Acústica de grandes espacios de culto

UNIVERSIDAD DE SEVILLA ESCUELA TÉCNICA SUPERIOR DE ARQUITECTURA DEPARTAMENTO DE FÍSICA APLICADA II ACOUSTICS OF LARGE PLACES OF WORSHIP ACÚSTICA DE GRANDES RECINTOS DE CULTO Author / Autor C. Lidia Álvarez Morales PhD Dissertation / Tesis doctoral Supervisors / Directores Dr. Teófilo Zamarreño García Dr. Sara Girón Borrero Dr. Miguel Galindo del Pozo Seville, 2016 Elaborado en el seno del grupo PAIDI TEP 130: Arquitectura, Patrimonio y Sostenibilidad: Acústica, Iluminación, Óptica y Energía, adscrito al Instituto Universitario de Arquitectura y Ciencias de la Construcción (IUACC) de la Universidad de Sevilla. “The size of a cathedral may visually provoke awe, but sound, invisible and intangible, evokes a sense of mystery.” Robin Hartwell. AGRADECIMIENTOS Son muchas las personas e instituciones que han participado en este trabajo y a quienes quiero expresar mi gratitud por el apoyo y la confianza que me han prestado. Quiero empezar agradeciendo de manera especial a mis directores, Teófilo Zamarreño, Sara Girón y Miguel Galindo, el haberme dado la oportunidad de adentrarme en el mundo de la investigación, en un campo tan particular como la acústica de edificios patrimoniales. Gracias por enseñarme todo lo que sé sobre acústica de salas, por vuestra dedicación, por estar siempre dispuestos a ayudarme, y por valorar desde el primer día mi trabajo, pero sobre todo, por animarme y alentarme en cada una de las fases de la investigación. Ha sido un privilegio poder contar vosotros tanto en el ámbito académico como en el personal. Asimismo, deseo expresar mi agradecimiento a Francesco Martellotta, profesor del Politecnico di Bari, y a Mariana López y Rob Toulson, investigadores de la Anglia Ruskin University, por permitirme realizar con ellos mis estancias predoctorales, mostrándose siempre dispuestos a resolver mis dudas y compartir sus conocimientos. Valoro mucho su hospitalidad y su contribución en este proyecto y en mi formación como investigadora. Quiero agradecer a todos los que han participado en las sesiones de medidas en las catedrales su indispensable colaboración. Gracias por compartir conmigo la maravillosa experiencia de deambular por estos espacios sin multitudes, y por sufrir con paciencia todos los problemas técnicos que aparecían cuando parecía que todo estaba bajo control, lo que no es fácil a ciertas horas de la madrugada. En particular, gracias a José Agustín Garrido, autor de muchas de las fotografías incluidas en la tesis, por el reportaje fotográfico realizado durante varias sesiones de medición. Además quiero expresar mi más sincera gratitud a los responsables y a todo el personal de las catedrales, por el permiso para realizar las medidas y el buen trato recibido. A todos mis compañeros de los departamentos de Física Aplicada II y Construcciones Arquitectónicas I, por tratarme como una más desde el primer día; y por supuesto a todos mis compañeros del grupo de investigación TEP130, porque este trabajo no hubiese sido posible de no desarrollarse dentro de un grupo como este. Entre mis compañeros tengo que destacar a Alicia Alonso, compañera y amiga, comenzamos juntas esta etapa y hemos aprendido mucho trabajando codo con codo en este proyecto desde el principio; a Miguel Ángel Campano, por promover el café de la tarde, y demostrar que más que hacerte perder tiempo, en ocasiones te da la vida; a Carmen Muñoz, compañera de fatigas y pleitos, juntas de papeleo hasta el último día; a Aureliano Gómez, por su ayuda y consejos en el laboratorio; y a Ángel Álvarez y Pedro Bustamante, por su buen humor, y por ser siempre los primeros en ofrecer su ayuda para lo que se tercie, por apuntaros a todo. También me gustaría agradecer a Lesley Burridge su ayuda y su cariño, nadie más puede hacer que ir a clase sea tan útil y divertido al mismo tiempo. Le debo un agradecimiento muy especial a Sheila López, buenísima amiga, el mayor apoyo que he tenido, gracias por soportar mis nervios y mis quejas, por tus valiosos consejos, y sobre todo por las risas que han hecho que la hora de comer se haya estirado hasta más de lo permitido en algunas ocasiones. A mis telecas, por valorarme tanto y hacerme sentir que cuento con vosotras aun estando a cientos de kilómetros de distancia. A mi familia, porque sin ellos nada sería igual y todo sería más difícil. Gracias por apoyar todas mis decisiones y enseñarme la importancia de acabar lo que uno empieza. Y a Ezi, por ser como es, por ser paciente, y apoyarme en todo siempre, aun sin saberlo. AGRADECIMIENTOS POR LA FINANCIACIÓN RECIBIDA Quiero expresar mi agradecimiento por los fondos recibidos para la realización de la investigación que forma parte de mi tesis doctoral: Este trabajo de investigación ha sido parcialmente financiado por fondos FEDER y el Ministerio de Ciencia e Innovación, como parte del proyecto con referencia BIA2010- 20523; por el Ministerio de Ciencia e Innovación, en el marco del programa Campus de Excelencia Internacional (CEI), como parte del proyecto CEI 2014/731; y por el Ministerio de Economía y Competitividad, como parte del proyecto con referencia BIA2014-56755-P. Las estancias predoctorales