proporciones de la sala de espectadores Proporciones de la sala de espectadores clásica La anchura de la sala de espectadores Viento

CAPITULO IV: Diseño

Tipo de material

Ubicación del teatro al aire libre

Desarrollo

RABIT2D

Visuales

Diagrama acústico (corte lateral)

Proporciones de la sala de espectadores

Diagramas acústicos (planos)

Propuesta final

Propuesta de ubicación

Características del terreno

Cálculos en base a la NOM-081-ECO-1994

Barreras de concreto armado y vegetación Características técnicas

Ubicación final

Conclusiones

Bibliografía


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INTRODUCCIÓN

El diseño de un teatro al aire libre es un espacio para las representaciones teatrales y las ejecuciones musicales. Estos recintos, que se desea que sean para varios usos, presentan problemas de tipo acústico, arquitectónico y climático que se tratan de solucionar en el diseño.

a) El ruido ambiental, b) La atenuación del sonido con la distancia. c) Sonido en la atmosfera d) Dimensiones óptimas

El ruido ambiental en el entorno de un teatro al aire libre no va a ser generalmente, reducido. Para facilitar la llegada de los asistentes a los eventos que en él vaya a realizarse, suelen planificar la ubicación de estos recintos en lugares de fácil acceso, lo que suele equivaler a fácil acceso en automóvil. Esto hace que se lleve el ruido de tráfico hasta los límites mismos del teatro.

El sonido al propagarse van reduciendo su intensidad a medida que se alejan de la fuente sonora. Es por eso que se refuerza la fuente sonora con una concha acústica; Así como el grado de inclinación para una óptima observación de los asistentes, que a su vez debe de ser funcional acústicamente. Los problemas acústicos relacionados con el diseño de los teatros al aire libre pueden ser completamente asociados, y pueden ser resueltos de mejor manera si se han entendido los factores que afectan la propagación del sonido en la atmósfera. Las dimensiones óptimas para la propuesta del diseño se desarrollan a través de opciones arquitectónicas de visión, de gradas y espacios para actores, orquesta y espectadores, así como de la concha acústica, todo en primer plano se hizo analógicamente por medio de dibujos y modelos a escales y algunos experimentos analógicos, para después modificarlos y ajustarlos digitalmente por medio del programa RABIT2D.


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CAPITULO I: HISTORIA DE TEATROS AL AIRE LIBRE En el espacio libre, el único sonido que se propaga desde la fuente sonora hasta el receptor, es el sonido directo. El nivel de presión sonora asociado al mismo disminuye 6 dB cada vez que se dobla la distancia a la fuente. Según experimentos llevados a cabo por Knudsen, la máxima distancia a la que puede ser oído un mensaje oral emitido en una zona extremadamente silenciosa (con ausencia total de viento) es de 42 m en la dirección frontal del orador, de 30 m lateralmente y de 17 m en la dirección posterior. A distancias superiores, el mensaje deja de ser inteligible, con independencia del lugar elegido para llevar a cabo la experiencia. La reducción tan significativa de la máxima distancia a medida que la dirección considerada se aleja de la dirección frontal se debe a las características direccionales de la voz huma

TEATROS GRIEGOS En los teatros clásicos griegos se alcanzaban distancias sustancialmente mayores que las anteriormente mencionadas. En concreto en el teatro de Epidauro, Grecia (Figuras 1.1 y 1.2), construido alrededor del año 300 a.C. y actualmente conservado en buen estado, el asiento más alejado se hallaba a 70 m del escenario y la inteligibilidad en dicho punto era sorprendentemente buena. Fig. 1.1 Teatro de Epidauro (Grecia)

Fig. 1.2 Teatro de Epidauro, Grecia (sección longitudinal en perspectiva)


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La explicación de tal circunstancia radica principalmente en el hecho de que el teatro se hallaba ubicado en una zona con un ruido ambiental extremadamente bajo y que, además, el sonido directo que llegaba a cada punto se veía reforzado por la existencia de primeras reflexiones (retardo máximo de 50 ms respecto a la llegada del sonido directo). Tales reflexiones se generaban en la plataforma circular altamente reflectante situada entre el escenario y las gradas, denominada “orquesta” (Figura 1.3).

Fig. 1.3 Teatro de Epidauro, Grecia (planta)

Desde un punto de vista teórico, la existencia de una única primera reflexión generada por una superficie totalmente reflectante produce un incremento de 3 dB en el nivel de presión sonora, ya que la energía sonora se dobla. Ello da lugar a un factor de aumento neto de la distancia límite de audición de √2. Por lo tanto, debido a dicha circunstancia, la distancia límite en la dirección frontal del actor pasaría a ser del orden de 60 m (√2 x 42 m). Ahora bien, la consideración de la reflexión producida por la pared posterior del escenario y las máscaras utilizadas por los actores, que probablemente desempeñaban una función acústica al actuar a modo de megáfono por delante de su boca, justifican el hecho de alcanzar los mencionados 70 m. En la Figura 1.3 se observa que la forma típica de abanico de los teatros griegos abarcaba, en este caso, un arco de 210°. Ello implica que tanto la visibilidad como las condiciones acústicas en las zonas situadas a ambos extremos de la plataforma circular eran claramente menos favorables que en las zonas restantes. Dichas localidades se reservaban para los extranjeros, para los espectadores que llegaban tarde a la representación y para las mujeres. Otra característica distintiva de los teatros griegos era la pronunciada pendiente de sus gradas, normalmente entre 20° y 34°. Estos elevados valores eran beneficiosos, tanto para conseguir buenas visuales desde todos los puntos de las gradas como

β. Concretamente, en el teatro de Epidauro, el círculo interior presentaba una pendiente de 26,2°, el anillo exterior de 26,5°, mientras que el ángulo β diversas reflexiones sobre la plataforma circular era siempre mayor que 5°. Ello era posible debido a que la altura del escenario no superaba los 3,5 m (Figura 1.4). El teatro de Epidauro acomodaba del orden de 14.000 espectadores, es decir, unas diez veces la capacidad de los mayores teatros actuales.


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Fig. 1.4 Teatro de Epidauro (Grecia): ángulos de incidencia del sonido directo (α) y del sonido reflejado (β) TEATROS ROMANOS Siguiendo con los ejemplos de teatros clásicos al aire libre, los teatros romanos diferían de los teatros griegos en varios aspectos significativos. Por detrás del escenario existía una pared muy elevada, repleta de elementos de decoración muy elaborados, conocida con el nombre de “scenae frons”. La zona denominada “orquesta” tenía una forma semicircular, al igual que las gradas de público, y estaba generalmente ocupada por los senadores. Ello exigía que la altura del escenario fuese inferior a la de los teatros griegos a fin de que la visión desde dicha zona fuera correcta y, además, impedía que la misma actuase como superficie generadora de primeras reflexiones hacia los espectadores debido a la absorción acústica propia de los senadores. Dicha altura era del orden de 1,5 m. Así pues, con objeto de mantener unas condiciones de óptima inteligibilidad en todos los puntos, resultaba imprescindible reducir las dimensiones en relación con las de los teatros griegos y, al mismo tiempo, garantizar la existencia de una elevada pendiente de las gradas (habitualmente, entre 30° y 34°). Un ejemplo de teatro romano bien conservado lo constituye el teatro de Aspendus, Turquía (Figuras 1.5 y 1.6). La capacidad del mismo era de 6.000 espectadores, mientras que la distancia entre el escenario y el asiento más lejano era de 53 m. Efectivamente, ambos valores son apreciablemente más bajos que los correspondientes al teatro griego de Epidauro. Por otra parte, cabe destacar el hecho de que en éste y en otros teatros romanos existía una lona que protegía a los espectadores de los rayos del sol. Si bien este material es medianamente reflectante, se puede considerar que su presencia no daba lugar a la aparición de reverberación. En cambio, si la lona hubiese cubierto la totalidad del teatro, la reverberación habría sido tan elevada que habría impedido su uso como teatro debido a la considerable pérdida de inteligibilidad.


