portada pequena de abril del 2016

La acústica del salón de clases

 

Por:Jorge Rocafort, PhD PE, Catedrático, Universidad de Puerto Rico

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Introducción

En tiempos recientes, en Puerto Rico se han construido una gran cantidad de salones de clases en escuelas K-12 y en instituciones universitarias. La mayoría de estas facilidades exhiben un problema crítico: calidad acústica deficiente. Esta condición, indudablemente, tiene serias implicaciones, pero su solución puede ser relativamente simple.

El ruido y la reverberación excesiva interfieren con la inteligibilidad del habla. Bajo esas condiciones, el aprendizaje se afecta significativamente, tal como se ha demostrado en numerosas investigaciones realizadas en muchos países del mundo. Un porciento muy alto del estudiantado en las aulas contemporáneas experimenta reducciones mayores de 25% en la comprensión de las palabras. Es importante proveer las condiciones adecuadas para todo el alumnado, no solamente para quienes tienen necesidades especiales (problemas de audición, idioma extranjero, etc.).

En general, las características acústicas de estos espacios dejan mucho que desear, sin embargo, no se observan auténticos esfuerzos para lograr el diseño de salones acústicamente optimizados, proceso que no incrementaría significativamente el costo de las facilidades en cuestión. La verdadera razón es el desconocimiento del problema y la falta de entendimiento de los principios básicos de la acústica arquitectónica. Es evidente que muchas personas diseñadoras reconocen esta disciplina cuando envuelve teatros, salas de concierto y estudios de grabaciones, pero ignoran su aplicación en estos proyectos más modestos.

El control acústico es fundamental, al igual que lo son otros componentes del control ambiental: ventilación, iluminación, temperatura, etc. Durante el proceso de diseño es relativamente fácil incorporar los recursos de control de sonido en un salón de clases; renovar espacios deficientes para lograr una corrección acústica es indudablemente más costoso.

Para lograr un mejoramiento de la acústica de los salones de clase, es importante crear conciencia en el magisterio, el estudiantado, padres y madres, personal administrativo de escuelas y, particularmente, en las personas diseñadoras, ingenieras y arquitectas de estos proyectos.

He tenido la oportunidad de examinar y evaluar acústicamente una gran cantidad de salones de clase en instituciones universitarias y en escuelas públicas y privadas, observando serias deficiencias en la mayoría de ellos. Lamentablemente, aunque fueron propuestas soluciones simples y económicas, en la mayoría de los casos no se realizaron esfuerzos para implementarlas.

Conceptos básicos de acústica arquitectónica

Es importante indicar que no existe un criterio universal para caracterizar una “acústica de excelencia”. Cada espacio tiene unos requisitos acústicos específicos: una sala para música clásica es muy diferente a un teatro, que a su vez es diferente a una sala de conferencias. En todos estos lugares se genera sonido que deberá llegar a la audiencia y, siendo espacios encerrados por varias superficies, se generan reflejos múltiples que inciden sobre el oyente. Esta señal combinada crea una sensación sonora característica del espacio en cuestión.

Las investigaciones de WC Sabine revelaron que un factor crítico que caracteriza todo espacio es la reverberación acústica. El concepto envuelve la medición del tiempo (en segundos) que un sonido persiste en un cuarto luego de que la fuente de sonido se interrumpa súbitamente. En esencia, es la “memoria acústica” del espacio. Un análisis detallado establece que la reverberación es directamente proporcional al volumen V, e inversamente proporcional a la absorción acústica A, que caracteriza el proceso de disipación del sonido.

El tiempo de reverberación (RT) debe ser relativamente corto (0.4-0.6 segundos) en los salones de clase. La reverberación más prolongada crea una confusión de los elementos acústico-fonémicos que deteriora la inteligibilidad del habla. Es importante señalar que las vocales más intensas enmascaran las consonantes tenues cuando las primeras persisten durante más tiempo a consecuencia de la reverberación.

Otro factor de gran importancia es el sonido de fondo en el salón de clases. Los edificios contienen diversos equipos mecánicos y eléctricos para su operación. Esta infraestructura transmite al salón de clases el ruido generado por vía de conductos, pisos, paredes, techo ventanas y puertas. Actividades realizadas en áreas adyacentes al salón contribuyen al deterioro de las condiciones interiores.

El salón de clases también puede experimentar el impacto del ruido exterior proveniente, principalmente, de los medios de transportación: el tráfico vehicular, el tráfico aéreo y trenes urbanos. Proyectos de construcción de larga duración generan ruido no controlado.