realizadas en el extranjero, en el Politécnico de Bari (Italia, 2013) y en la universidad Anglia Ruskin (Reino Unido, 2015), las cuales representan una parte esencial de esta tesis, han sido posible gracias al apoyo financiero otorgado por el Instituto Universitario de Arquitectura y Ciencias de Construcción (IUACC) de la Universidad de Sevilla, y el Campus de Excelencia Internacional en Patrimonio, PatrimoniUN10 (CEI), respectivamente. ACKNOWLEDGEMENT OF FINANCIAL SUPPORT I gratefully acknowledge the financial support received towards my PhD. This research work has been partially financially supported: by FEDER funds and the Spanish Ministry of Science and Innovation, as part as the project with reference BIA2010- 20523; by the Spanish Ministry of Science and Innovation, in the context of the Campus of International Excellence (CEI) program as part of the project CEI 2014/731; and by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness, as part as the project with reference BIA2014-56755-P. The predoctoral research periods spent abroad at the Politecnico di Bari (Italy, 2013) and at the Anglia Ruskin University (UK, 2015), which represent an essential part of this thesis, have been made possible with the financial support granted by the Institute of Architecture and Building Science of the University of Seville (IUACC), and the Campus of International Excellence in Heritage, PatrimoniUN10 (CEI), respectively. RESUMEN La Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) ha reconocido el sonido como parte importante de nuestro patrimonio cultural intangible, y ha identificado su preservación como una prioridad, considerando el fuerte impacto social, cultural y económico de las actividades de investigación relacionadas con el patrimonio inmaterial. Esta tesis doctoral, que se enmarca en el proyecto nacional de investigación "La acústica de las catedrales: una contribución científica para la recuperación del patrimonio cultural", se centra en el estudio, la conservación y la difusión del patrimonio acústico de los lugares de culto más emblemáticos de nuestra región: las catedrales andaluzas, extendiendo tanto la metodología aplicada, como los resultados de dicha investigación, a otros grandes lugares de culto. La muestra elegida para este trabajo de investigación consiste principalmente en las catedrales andaluzas más representativas desde el punto de vista arquitectónico, cultural y turístico: las catedrales de Cádiz, Córdoba, Granada, Jaén, Málaga y Sevilla. Se requiere un enfoque multidisciplinar para la caracterización acústica detallada de estos espacios históricos. La metodología aplicada se basa en la medición de las respuestas impulsivas monoaurales y biaurales (RIs) en determinadas combinaciones de posición de fuente y receptor, asociadas a los diversos usos litúrgicos y culturales de cada una de las seis catedrales estudiadas. Con el fin de garantizar la fiabilidad de la adquisición, el procesamiento y el análisis de los datos registrados, se realizó un estudio comparativo exhaustivo de los resultados obtenidos utilizando cuatro herramientas software diferentes. Dicha metodología incluye además, la predicción del comportamiento acústico de catedrales a través de respuestas de impulso simuladas en modelos virtuales, los cuales son previamente validados utilizando como referencia las RIs medidas. Los parámetros acústicos objetivos y los atributos subjetivos fueron analizados desde el punto de vista físico, arquitectónico y cultural, en las diferentes zonas de congregación/audiencia diferenciadas teniendo en cuenta las áreas de uso previamente definidas y/o la visibilidad determinadas por los mapeados generados para cada posición de la fuente sonora. Los modelos virtuales se utilizaron para evaluar la acústica de los grandes recintos de culto desde una perspectiva histórica, analizando el efecto de la ocupación en el ambiente acústico del espacio, y la influencia, tanto de la posición de la fuente sonora como de su orientación, en las condiciones de escucha durante la liturgia celebrada al estilo tradicional (Misa Tridentina). Seis iglesias católicas históricas (cinco italianas y una española) de diversos tamaños y tipologías se incluyeron en dicho estudio. Esta tesis doctoral no sólo incrementa el patrimonio inmaterial de las catedrales caracterizadas de forma individual a través del regristro de sus RIs, sino que también proporciona nuevos y valiosos conocimientos científicos sobre la acústica de uno de los grupos de edificios patrimoniales más importantes de Europa, destacando las singularidades arquitectónicas de las catedrales españolas. IV V LIST OF FIGURES Figures in chapter 1 Figure 1.1. Theatre El Carmen (Velez-Malaga) after the refurbishment: (a) ground plan; (b) interior view from the stage; and (c) interior view from the back of the setting area. (Alda F., (1995), http://www.juntadeandalucia.es) ...................................................................................................................................... 