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Fig. 1.5 Teatro de Aspendus, Turquía (sección longitudinal en perspectiva)

Fig. 1.6 Teatro de Aspendus, Turquía (planta)


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TRASFORMACIÓN DEL TEATRO A AUDITORIO

Teatros en recintos cerrados La situación cambia radicalmente cuando se trata de recintos cerrados. Si bien el grado de inteligibilidad depende igualmente de la relación entre la señal útil recibida (sonido directo y primeras reflexiones) y el ruido de fondo, son las características de este último las que difieren por completo de las del ruido ambiental existente al aire libre. En efecto, se puede considerar que el ruido de fondo asociado a un espacio cerrado tiene dos componentes: la primera es debida al ruido producido por el sistema de climatización y demás instalaciones eléctricas y/o hidráulicas, así como al ruido proveniente del exterior (por ejemplo, el ruido de tráfico), mientras que la segunda va asociada al nivel de campo reverberante (o sonido reverberante) existente en la sala. En cuanto a la primera, el nivel máximo recomendado de ruido de fondo se fija mediante la curva NC, mientras que la segunda depende del volumen del recinto y de los materiales utilizados como revestimientos de sus superficies internas. El diseño de un recinto con un volumen excesivo y/o utilizando materiales con una absorción acústica insuficiente da lugar a valores excesivos del tiempo de reverberación. El mencionado diseño, incorrecto desde un punto de vista acústico, se traduce en un elevado nivel de campo reverberante, lo que es causa de una pérdida de inteligibilidad de la palabra. El paradigma de los recintos donde la comprensión del mensaje hablado es pésima (exceptuando los puntos cercanos al orador y a los altavoces) por causa de su gran volumen y la ausencia de materiales absorbentes.

En cambio, en un espacio de dimensiones reducidas, como por ejemplo una sala de estar doméstica, el tiempo de reverberación es siempre bajo y, por lo tanto, la inteligibilidad es habitualmente buena. Por lo tanto, la condición necesaria para conseguir una buena inteligibilidad en todos los puntos de un recinto cerrado es que su volumen sea limitado. Ello significa que su aforo tiene que ser mucho más reducido que el correspondiente a los teatros clásicos antiguos al aire libre. Por otra parte, la existencia de superficies reflectantes generadoras de primeras reflexiones hacia la zona de público produce un incremento de la energía de la señal útil, ya que dichas reflexiones son integradas por el oído humano y, en consecuencia, su percepción no es diferenciada respecto al sonido directo. Ello supone un aumento de inteligibilidad y de sonoridad. En cuanto al sonido reverberante, aparte de constituir una de las dos componentes del ruido inherente a un recinto cerrado, produce un efecto beneficioso al contribuir a un aumento de la sonoridad en todos sus puntos.


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CONCHAS ACÚSTICAS

Una concha acústica es una cámara de conciertos desmontable que sirve para albergar

representaciones sinfónicas y que se instala en la caja escénica.

El conjunto de la concha está formado por paredes laterales, pared de fondo y techo realizados en

material reflector acústico, y que se dispone alrededor de la orquestra. Estos elementos deben de

ser oblicuos entre sí, en ángulos cuidadosamente definidos, de modo que garantice los niveles de

reflexión y reverberación adecuados, generando, al mismo tiempo, un sonido más limpio y

compacto hacia el público y los músicos.

Las conchas acústicas deben de permitir distintas configuraciones de acuerdo con la formación de

la orquestra. Cuando no son utilizadas no deben entorpecer el buen funcionamiento de la caja

escénica figura 1.7.

Fig. 1.7 Imagen representativa de una sala con concha acústica (lado derecho) y sin concha acústica (lado derecho).

Criterios de diseño de la concha acústica Cuando existe caja de escenario habitualmente las paredes laterales y techo de la misma no son útiles para crear primeras reflexiones importantes hacia los músicos a causa de la excesiva distancia entre dichas superficies y la orquesta. Por otra parte, la existencia de la caja va normalmente asociada al carácter multifuncional de la sala. La presencia de bambalinón, bambalinas, patas y demás elementos propios de la utilización de la sala como teatro dificulta aún más la generación de primeras reflexiones útiles. En tal caso, es necesario diseñar una estructura desmontable a base de superficies reflectantes y rígidas capaces de generar tales reflexiones. Es la denominada concha acústica (Figura 1.8).


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La concha acústica debe diseñarse de tal manera que su volumen forme parte del mismo espacio acústico que la sala. Si actúa como un espacio completamente independiente, los músicos experimentarán una falta de contacto con la sala. Desde un punto de vista objetivo, el valor de EDTmid en el escenario no debe ser nunca inferior al 70% de los valores correspondientes a la sala. Por otra parte, una concha demasiado pequeña puede llegar a provocar un exceso de energía de primeras reflexiones, con lo cual los músicos tenderán a tocar de una forma demasiado suave. Por contra, un exceso de volumen puede suponer un alejamiento de las paredes y del techo de la concha de la zona reservada a los músicos, reduciéndose la efectividad de la misma. Resulta, pues, evidente que en cada caso será preciso alcanzar el punto de equilibrio óptimo.

Fig. 1.8 Concha acústica del Teatro Victoria Eugenia (San Sebastián, España)


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CAPITULO ll: CARACTERÍSTICAS DE DISEÑO

PROPAGACIÓN DEL SONIDO EN EL AIRE LIBRE Los problemas acústicos asociados con el diseño de los teatros al aire libre pueden ser completamente asociados, y pueden ser resueltos de mejor manera si se han entendido los factores que afectan la propagación del sonido en la atmósfera. En este caso, observamos que la presión sonora de ondas esféricas que se originan en una fuente puntual disminuye en razón inversa con la distancia de la fuente, por lo que la diferencia de nivel de presión acústica entre dos puntos cuya distancia de la fuente son D1 y D2 se da por

Diferencia= 20 log

dB

Por lo tanto, hay una caída de 6 dB por cada duplicación de la distancia de la fuente, o una caída de 20 dB para cada incremento de diez veces de la distancia. Las variaciones de viento y de temperatura en la atmósfera pueden modificar en gran medida la distribución de la energía cerca de la fuente del sonido por la reflexión de los rayos del sonido desde sus caminos usuales rectilíneos. Estos efectos en la propagación del sonido así como las propiedades de absorción del aire mismo y la influencia de la absorción del sonido en las superficies en el campo del sonido son discutidos en los siguientes párrafos de esta sección. EFECTO DEL VIENTO EN LA PROPAGACIÓN DEL SONIDO

La velocidad del sonido en aire calmado, a una temperatura dada, es constante y equivalente a 344,2 m/s a 20°C. Si deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarla mediante la siguiente conversión física:

Velocidad del sonido en el aire (km/hr) = (343m /1s)*(3600s/1hr)*(1km/1000m) Velocidad del sonido en el aire = 1.234,8 km/h.

En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s.

Si el aire esta en movimiento o si la temperatura cambia, la velocidad del sonido puede ser alterada. La velocidad del sonido en la dirección del viento es equivalente a la velocidad del viento más la velocidad del sonido en aire calmado. En todos los casos de la propagación del sonido en aire en movimiento la velocidad del vector del sonido con respecto a un objeto del resto de la tierra es igual a la suma del vector de la velocidad del sonido en aire tranquilo y la velocidad del viento.

http://es.wikipedia.org/wiki/Metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Segundo_(unidad_de_tiempo)

http://es.wikipedia.org/wiki/Kil%C3%B3metro

http://es.wikipedia.org/wiki/Hora


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Supongamos que el viento está soplando pasando la fuente del sonido como se muestra en la Figura 2.1. Después, desde la velocidad del viento es generalmente más lento en la superficie de la tierra e incrementa a elevaciones más altas por encima de la superficie, lo normal es que el frente de la onda del sonido que viaja contra el viento es inclinado más y más fuera de la tierra.

Fig. 2.1 Efecto de la dirección del viento en la propagación de los rayos de sonido. (Es exagerada

la escala vertical)

En consecuencia, las porciones superiores de las ondas del sonido que viajan con el viento son reflejadas hacia abajo y contribuyen al flujo de la energía del sonido cerca de la superficie de la tierra, así que intensificando el sonido cerca de la tierra y facilitando la propagación del sonido a grandes distancias en dirección del viento. Por otro lado, las porciones superiores de ondas que viajan contra el viento son relativamente retardadas, es por ello que estas ondas son reflejadas hacia arriba del nivel plano. Por lo tanto se hace imposible la propagación del sonido a grandes distancias en contra de la dirección del viento. El viento tiene un efecto marcado en la distribución del sonido; la presión de la onda del sonido en dirección del viento a una distancia dada sobre un nivel plano equivalentes a diferentes tipos de presión a la misma distancia pero en contra de la dirección del viento. Si el viento tiene una dirección aproximadamente constante en una región en donde está siendo construido un teatro al aire libre, preferentemente pueden ser dados, otras cosas siendo equivalentes, a este sitio para el cual el viento generalmente sopla desde el escenario hasta la audiencia. Esta preferencia incrementa junto con la importancia del incremento del tamaño de un teatro al aire libre. EFECTO EN LAS DIFRENCIAS DE TEMPERATURA EN EL AIRE EN LA PROPAGACIÓN DEL SONIDO Se ha visto que en presencia del viento, la mejor condición para la propagación del sonido es aquella donde la porción superior de las ondas viaja más rápido que las porciones menores esto se logra inclinando el frente de la onda hacia abajo y aumentando el flujo de energía a lo largo de la superficie de la tierra.