La presencia del ruido enmascara el habla y afecta la inteligibilidad resultante. La severidad de ese efecto se mide utilizando un término desarrollado en la teoría de las comunicaciones eléctricas, conocido como la relación señal/ruido (S/N). Es, matemáticamente, la razón de la potencia de la señal (S) y la potencia del ruido (N) ; mientras mayor sea el valor de esta cantidad, mejor inteligibilidad se observará en la práctica. Típicamente, se mide en decibelios (dB). Un valor de S/N superior a +15 dB se considera óptimo, y valores debajo de +5 dB dificultan la comunicación eficaz.

Existen diversos métodos para medir la inteligibilidad. Para medir mediante métodos subjetivos, se les presentan listas de sílabas, palabras e incluso oraciones completas a sujetos participantes en dicha prueba y se determina el porciento de recepción correcta en el salón. Los métodos objetivos utilizan señales artificiales para determinar ciertos indicadores matemáticos que pueden ser correlacionados con la inteligibilidad subjetiva. Se han desarrollado, entre otros, SIL, PSIL, AI, STI, y STIPA. Estas mediciones pueden servir para establecer requisitos de inteligibilidad a determinarse “in situ” y determinar si un espacio posee las características acústicas adecuadas para la función contemplada en el mismo.

Conceptos de diseño de un salón de clases

A continuación describimos algunos principios fundamentales aplicables en el diseño de salones de clase típicos. En la figura 1 se ilustra el comportamiento de la onda acústica para referencia.

Grafica mostrando comportamiento de sonido

Comportamiento del sonido en un salon de clases

La geometría del salón debe ser favorable para proyectar el sonido directamente a todo el estudiantado. La distancia que separa al profesor o a la profesora del alumnado situado en los asientos más alejados debe ser tal que la voz alcance un nivel de sonido adecuado en esta zona, sin requerir un esfuerzo vocal excesivo (fig. 2). El sonido puede ser reflejado por superficies capaces de reforzar el sonido directo, típicamente en el área de plafón y en las paredes laterales (fig. 5). A la misma vez, es indispensable eliminar reflejos indeseables que puedan ser registrados como ecos. En la actualidad, existen recursos de computación sofisticados que ayudan a la persona diseñadora a configurar estos elementos con precisión. Nuevas tecnologías de control acústico envuelven la utilización de sistemas de difusión que permiten una distribución muy uniforme del sonido, mejorando la comunicación entre el profesorado y sus estudiantes, particularmente en sesiones de preguntas y respuestas. El tiempo de reverberación debe ser optimizado, incorporando sistemas de absorción colocados en ciertas superficies del salón. Existen fórmulas que permiten determinarlo, ya que es un factor crítico para lograr una inteligibilidad satisfactoria.

El ruido generado por los equipos mecánicos y eléctricos debe ser controlado cuidadosamente. En el caso del sistema de aire acondicionado, por ejemplo, se pueden incorporar atenuadores en los conductos y se deben ubicar los equipos en cuartos mecánicos con un aislamiento acústico superior (fig. 3). Los niveles resultantes en el salón se describen usando las curvas NC (“noise criteria”) que indican cuán ruidoso es ese espacio y permiten especificar niveles aceptables de ruido de fondo para diferentes funciones.

Graficas adicionales mostrando el flujo de sonido en un salon de clases

Graficas adicionales del comportamiento del sonido en un salon de clases

Es críticamente importante atenuar la transmisión de sonido entre los salones de clase y entre estos y otras áreas del plantel. La construcción de paredes y puertas debe ser muy robusta, para lograr una pérdida adecuada por transmisión acústica (TL: “transmission loss”). Las características de transmisión de sonido se describen utilizando el STC (“sound-transmission class”). El aislamiento acústico debe proteger el salón de clases de los ruidos de inmisión, siendo las puertas y ventanas los elementos más críticos.

El uso de sistemas de refuerzo de sonido no resuelve generalmente los problemas acústicos identificados previamente. Existen, sin embargo, sistemas especializados inalámbricos que utilizan audífonos para atender estudiantes con problemas de audición.

La figura 4 presenta una ilustración de tres condiciones de acondicionamiento acústico que representan diferentes configuraciones de un salón de clases tradicional. Existen numerosas referencias en la literatura técnica simple que contienen guías específicas para lograr mejores condiciones acústicas en las escuelas. Es una responsabilidad importante de toda persona diseñadora incorporar los recursos necesarios para brindarle a todo nuestro estudiantado espacios de aprendizaje que permitan una buena comunicación entre todas las personas participantes.

Grafica mostrando como el sonido producido por un maestro viaja en el salon de clases


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