5 Figure 1.2. Santa Marina church (Seville): (a) ground plan with source and receiver points [28]; (b) simulation model [28]; (c) simulated echograms at position 15 in the central nave [21]; and (d) definition, clarity, and RASTI versus source-receiver distance [26].................................................................... 6 Figure 1.3. The Roman theatre of the archaeological site of Italica (Seville): (a) measured and simulated values of reverberation time and early decay time; (b) simulation model [56].. ................................................................................................................................................................................................. 8 Figure 1.4. Research methodology and approach. .................................................................................................... 15 Figures in chapter 2 Figure 2.1. Auditorium of the School of Architecture of Seville: (a) View of the podium and the audience area; (b) marks for the locations of the receivers in the audience seats. ................................... 33 Figure 2.2. Ground plan of the enclosure (dimensions in m), in which the positions of the source (S1 and S2) and receptors (R1 to R15) are shown. .......................................................................................................... 33 Figure 2.3. Photo archive, pictures of the measurement session: (a) Sound source at position S1 and dummy head at R2; (b and c) sound source at S2 and dummy head at R10 and R1, respectively; (d) set-up for measuring the calibration signal; (e) multipattern microphone at R9; (f) laptops with the measurement software tools. ............................................................................................................................................. 34 Figure 2.4. Hardware used and outline of connections. ......................................................................................... 35 Figure 2.5. Flowchart of the comparative process: individual and crossed comparison. ....................... 37 Figure 2.6. Mean variations of standard deviation found in each parameter, in terms of JNDs, when taking several measurements at the same point with each system. ................................................................. 41 Figure 2.7. Means of relative error (%) estimated for each parameter with each software tool at all frequency bands for the repeatability study. .............................................................................................................. 42 Figure 2.8. Regression lines comparing parameter values measured with software A with those measured with software B. Individual comparison. ................................................................................................ 46 Figure 2.9. Regression lines comparing parameter values measured with software A with those measured with software C. Individual comparison. ................................................................................................. 47 Figure 2.10. Regression lines comparing parameter values measured with software A with those measured with software D. Individual comparison. ................................................................................................ 48 VI Figure 2.11. Regression lines comparing parameter values measured with software B with those measured with software C. Individual comparison. ................................................................................................. 49 Figure 2.12. Regression lines comparing parameter values measured with software B with those measured with software D. Individual comparison. ................................................................................................ 50 Figure 2.13. Regression lines comparing parameter values measured with software C with those measured with software D. Individual comparison. ................................................................................................ 51 Figure 2.14. Spatially averaged values calculated with each system (individual comparison) as a function of frequencies, for the acoustic parameters: T30, EDT, TS, C80, D50, G, LJ, JLF, IACCE and IACCL. .......................................................................................................................................................................................................... 56 Figure 2.15. Spatially averaged spectral values calculated with each software tool for C50, C80, G, and IACCE. ............................................................................................................................................................................................. 57 Figure 2.16. Mean differences found between spectrally averaged values of the acoustic parameters calculated with each software tool compared point-by-point (individual comparison). The error bars represent the standard deviation of these averages. .................................................................................... 58 Figure 2.17. Regression lines comparing parameter values measured with software A with those measured with software B. Crossed comparison. ..................................................................................................... 