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Una inclinación similar tiene lugar gracias a un grado de temperatura vertical en el aire.

Desde que la velocidad del sonido en viento tranquilo es dada por ( ), donde: Ps es la

presión atmosférica y p es la densidad, la velocidad es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura absoluta del aire. Por lo tanto, la velocidad de la porción superior de las ondas del sonido puede incrementar o disminuir con respecto a una posición menor como resultado de las diferencias de temperatura en la atmósfera. Supóngase que la temperatura del aire disminuye con la altitud por encima de la superficie de la tierra, como es más común que sea. Después de las porciones superiores de las ondas del sonido originadas, una fuente de sonido será retardada en relación con las porciones menores y en consecuencia, el frente de la onda puede ser inclinada hacia abajo como se muestra en la Figura 2.2.

Fig. 2.2 Efecto del gradiente de temperatura en propagación de los rayos de sonido disminuye la temperatura al aumentar la altitud (se ha exagerado la escala vertical)

Por otra parte, supongamos que la temperatura del aire incrementa con la altitud, como normalmente sucede por la superficie de la tierra justo después del atardecer o en cualquier condición meteorológica da un incremento en grados de temperatura invertidos. Después, las ondas superiores viajan más rápido que las inferiores y en consecuencia el frente de la onda se inclinará hacia abajo como se muestra en la Figura. 2.3. Fig.2.3 Efecto del gradiente de temperatura en la propagación de los rayos de sonido aumentando

la temperatura con aumento de la altitud (se ha exagerado la escala vertical) Bajo condiciones certeras de incrementos de temperatura con altitud, en una porción apreciable del origen del sonido en un punto de la fuente puede ser totalmente relejado por los estratos templados y superiores del aire.


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Es por esto que la presión de las ondas del sonido disminuye solo si la raíz cuadrada de la distancia es inversa. La disminución usual para una onda esférica en un espacio libre.

Estas condiciones generalmente son aproximadas en el aire por encima de un frío lago cuando es posible un día tranquilo para escuchar y entender conversaciones ordinarias a una distancia de 804.5m o más. Si un teatro al aire libre está situado dónde las disminuciones de temperatura junto con una subida de altitud, como son generalmente los teatros, la pendiente del área de los asientos puede ser imperceptible que la requerida en el aire homogéneo o en una región donde la temperatura del aire incrementa con la altitud. Si la pendiente del área de los asientos asciende más rápidamente que lo hacen los avanzados frentes de las ondas, todos los auditores en el teatro pueden ser bien elevados dentro del flujo de la energía del sonido y pueden recibir relativamente mayor cantidad de la energía del sonido que viene del escenario. Es deseable, al menos desde el punto de vista de los posibles efectos atmosféricos graduar el área de los asientos de un teatro al aire libre y la pendiente, excepto por el área de los asientos cerca del escenario, al menos 8 grados por encima del horizonte.

ABSORCIÓN DEL SONIDO EN EL AIRE. Como es bien conocido para todos los movimientos de ondas, incluido el sonido, se pierde parte de esta energía por la propagación a través de la variable media del aire. La atenuación del sonido es gracias a la viscosidad, conducción, radiación absorción molecular. La atenuación de las ondas el sonido tienen presiones ordinariamente asociadas con el diálogo y la música y dependen principalmente de la frecuencia de la onda del sonido, la humedad relativa y la temperatura. Las curvas en la Figura 2.4 muestran datos de la atenuación en un plano con onda del sonido en la atmósfera como una función de la humedad relativa a una temperatura de 20°C para varias frecuencias.

Fig. 2.4 La pérdida de atenuación de una onda plana que se propaga en la atmósfera. La pérdida se da en decibeles por cada 30.48m como una función de la humedad relativa en tanto por ciento.


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La atenuación incrementa con la temperatura, empieza a ser tanta como 16dB por 30.48m a 10,000 Hz en el caluroso aire del desierto y va despareciendo en el frío aire del invierno. Para aire de la misma humedad relativa y para temperaturas de entre 15.56°C y 26.67°C,las temperaturas usualmente encontradas en los teatros al aire libre la atenuación incrementa alrededor de 8% por cada incremento de 15°C en la temperatura. En una onda esférica, la disminución de la presión con el incremento de la distancia desde la fuente es gracias a la combinación de la atenuación y la divergencia de las ondas del sonido desde la fuente. Si r es la distancia desde la fuente y la amplitud de la presión es proporcional a (1/r) . La pérdida gracias a la divergencia nos hace perder 6dB por cada que se doble la distancia. Como un ejemplo en el uso de las curvas en la Figura 2.4 nos permitimos calcular la diferencia del nivel de sonido con atenuación en la atmósfera entre el frente y atrás del ruido de un teatro al aire libre que está separado por una distancia de 60.96 m. Supongamos que la temperatura del aire es de 20°C y la humedad relativa es de un 20%. Bajo estas condiciones la pérdida de un tono de 6000 Hz es de 5 dB por 30.48 m de la transmisión: o para una distancia de 60.96 m, la pérdida gracias a la atenuación sola es de 10 dB, de manera similar, los cálculos pueden ser hechos para otras frecuencias y para otras humedades, distancias y temperaturas. El estudio de las propiedades micro meteorológicas de la atmósfera revelan gran turbulencia especialmente cerca de la superficie de la tierra que ha sido golpeada por el sol. Los grados de temperatura de 15°C o más, ocurren varias veces por segundo, el viento siempre está cambiando, las convecciones mantienen al viento en constante agitación. El movimiento en el aire por partículas de humo o por pequeñas partes de papel revelan la turbulencia natural de la atmósfera. Sonidos con ondas de gran longitud no son tan influenciados por las propiedades micro meteorológicas de la atmósfera pero los sonidos con ondas de longitud pequeña son sujetos de fluctuaciones violentas. Se debe dar consideración a estos fenómenos de fluctuaciones cuando se va a seleccionar un sitio para un teatro al aire libre. En general cuando se selecciona un terreno relativamente uniforme (al menos con respecto a la absorción y la radiación) y a aquellos que no son sujetos de la exposición excesiva al sol se les debe dar preferencia, los demás aspectos pueden ser equivalentes. PROPAGACIÓN DEL SONIDO SOBRE SUPERFICIES ABSORVENTES. Es bien conocido que la aplicación de materiales que absorben el sonido para techos o paredes de un corredor como en un hospital es una efectiva forma de impedir la transmisión de ruido a lo largo del corredor. Similarmente, la aplicación de material absorbente en techos y paredes de un auditorio o la presencia de una audiencia o ambos impide la transmisión del sonido a todo el auditorio. Un efecto similar se puede apreciar escuchando un sonido que roza por encima de una cubierta con césped alto o nieve fresca, ambos son muy absorbentes. El sonido que ha viajado a una distancia considerable sobre una superficie absorbente es mucho menos disminuidle cerca de la superficie absorbente que si estuviera a solo unos metros de la superficie.


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En un teatro al aire libre grande con un nivel sobre el piso y una fuente del sonido situada a solo 609.6 m o 914.4 m del piso, la presión del sonido a 15.24 m o más de la fuente es mucho menos que el nivel de la audiencia de 914.4 m o 1.219 Km por encima de la audiencia; la audiencia absorbe extractos de la energía del sonido que vienen de la onda del sonido. Es claro que el nivel del sonido al alcance de la audiencia puede ser muy influenciado por la localización de la fuente del sonido y la pendiente del área de asientos. Con el fin de minimizar las pérdidas de la transmisión del sonido de una cinta, aquí se considera que la fuente puede ser elevada por encima de la audiencia y el área de asientos puede levantarse hacia la parte trasera.

EFECTOS DE LAS NUBES Y LA NIEBLA EN LA PROPAGACIÓN DEL SONIDO. Cuando una onda de sonido atraviesa una nube o un banco de niebla, la mayoría de la energía del sonido es refractada (con un ligero cambio de dirección) dentro de la nube o la niebla, y solo una pequeña porción de la energía del sonido es refractada. Si de alguna forma, la onda de sonido atraviesa alguna nube o neblina incidentemente, la onda de sonido puede ser totalmente refractada, en este caso la dirección de la propagación de la onda de sonido puede ser alterada notoriamente. Esto no ocurre a menudo, pero es un actor importante que se debe tomar en cuenta en los teatros al aire libre. DISEÑO DE TEATROS AL AIRE LIBRE El diseño de un teatro al aire libre puede incluir: (a) una selección cuidadosa del lugar en el que se va a situar. (b) el diseño de una coraza apropiada para la orquesta. Y (c) el uso de un sistema de amplificación de sonido, especialmente para 600 o más asistentes. Se recomienda que los teatros que sean usados para producciones dramáticas tengan un sistema de sonido estereofónico con el fin de reproducir el sonido con estas propiedades especiales y así poderlo distribuir de forma más natural que si solo se tuviera un sistema de amplificación de sonido de un solo canal. La selección del sitio para un teatro al aire libre puede ser basada en modelos topográficos, meteorológicos y propiedades acústicas en todos los lugares disponibles. Un lugar con el menor ruido posible es ideal para las consideraciones acústicas de la selección del sitio. Puede ser alejado de las arterias en las que hay mucho tráfico, en aire y tierra. Puede ser situado en pendientes naturales a los alrededores de una colina, en un terraplén artificial, o en un denso arbolado: y podría estar libre de vientos que tengan velocidades a más de 16.093 Km por hora. Este tipo de reconocimientos de ruido se pueden hacer en todos los sitios propuestos para determinar no solo el promedio del nivel de ruido si no también la desviación estándar, los niveles mínimos y máximos de ruido, la frecuencia y los tiempos en que ocurren estos máximos. Con el fin de seleccionar el lugar adecuado el promedio del nivel de ruido no debe exceder 40 dB, la desviación estándar debe ser pequeña, y el sitio debe estar libre de ruidos grades ocasionales. Si estos disturbios ocasionales tienen niveles de sonido tan altos como 60 dB, como frecuentemente son, y si estos ocurres 2 o tres veces por hora, el sitio es indeseable. Un lugar en el que no se escucha el ruido del tráfico, de los aviones o de un tren, es un sitio deseable.


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La pendiente del área de asientos no puede ser menos de 12° con el fin de proveer a todos los auditores la corriente de sonido. La capacidad de los asientos para 600 personas puede ser considerado como por encima del límite del tamaño cuando el teatro no está equipado con un sistema de amplificación de sonido y es usado principalmente para el drama hablado, si todos los auditores pueden escuchar sin un excesivo esfuerzo y los actores hablan sin esfuerzo. Esto corresponde a una máxima profundidad de 22.86 m y una anchura máxima de 25.908 m. Si los teatros al aire libre son diseñados para acomodar una audiencia tan grande como el mismo, es probable que los auditores en esta área experimenten dificultades para escuchar el espectáculo y los hablantes levanten la voz y hablen con deliberada claridad. Los teatros al aire libre son generalmente usados para música pueden ser más grandes que los planeados para representaciones dramáticas, principalmente por el poder acústico de los instrumentos musicales. En adición, cuando escuchamos un diálogo, para una buena inteligibilidad, uno debe ser capaz de escuchar pequeñas porciones del sonido (las consonantes no pronunciadas). Este no es un requerimiento primordial para disfrutar del programa de música. Por supuesto, si la calidad del sistema de amplificación de sonido empleado es alta, el teatro no representará limitaciones en cuanto al tamaño. Los disturbios que en ocasiones enmascaran el diálogo o la música son el ruido de las pisadas o los rayones de estas. Estos factores pueden ser atenuados con los tratamientos aislantes apropiados. En climas templados un buen grado de superficie de fibra puede ser bueno. Esto provee de confortable y segura superficie para caminar. Existen instalaciones a las cuales una cubierta de fibra resulta inservible y puede ser utilizado otro tipo de superficie. Las Figuras 2.5 y 2.6 muestran un diseño de teatro al aire libre. El teatro es diseñado para albergar a 200 personas, que es el límite práctico en donde se puede escuchar el diálogo satisfactoriamente sin el uso de un sistema de amplificación de sonido. Y se asume que este teatro puede ser usado en representaciones dramáticas y por lo tanto con un sistema estereofónico; nótese los dos hablantes, uno de lado de la coraza de la orquesta Figura 2.6.


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Fig. 2.5 Plan para un teatro al aire libre diseñado para una buena acústica

Fig. 2.6 Plan para el depósito Orquesta para el teatro al aire libre de fig. 2.5


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CORAZA DE LA ORQUESTA. Existen dos razones principales por las cuales hacer una coraza de la orquesta en un teatro al aire libre. Primero, el poder de una coraza bien construida, incrementa el promedio del nivel de sonido a través del teatro y provee una distribución uniforme de la presión del sonido alrededor de toda el área de asientos. Segunda, la coraza permite que los hablantes se escuchen entre ellos claramente. Los músicos encuentran la calidad deseable, de hecho, sin ella, los músicos no pueden tocar al unísono o con un balance perfecto. El diseño de la coraza debe ser coordinado con las otras necesidades, como los requerimientos de espacio, la iluminación, y el equipo de amplificación de sonido. La coraza más simple refleja altamente en paredes verticales directamente detrás del escenario, como una pared puede doblar aproximadamente la intensidad de la proyección del sonido a la audiencia. Hay mucho más que decir a favor de estas corazas (especialmente para teatros muy pequeños) principalmente porque es mayormente libre desde los efectos de direcciones y es enteramente libre de la acción de conversión. En consecuencia, los instrumentos musicales usados desde un punto como fuente de sonido, pueden ser reforzados equitativamente en todas las direcciones, en frente de la pared y cerca del flujo de la energía del sonido que puede ser dirigida a cualquier parte de la audiencia. El piso del escenario puede ser elevado y el piso del auditorio puede tener una pendiente hacia la parte trasera y se pueden permitir otros requerimientos. La suma de tener paredes verticales en la coraza da refuerzos adicionales pero también hace la coraza más dirigible. Si se emplean paredes pueden no ser paralelas desde la superficie (como era usado en los teatros griegos) y permite que las ondas del sonido se relejen detrás y entre ellas. Estas reflexiones múltiples son indeseables porque provocan un eco cuando las paredes paralelas son lisas y esto impone serias limitaciones al momento de situar micrófonos.


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El uso de superficies convexas incorporadas a la coraza ayuda a dar una distribución no direccional para difundir el sonido a través del área de asientos; estas son deseables especialmente cuando se usa amplificación del sonido. Un ejemplo de una coraza de este tipo se muestra en la Figura 2.7 especialmente atractivo por la simplicidad y libertad de los efectos de foco. Si el área de los asientos está inclinada o si el escenario es muy grande, algunas partes de la coraza podrían estar algo alejadas de los actores. Algunas pérdidas de reflexión pueden ser posibles. Esta dificultad se puede observar añadiendo bandas de reflexión interiores detrás del reflector y después poniendo la parte trasera del reflector en el mismo ángulo. Una fotografía de este tipo de coraza se muestra en la Figura 2.8

Fig.2.7 Ejemplo de concha acústica Band Shell (Wm. A. Ganster, Architect)

Fig 2.8 Foto de tipo de concha acústica Band shell (Alden B. Dow, Architect.)


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CAPITULO III: CARACTERÍSTICAS ARQUITECTÓNICAS

ESCALERAS

En las edificaciones de uso público en donde las escaleras constituyen el único medio de comunicación entre los pisos, deben estar adaptadas para su uso por personas con discapacidad y de la tercera edad. Para ello las escaleras deben cumplir al menos con las siguientes especificaciones: barandal con pasamanos en ambos lados, cambio de textura en piso en el arranque y a la llegada de la escalera, pisos firmes y antiderrapantes y contraste entre huellas y peraltes.

Las escaleras y escalinatas contarán con un máximo de 15 peraltes entre descansos;

III. El ancho de los descansos debe ser igual o mayor a la anchura reglamentaria de la escalera;

IV. La huella de los escalones tendrá un ancho mínimo de 0.25 m; la huella se medirá entre las proyecciones verticales de dos narices contiguas;

V. El peralte de los escalones tendrá un máximo de 0.18 m y un mínimo de 0.10 m excepto en escaleras de servicio de uso limitado, en cuyo caso el peralte podrá ser hasta de 0.20 m;

VI. Las medidas de los escalones deben cumplir con la siguiente relación: “dos peraltes más una huella sumarán cuando menos 0.61 m pero no más de 0.65 m”;

VII. En cada tramo de escaleras, la huella y peraltes conservarán siempre las mismas dimensiones;

VIII. Todas las escaleras deben contar con barandales en por lo menos en uno de los lados, a una altura de 0.90 m medidos a partir de la nariz del escalón y diseñados de manera que impidan el paso de niños a través de ellos, sin menoscabo de lo establecido en la fracción I;

IX. Las escaleras ubicadas en cubos cerrados en edificaciones de cinco niveles o más tendrán puertas hacia los vestíbulos en cada nivel.

X. Las escaleras de caracol se permitirán solamente para comunicar locales de servicio y deben tener un diámetro mínimo de 1.20 m. Se permitirán escaleras de caracol en el interior de viviendas, siempre y cuando tengan un diámetro mínimo de 1.80 m;

XI. Las escaleras de tramos de trazo curvo o compensadas deben tener una huella mínima de 0.25 m medida a 0.40 m del barandal del lado interior con un peralte de los escalones de un máximo de 0.18 m y una anchura mínima de la escalera de 0.90 m.

La dimensión mínima de las escaleras en edificaciones de entretenimiento, recreaciones sociales y deportivas es de 1.20m.


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GRADAS

Las gradas en las edificaciones para deportes y teatros al aire libre deben cumplir con las siguientes disposiciones:

a) El peralte máximo será de 0.45 m y la profundidad mínima de 0.90 m, excepto cuando se instalen butacas sobre las gradas, en cuyo caso se ajustará a lo dispuesto en las fracciones que anteceden;

b) Debe existir una escalera con anchura mínima de 0.90 m por cada 9.00 m de desarrollo horizontal de gradería, como máximo; y

c) Cada 10 filas habrá pasillos paralelos a las gradas, con anchura mínima igual a la suma de las anchuras reglamentarias de las escaleras que desemboquen a ellas entre dos puertas o salidas contiguas.

VISUALES Uno de los objetivos prioritarios en un teatro o en una sala de conciertos es que el sonido directo que llega a cada espectador no sea obstruido por los espectadores situados delante de él. Este requerimiento se cumple si existe una buena visibilidad del escenario. El diseño de las visuales en una sala se basa en la siguiente consideración: los ojos se hallan, como promedio, 100 mm por debajo de la parte más elevada de la cabeza. Por lo tanto, la inclinación del suelo debe ser tal que permita el paso de la visual por encima de la cabeza del espectador situado en la fila inmediatamente anterior. Figura. 3.1.

Fig. 3.1 Diseño de visuales (R es el punto de referencia)

La ubicación del punto de referencia R en el escenario condiciona el resultado final. Habitualmente, para los asientos de platea R se suele situar a una altura entre 0,6 y 0,9 m del suelo correspondiente a la parte anterior del escenario, mientras que para las localidades del anfiteatro se sitúa directamente sobre el suelo de dicha zona.

3.1 (continua)


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Este criterio da lugar a una inclinación del suelo de la sala en forma de línea curva de manera que la pendiente aumenta progresivamente. Idealmente, para conseguir que el ángulo de visión ε en cualquier punto de la sala sea constante, suponiendo que la fuente sonora S está ubicada en un punto concreto del escenario, es preciso que el perfil del suelo verifique la siguiente expresión analítica (Figura 3.2):

φ = εln(r/r0)

Donde: φ = ángulo formado por la línea de unión entre la fuente sonora S y un punto P de la fila de asientos considerada, y la línea de unión entre dicha fuente y el punto de inicio O de la pendiente ε = ángulo de visión ln = logaritmo neperiano r = distancia de la fuente S al punto P r0 = distancia de la fuente S al punto de inicio O La curva generada a través de dicha expresión se denomina espiral logarítmica.

Fig. 3.2 Curva teórica necesaria para conseguir un ángulo de visión ε constante

Según se observa en el gráfico anterior, el ángulo de visión ε coincide con el ángulo de incidencia del sonido directo. En la práctica, la anterior línea curva teórica se aproxima por dos o más rectas con diferentes pendientes, debido a que la normativa vigente impide la utilización de escalones de altura progresivamente creciente. De todas formas, conviene tener presente que entre los requerimientos visuales y acústicos existe una diferencia básica: si el ángulo de visión es adecuado, no se puede conseguir ninguna mejora de visuales por el hecho de aumentar el valor de ε. En cambio, un cierto incremento de ε produce unas condiciones de escucha más favorables. En concreto, es preciso dar una inclinación al suelo hasta conseguir que el ángulo formado por el rayo directo y el plano del público sea mayor que 15° (27%).


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Fig.3.1

PROPORCIONES DE LA SALA DE ESPECTADORES

Dependen del ángulo psicológico de percepción y del ángulo visual de los espectadores, por ejemplo, de la exigencia que exista una buena visión del escenario desde todas las plazas.

1. Buena visibilidad, sin mover la cabeza, pero girando los ojos ligeramente, aprox. 30°.

2. Buena visibilidad, sin mover la cabeza, pero girando los ojos ligeramente, aprox. 60° Figura. 3.1.

3. Máximo ángulo psicológico de percepción sin mover la cabeza: aprox. 110°, es decir, que en este ángulo aún se perciben todos los acontecimientos en el ángulo visual. Más allá de este campo resultan inseguridades, porque algo queda fuera del campo visual.

4. Moviendo la cabeza y la espalda se puede llegar a tener un campo perceptivo de 360°.

PROPORCIONES DE LA SALA DE ESPECTADORES CLÁSICA

(Operas, teatros de tres sectores, teatros tradicionales) Figura.3.1. La separación de la última fila hasta la boca del escenario no debe superar: 24 m en los teatros (máxima distancia a la que aún se reconoce una persona), 32 m en las óperas (aún se distinguen los movimientos).

LA ANCHURA DE LA SALA DE ESPECTADORES

Está en función de que los espectadores sentados en los extremos laterales puedan ver el escenario Figura. 3.2. Son posibles muchas variaciones, las proporciones agradables y, en parle, las buenas condiciones acústicas de los teatros clásicos de los siglos XVIII y XIX se basan en reglas de proporciones especiales Figura. 3.3 y 3.4.


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Fig.3.2

Fig. 3.3 Fig.3.4


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CAPITULO IV: DISEÑO TIPO DE MATERIAL Entre las tantas características técnicas que posee la piedra, nos encontramos aquellas relacionadas con la acústica y la absorción del sonido. La piedra caliza sigue teniendo especificaciones que hacen su uso exclusivo para determinadas obras. En la antigua Grecia ya pusieron en práctica estas propiedades en la construcción de espacios dedicados a la música, un ejemplo de ello es el Teatro de Epidauro, del siglo IV a. d C. convirtiéndose en teatro modelo debido a su espectacular tratamiento del sonido. Muchos han sido los que han estudiado esta obra arquitectónica buscando el motivo de esta magnífica sonoridad, hasta que finalmente en el 2007 científicos del Instituto de Tecnología de Georgia descubrieron que el secreto se escondía en los asientos, realizados en piedra caliza. Las filas de asientos de Epidaurus forman un filtro acústico eficiente que silencia los ruidos de fondo de baja frecuencia, como el murmullo de una multitud, y refleja los sonidos de alta frecuencia de los intérpretes sobre el escenario, de un modo que permite que las voces de los actores lleguen hasta la última fila del teatro Figura 4.1.

Fig. 4.1 Teatro de Epidauro, del siglo IV a. d C. Antigua Grecia

https://lh5.googleusercontent.com/-PdSNr1Nk5ok/TWy3ATZLx3I/AAAAAAAAAJk/oYWEV7N4K88/s1600/Teatro_de_Epidauro.jpg


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Otro de los resultados que nos da la acústica que ofrece la piedra caliza es la leyenda de La Oreja de Dionisio originada alrededor del tirano del mismo nombre. Llaman oreja a una cueva artificial de caliza cavada en la colina de las Temenitas en la ciudad de Siracusa, en la isla de Sicilia. Dice la leyenda que Dionisio usaba esta cueva con forma de oreja humana como prisión para los disidentes. Por medio de su perfecta acústica podía escuchar a escondidas los planes y secretos de sus cautivados, Figura 4.2.

Fig. 4.2 La Oreja de Dionisio, cueva artificial de caliza cavada en la colina de las Temenitas Las características sonoras de la caliza siguen presentes en muchas de las construcciones que permanecen en la actualidad y que dan uso para fines musicales. Son muchas las grabaciones realizadas en castillos donde la piedra ha sido parte de sus elementos edificativos o incluso conciertos realizados en las mismas canteras de piedra caliza donde se pueden percibir en primera persona la sonoridad reflejada en sus paredes. Propiedades Acústicas de la piedra caliza (Coeficientes de absorción)

Frecuencia Hz 125 250 500 1000 2000 4000 NRC

Coef. Ads. α 0.010 0.010 0.010 0.020 0.020 0.010 0.020

0

0.01

0.02

0.03

125 250 500 1000 2000 4000

Coeficiente de absorcion

Coeficiente de absorcion

https://lh4.googleusercontent.com/-ZU_TSfrAVk4/TWy3KPlX-tI/AAAAAAAAAJo/Jiq6myUvYiU/s1600/La_oreja_de_Dionisio.JPG


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UBICACIÓN DEL TEATRO Debe elegirse el lugar más favorable y saludable para el teatro. Durante la estancia, los espectadores permanecen sentados mucho tiempo, y sus cuerpos, al mantenerse quietos, dejan los poros abiertos por donde va penetrando el aire, que, sí procede de lugares pantanosos o

insalubres, introduce dentro de los cuerpos corrientes nocivas.

Por tanto, se elegirá con todo cuidado el lugar destinado para el teatro y se evitarán así tales inconvenientes e incomodidades. También debe ponerse especial cuidado en su orientación, de modo que no se vea castigado por el viento que procede desde el mediodía, pues a pleno sol sus rayos llenan por completo el perímetro del teatro y el aire encerrado u ocluido en la curvatura, al no poder expandirse libremente, se recalienta como consecuencia de su movimiento, se vuelve muy caliente, llegando a quemar abrasadoramente, por lo que reduce la humedad de los cuerpos. Por esta razón, deben evitarse sobre todo los lugares insalubres y deben elegirse lugares salubres. Todo será mucho más sencillo si los cimientos se asientan en un monte; pero si la orografía obliga a construir el teatro en un lugar llano o pantanoso, los cimientos deberán ahondarse y asentarse. Sobre los cimientos se fijarán las gradas de piedra o de mármol. Los corredores de separación deben guardar proporción respecto a la altura del teatro y su altura no debe ser mayor que su propia anchura. Si tuvieran una mayor altura, rechazarían las voces y las elevarían hasta las partes más altas del centro del teatro, no permitiendo que llegue con nitidez el sentido de las palabras al oído de quienes están sentados en la parte superior de los corredores. En una palabra, para obtener una óptima resolución, se debe proceder de la siguiente manera: desde el corredor de separación hasta las gradas más inferiores y hasta la última fila tiéndase un cordel de modo que toque los cantos y los ángulos de las gradas y, así, no quedará obstaculizada la voz. Es muy conveniente distribuir unos accesos anchos y espaciosos; los accesos o entradas hacia las gradas más altas estarán separados de los que están situados más abajo, y todos deben ser seguidos, rectos y sin curvas para que, cuando el público salga del espectáculo, no sufra apreturas, sino que desde cualquier parte acceda a las salidas, convenientemente separadas, sin ningún obstáculo y sin problemas. Debe tenerse también en cuenta que el lugar no ahogue la voz sino que permita que se difunda con toda claridad, lo que podrá conseguirse si se elige un lugar donde no se produzcan resonancias. La voz es como soplo de viento que fluye y se hace perceptible por el sentido del oído. La voz se difunde debido a innumerables ondulaciones circulares, como las innumerables olas que van surgiendo al arrojar una piedra dentro de un estanque; son olas circulares que desde el centro se extienden y ocupan toda la superficie del estanque, si no se interrumpen por un estrechamiento del lugar o por algún impedimento, que obstaculice el que lleguen hasta las orillas. Pero si se interrumpe su expansión, las primeras olas chocan entre sí, se desbordan y rompen el orden de las siguientes olas, deshaciéndolas. Por la misma razón, la voz produce movimientos o impulsos circulares; pero, con una diferencia respecto al agua: los círculos sólo se mueven horizontalmente, en cambio la voz se expande a lo ancho y también se eleva gradualmente, verticalmente. Por tanto, como sucede con la dirección de las olas en el agua, si ningún obstáculo interrumpe la primera onda de la voz, no se anulará la segunda ni las siguientes, sino que todas (sin ninguna clase de resonancia) son oídas tanto por los espectadores de las filas inferiores como por los de las últimas filas. En conclusión la ubicación del teatro al aire libre se recomienda en un lugar saludable para los usuarios, libre de ruidos molestos, con una adecuada ubicación para el aprovechamiento de corrientes de aire, así como tomar en cuenta no obstruir la fuente de sonido para una mejor recepción del mismo.


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DESARROLLO

Para tratar de comprender y proponer el diseño del la concha acústica del teatro al aire libre así como de la inclinación de las gradas, se propone la utilización de un experimento en un recipiente de agua con un perfil a escala 1:50 en corte lateral del teatro al aire libre con la concha acústica y la inclinación de las escaleras, como se muestra en las siguientes Figuras. 4.3, 4.4, 4.5.

Fig. 4.3 Dibujo de la primera propuesta para el experimento con agua.

Fig. 4.4 Propuesta del perfil de la concha acústica y la inclinación de las escaleras, hecho de unicel.


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Fig 4.5 El perfil se pinto de un color obscuro para que resaltaran las vibraciones generadas por la piedrita que se deja caer del lado de la concha acústica. Se observa las vibraciones que se generan en el agua y como se propagan por la misma, así como la desventaja de que las mismas vibraciones chocan con las paredes del recipiente donde se realizo la prueba, se recomienda hacer este tipo de pruebas en un recipiente mucho más grande. Esta prueba ayuda al diseño de la curvatura de la concha acústica así como la inclinación de las gradas, y la comprensión de cómo se comportaría el sonido en el teatro al aire libre. Se realiza un experimento más para el diseño y comprensión del sonido reflejado en la concha acústica y como es que llega a las gradas o se pierde. En esta prueba el perfil que se utilizo para la prueba del agua, se vuelve a utilizar pero se coloca papel aluminio en la parte de la concha acústica y el escenario, y para reflejar sobre el papel aluminio se utiliza un laser apuntador, como se muestra en las siguientes Figuras 4.6, 4.7.


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Fig.4.6 En el perfil se coloca el papel aluminio del lado más reflejante.

Fig.4.7 Se muestra como el apuntador laser refleja e ilumina las gradas y espectadores. Uno de los problemas que más se nota es que el aluminio no nos sirvió mucho para reflejar el apuntador laser, así como la pintura que tiene una base brillante y por lo tanto no ayuda ya que refleja por todos lados. Aun con todos los problemas, la prueba sirve para entender un poco como es que se refleja el sonido por todos lados y que la curva de la concha acústica todavía se tiene que ajustar más. Es por eso que se utiliza un programa (RABIT2D) para la simulación y ajustes de la concha acústica y la inclinación de las gradas así como los espacios y formas de escenario, orquesta y gradas.


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RABIT2D RABIT2D es un programa de diseño acústico interactivo, rápido y esencialmente gráfico, fácil de utilizar y de interpretar. El campo acústico es tridimensional, pero se trabaja solamente en dos dimensiones, lo que facilita el diseño, simplifica su presentación y acelera los cálculos. Según la intención del usuario, el diseño representa, arbitrariamente, una planta, una sección o un corte. Luego, gracias a una función especial, es posible ajustar los resultados de dos proyecciones de la misma sala para obtener los valores tridimensionales correspondientes en algunos puntos elegidos del recinto, siempre que la forma de éste lo permita (paredes laterales verticales, ausencia de dobles inclinaciones). Después de cada cambio operado por el usuario, el programa vuelve a calcular el sonido directo y la primera reflexión sobre cada uno de los segmentos del polígono que representa el recinto proyectado. El cálculo se efectúa en los nudos de la retícula del mapa, que corresponde a una matriz cuadrada cuyo tamaño define la precisión de las curvas de nivel.

El sonido directo. Depende solamente de la fuente de emisión, de los límites del recinto que lo enmarcan y, eventualmente, de los obstáculos que impiden su propagación (“eliminación de las partes escondidas”) Figura 4.8.

Fig. 4.8 El sonido directo en los límites del recinto que lo enmarcan y, eventualmente

El sonido reflejado. Para entender el método de las “fuentes imágenes”, es útil recurrir a una analogía con la luz. Imaginemos un recinto enteramente constituido por espejos planos. En el lugar de la fuente, encendemos una vela. Desde cualquier lugar de la sala, vemos ahora un gran número de velas, que son todas imágenes de la única vela real, reflejada en los espejos. Cada una de estas imágenes parece ocupar una situación precisa, que corresponde exactamente al punto simétrico del que ocupa la vela real con respecto al plano del espejo donde se refleja. Obtendremos por lo tanto la misma situación visual si quitamos los espejos y colocamos una serie de velas iguales a la primera en las posiciones anteriormente ocupadas por sus imágenes. Sólo habrá que tener en cuenta la calidad de los espejos, restando a las nuevas velas la intensidad correspondiendo al factor de absorción de los espejos respectivos. Lo notable es que la nueva situación visual se irá modificando del mismo modo que la anterior al desplazarnos dentro del recinto.


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Desde luego, en presencia de varios espejos, se producirán reflexiones múltiples (imágenes de imágenes), pero nuestro programa sólo contempla la primera reflexión, lo que suele ser suficiente para el diseño: las otras reflexiones son, sin duda, esenciales para evaluar la reverberación, pero no suelen examinarse en el diseño de la forma, porque ralentizarían mucho los cálculos y, sobre todo, dificultarían inútilmente su interpretación. Figura 4.9. Fig. 4.9 Sonido reflejado varios espejos, se producirán reflexiones múltiples (imágenes de imágenes) Para calcular el campo reflejado, Radit2d examina sucesivamente cada segmento del recinto, busca la fuente imagen y elimina las “partes escondidas” (un segmento puede quedar parcialmente o totalmente enmascarado por otros, según la forma del recinto y la posición de la fuente). Luego, traza los dos rayos límites de emisión de la fuente imagen que delimitan en el mapa la zona afectada por la reflexión considerada. En esta zona, calcula en cada nudo la contribución de la imagen al nivel sonoro, teniendo en cuenta la absorción de la pared correspondiente. Figura 4.10. Fig.4.10. Esquema básico.


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Con el programa RABIT2D se afina el diseño de la concha acústica, ángulo de las gradas y la forma arquitectónica del recinto, así como la realización de la simulación acústica. A continuación se presenta las visuales y las simulaciones realizadas en diagrama corte lateral y plano. Visuales Uno de los objetivos prioritarios en un teatro es que el sonido directo que llega a cada espectador no sea obstruido por los espectadores situados delante de él. Este requerimiento generalmente se cumple si existe una buena visibilidad del escenario. El diseño de las visuales en una sala se basa en la siguiente consideración: los ojos se hallan, como promedio, 100 mm por debajo de la parte más elevada de la cabeza. Por lo tanto, la inclinación del suelo debe ser tal que permita el paso de la visual por encima de la cabeza del espectador situado en la fila inmediatamente anterior. En la siguiente Figura 4.12. Se muestra las visuales para un corte lateral con una longitud total de 39m de largo, así como los cálculos de sus diferentes visuales.

Fig. 4.12 Visuales para un corte lateral con una longitud total de 39m de largo

R0=6m φ1 = εln(r1/r0) = 33°*ln(9/6)=13.38°

R1=9m φ2 = εln(r2/r0) = 33°*ln(13.2/6)=26.01°

R2=13.2m φ3 = εln(r3/r0) = 33°*ln(17.8/6)=35.88°

R3=17.8m φ4 = εln(r4/r0) = 33°*ln(22/6)=42.87°

R4=22m φ5 = εln(r5/r0) = 33°*ln(26.6/6)=49.14°

R5=26.6m φ6 = εln(r6/r0) = 33°*ln(30.8/6)=53.97°

R6=30.8m

ε=33°


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Diagrama (corte lateral) a 39m

La Figura 4.13. Es el corte lateral del teatro al aire libre, con medidas como longitud del escenario, de la orquesta, escalones y descansos, así como la altura total de la concha acústica, el ángulo de inclinación de las gradas y altura total de las gradas.

Fig. 4.13 Cotas del corte lateral a 39m de longitud total

1.0000

11.1194 10.5000

.1_---L,...-

0.3500 0.9000

1-----5.2000-__-1---4.2000----1

1--------------------------29.6000--------------------------1

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO

Esc 1:100 Acot: m I Fecha: FEBRERO 2012 I TESIS

IPN REYES CORDERO ISMAEL

COTAS CORTE LATERAL 1 4J--E3


35

Diagramas acústicos (corte lateral) a 39m

La Figura 4.14. Es un corte lateral del teatro muestra el nivel de sonido y sus diferentes atenuaciones con un coeficiente de absorción de 2 % con respecto al análisis de la piedra caliza, con una inclinación de las gradas de 20°, con una longitud total de 39m y un nivel sonoro de la fuente de 100dB. Fig.4.14. Es un corte lateral del teatro con nivel sonoro a 100dB en la fuente y una longitud de 39m.


36

La Figura 4.15. Es un corte lateral del teatro muestra el nivel de sonido y sus diferentes atenuaciones con un coeficiente de absorción de 2 % con respecto al análisis de la piedra caliza, con una inclinación de las gradas de 20°, con una longitud total de 39m y un nivel sonoro de la fuente de 80dB. Fig.4.1. Es un corte lateral del teatro con nivel sonoro a 80dB en la fuente y una longitud de 39m.


37

La Figura 4.16. Es un corte lateral del teatro muestra el nivel de sonido y sus diferentes atenuaciones con un coeficiente de absorción de 2 % con respecto al análisis de la piedra caliza, con una inclinación de las gradas de 20°, con una longitud total de 39m y un nivel sonoro de la fuente de 40dB.

Fig.4.16. Es un corte lateral del teatro con nivel sonoro a 40dB en la fuente y una longitud de 39m.

.


38

Diagrama (planta) a 39m

La Figura 4.17. Es la planta del teatro al aire libre marcando la longitud total, así como el acho total del teatro, el acho inicial y final de las gradas, ancho de la boca del escenario, y anchos del escenario y orquesta, la ubicación de escenario, zona de orquesta y área de espectadores así como el ángulo visual de la última fila más lejana de 30°.

Fig. 4.17. Cotas de planta a 39m de longitud total

1------------------------39.0000----------------------

1-__ 5.2000__---¡---4.2000-----i

18.0062 15.3432 28.5071 33.0000

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERIA MECANICA y ELECTRICA UNIDAD ZACATENCO

Esc 1:100 Acot: m I Fecha: FEBRERO 2012 I TESIS

IPN REYES CORDERO ISMAEL

COTAS PLANTA 2 .-El


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Diagramas acústicos (planta)

La Figura 4.18. Es la planta del teatro muestra el nivel de sonido y sus diferentes atenuaciones con un coeficiente de absorción de 2 % con respecto al análisis de la piedra caliza, con una longitud de 39m de largo total y un nivel sonoro de la fuente de 100dB.

Fig.4.18. Planta del teatro con nivel sonoro a 100dB en la fuente y una longitud de 39m. .


40


Fig.4.19. Nivel Planta del teatro con nivel sonoro a 80dB en la fuente y una longitud de 39m.


41


Fig.4.20. Planta del teatro con nivel sonoro a 40dB en la fuente y una longitud de 39m.


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Propuesta final Para la propuesta final se unen todos los elementos anteriores para realizar un modelo a escala 1:100 así como la realización del experimento con el indicador láser con la comparación de la simulación con el programa RABIT2D, a continuación se muestra el modelo a escala y planos en 3D. Figuras 4.21, 4.22, 4.23, 4.24, 4.25. Fig.4.21 Modelo a escala 1:100 del teatro al aire libre hecho de unicel simulando el tipo de material de recubrimiento la piedra caliza con pintura gris y cero fino. Vista lateral. Fig.4.22 Vista aérea de la parte trasera del teatro al aire libre


43

Fig.4.23. Vista aérea parte frontal del teatro.


44

Fig.4.24 Vista aérea del modelo del teatro al aire libre en 3D realizado en autocad.

Fig. 4.25 Vista isométrica del modelo en 3Ddel teatro al aire libre.


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Con los modelos ya terminados y la propuesta final ya terminada se realiza el experimento del apuntador láser y se hizo una comparativa con la simulación hecha por RABIT2D, a continuación se detalla la comparación. Para la realización del experimento con el perfil terminado y los espejos se realizo de igual manera que el experimento para comprender la reflexión en la concha acústica, con un apuntador laser y se agrego humo que en este caso se genero con incienso y un comal pequeño. Figura 4.26.

Fig. 4.26 se muestra la utilización del apuntador laser, el comal pequeño y la mejora de los espejos.


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En las siguientes imágenes se muestran las comparaciones de las reflexiones hechas por la simulación y por el experimento. Figuras. 4.27, 4.28, 4.29, 4.29, 4.30, 4.31. Fig. 4.27. Se muestra las primeras reflexiones de la simulación (figura de abajo) son casi iguales que en el experimento (figura de arriba) esto se debe a la colocación de la fuente en la simulación y la colocación del apuntador láser.


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Fig. 4.28. Se muestra las primeras reflexiones de la simulación (figura de abajo) son similares que en el experimento (figura de arriba).


48

Fig. 4.29. Se muestra las primeras reflexiones de la simulación (figura de abajo) son casi iguales que en el experimento (figura de arriba) ya que el ángulo del apuntador no es el mismo, que en el experimento por la colocación de la fuente.


49

Fig4.30. Se muestra las primeras reflexiones de la simulación (figura de abajo) son casi iguales que en el experimento (figura de arriba)


50

Fig. 4.31. Se muestra las primeras reflexiones de la simulación (figura de abajo) son casi iguales que en el experimento (figura de arriba).


51

PROPUESTA DE UBICACIÓN

La propuesta de ubicación se realiza en las instalaciones del Instituto Politécnico Nacional en la Av. Wilfrido Massieu. CP.073800 México. DF. Figura (4.32) Año2012.

Fig. 4.32 Imagen de ubicación del terreno de la propuesta Características del terreno. Es un área plana rodeada de la ciclo pista y carril de corredores. Es un área total de 30000m² Figura 4.33, 4.34. Fig. 4.33 Área del terreno

300 m


52 Fig. 4.34 Imagen del terreno propuesto. Para la óptima localización del teatro al aire libre es necesario saber el nivel de ruido que existe en el terreno, para esto se realizaron en base a la norma oficial Mexicana NOM-081-ECOL-1994. Se realizo el siguiente procedimiento: Se ubican 3 zonas críticas en el terreno las cuales se ubican en la parte más cercana de la avenida Wilfrido Massieu, se ajusto el sonómetro en una curva de ponderación A y con tiempo de ponderación lenta, una vez que se tiene las zonas criticas se toman las mediciones no menores de 35 en este caso se realzaron 90 para cada punto con un intervalo de tiempo de 5 segundos de intervalo.Figura.3.35. Fig. 3.35. Ubicación de Zonas Críticas.


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Cálculos en base a la NOM-081-ECOL-1994. Calcular el nivel N50 por punto:

Donde: Ni = nivel de observación i n = número de observaciones por punto de medición Calcular el nivel N10 por punto: N10 = N50 + 1.2817σ Calcular la desviación estándar por punto:

Calcular el nivel equivalente por punto:

Donde: m = Número total de observaciones N = Nivel observado

Resultados de las zonas criticas

Zonas Criticas

Zona Critica 1

Zona Critica 2

Zona critica 3

N50 dB(A) 60.77 62.77 58.90

N10 dB(A) 64.90 67.91 67.44

σ 3.2 4 6.6

Neq dB (A) 62.34 65.25 60.97

Se puede ver que el nivel de ruido no es el adecuado o el optimo para un teatro al aire libre ya que el mencionado para la ubicación del teatro al aire libre no debe exceder 40 dB, la desviación estándar debe ser pequeña, y el sitio debe estar libre de ruidos grades ocasionales. Si estos disturbios ocasionales tienen niveles de sonido tan altos como 60 dB, como frecuentemente son, y si estos ocurres 2 o tres veces por hora, el sitio no es adecuado. Para que el sitio sea adecuado se propone la colocación de una barrera o pantalla acústica de concreto armado y plantas. Figuras 3.36


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Barreras de concreto armado y vegetación

Fig. 3.36 Imágenes de la barrera de concreto armado con la vegetación

Estos muros son muros jardinera que están compuestos por elementos de concreto armado prefabricado. Se colocan unos elementos encima de otros hasta alcanzar la altura necesaria de proyecto. Después se lleva a cabo la plantación de cualquier tipo de flores y plantas, de acuerdo con el criterio del ingeniero paisajista, si bien en la mayoría de los casos se utilizan semillas de plantas autóctonas que no precisan mantenimiento.

Características técnicas

El peso de la barrera es superior a 1500 Kg/m ( >30Kg/m ), por lo que se puede considerar despreciable la transmisión directa a través de la barrera, Figura 3.37.

Fig. 3.37 Imagen de la forma de la barrera de concreto armado El nivel de ruido recibido por reflexión, medido de acuerdo por la DIN 52212, es de 8 dBA, por lo que pueden considerarse totalmente absorbentes. El ruido puede únicamente sobrepasar las barreras por difracción y para evitarlo o reducirlo hasta niveles admisibles, basta darle la altura necesaria Figuras 3.38.

Fig. 3.38. Ejemplos de la utilización de la barrera de concreto armado.


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Ubicación final La ubicación final del teatro al aire libre es la siguiente. Figura 3.39.

Fig. 3.39 se muestra la propuesta final de ubicación así como la propuesta de la barrera acústica y la ubicación del estacionamiento. El teatro al aire libre se coloca 180m alegado de las zonas criticas para reducir 12dB(A) con respecto a la zona crítica con mayor intensidad de ruido que en este caso es la zona 2, así sin barrera acústica tendríamos una intensidad de sonido de 53.25dB(A). (Ver capitulo 2.)

Con la utilización de la barrera de concreto armado y vegetación y la ubicación de 180m retirada de la fuente de ruido, es posible tener una mejor percepción de los actores, aun estando en la última grada del teatro al aire libre.

Estacionamiento


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CONCLUSIONES

Mediante la presente investigación realizada en libros, la red, experimentos en modelos y simulaciones por computadora (RABIT2D) se presentó la propuesta del diseño de un teatro al aire libre con características acústicas, arquitectónicas, ubicación y tipo de material. Dicha propuesta de diseño geométrico, tanto de la concha acústica como la inclinación de las gradas y la forma de la planta del teatro se dio por medio de simulaciones analógicas tales como modelos a escala y métodos como utilizar agua y un indicador laser. El método del agua fue de mucha importancia para el diseño ya que es más representativa, y se puede tener una idea más concreta de cómo se comportan las ondas sonoras en el aire. En cuanto al uso del indicador laser se utilizo para el tipo de curvatura en la concha acústica junto con material reflejante, así se logra visualizar como se podría comportar la concha acústica. Gracias a las simulaciones presentadas en este documento, se realizó la afinación de la propuesta del diseño geométrico y dimensional del teatro al aire libre, tales medidas son de un máximo de 39m de largo, con una concha acústica de 11m de alto y con un ángulo de inclinación de 20° para las gradas, las cuales son ideales para que la voz de un actor se escuche sin necesidad de refuerzo electro acústico y tomando en cuenta que la superficie del teatro es relativamente grande. Se tomaron en cuenta también ciertas limitantes tanto de tipo arquitectónico como acústico, ya que si se excede de las medidas en longitud del teatro al aire libre la aconcha acústica se tendría que modificar o bien tener un refuerzo electro acústico. Es importante mencionar que en cuanto a las medidas de las gradas y los espacios tanto del escenario como de la orquesta y algunos ángulos de visión para el espectador se toman algunas referencias de tipo arquitectónico, para la seguridad de actores y músicos y visión del espectador así como su comodidad dentro del teatro. Nótese también la importancia de la ubicación en un lugar libre de ruido importante, para así no utilizar pantallas acústicas para la reducción de ruido que puede proveniente de aeropuertos, y avenidas transitadas que tienen una incidencia de ruido de tráfico nociva para la buena percepción del sonido. Tomando en cuenta también que la temperatura es un factor que también beneficia o perjudica a este proyecto. En cuanto a la orientación, se tomaron en cuenta diferentes factores que brindan condiciones favorables para la propagación del sonido, incluyendo la dirección del viento. Para el material de recubrimiento se propone la piedra caliza ya que históricamente se utilizaba en teatros al aire libre, en cuanto a la acústica en un material con poca absorción acústica eso permite que las ondas acústicas sean reflejadas, esta propiedad se utiliza para que al último espectador pueda escuchar sin ningún problema, así como ayuda para los actores y los músicos. De modo que, siguiendo la propuesta anterior y tomando en cuenta materiales, espacios, medidas etc. se puede proponer una construcción correcta de un teatro al aire libre con todas las bondades del diseño, es decir, mejor espacio, visión, inteligibilidad, sonido y ubicación sin el uso de un equipamiento electroacústica, como se hacía en los teatros antiguos. No se debe olvidar la importancia de la concha acústica en este tipo de recintos, pues su existencia determinará las cualidades sonoras del recinto que la contenga y debe ser diseñada conforme a los fines que la soliciten. Finalmente se puntualiza que se deben estudiar todos y cada uno de los factores que afectan la propagación del sonido en un teatro al aire libre: uso en superficies absorbentes o reflejantes,


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propiedades acústicas del lugar (ubicación), cantidad de espectadores, uso de concha acústica, efectos de viento y temperatura etc. Para poder comprender y llevar a cabo este proyecto. Si se desea aumentar, modificar las dimensiones del diseño o realizar otro diseño se debe de tomar en cuenta inclinación de gradas, diseño de concha acústica, cantidad de espectadores, visuales de espectadores, tipo de gradas y escaleras, ubicación del recinto, y si se desea refuerzo electro acústico se hacer un diseño de la ubicación de las fuentes de sonido en el recinto, cantidad de potencia optima que sea necesaria para sonorizar el recinto.


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REFERENCIAS

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“http://elzo-meridianos.blogspot.com/2009/04/epidauro-el-teatro-del-mundo.html”

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