60 Figure 2.18. Regression lines comparing parameter values measured with software A with those measured with software C. Crossed comparison. ..................................................................................................... 61 Figure 2.19. Regression lines comparing parameter values measured with software A with those measured with software D. Crossed comparison. ..................................................................................................... 62 Figure 2.20. Regression lines comparing parameter values measured with software B with those measured with software C. Crossed comparison. ..................................................................................................... 63 Figure 2.21. Regression lines comparing parameter values measured with software B with those measured with software D. Crossed comparison. ..................................................................................................... 64 Figure 2.22. Regression lines comparing parameter values measured with software C with those measured with software D. Crossed comparison. ..................................................................................................... 65 Figure 2.23. Spatially averaged values calculated with each system (crossed comparison) as a function of frequencies, for the acoustic parameters: T30, EDT, TS, C80, D50, G, LJ, JLF, IACCE and IACCL. .......................................................................................................................................................................................................... 69 Figure 2.24. Mean differences found between spectrally averaged values of the acoustic parameters calculated with each software tool compared point-by-point (crossed comparison). The error bars represent the standard deviation of these averages. ............................................................................................... 70 Figures in chapter 3 Figure 3.1. Flow chart of the methodology applied for the acoustic characterisation. ............................ 81 VII Figure 3.2. (a) Room impulse response, RIR; and (b) energy time curve, ETC, with Schroeder’s integral (thick line) calculated with noise compensation. (All measured at the receiver point R3, for source S1, filtered at 1 kHz in the Cathedral of Malaga). ....................................................................................... 82 Figure 3.3. Energy decay curve estimated by means of the truncation method, while considering several percentages of noise tail for the same room impulse response: 25% (green), 50% (blue), and 75% (red). .......................................................................................................................................................................... 83 Figure 3.4. EDC my means of applying the truncation method (EDCT, green), the truncation with compensation method (EDCT + C, blue), and the subtraction method (EDCS, red), for the same signal. ............................................................................................................................................................................................ 84 Figure 3.5. Audience/congregation areas under the influence of various source positions, which are defined in accordance with liturgical and cultural uses of the cathedrals and subdivided in separated zones of use while taking into account their spatial arrangement, which determines the source visibility. ........................................................................................................................................................................ 87 Figure 3.6. Measurement chain used for the acoustic characterisation. ......................................................... 88 Figure 3.7. Geographical location of “El Majuelo” (bounded by the red line). .............................................. 89 Figure 3.8. Measurement session of calibration signals in “El Majuelo” park. ............................................. 90 Figure 3.9. Impulse response (left); and asociated spectrum (right), measured as calibration signals in the park “El Majuelo” (Configuration 3, 125°). ...................................................................................................... 91 Figure 3.10. (a) Ground plan of the Cathedral of Malaga: Designed by Hernán Ruiz II (1985; Source: Ministerio de Cultura. Archivo General de Simancas. MPyD. 68-113); and (b) drawing by Antonio Ramos (1782; Source: Archivo de la Catedral de Málaga)..................................................................................... 95 Figure 3.11. Cathedral of Malaga: (a) Geometrical data; (b) longitudinal section, along the line depicted in the ground plan, showing the height from the floor of each source; (c) ground plan with the source positions (S), the receiver points (R), the pew area in grey, and the various zones of influence of each source delimited by different colours. ....................................................................................... 97 Figure 3.12. Inner views of the Cathedral of Malaga: (a) View of the high altar; (b) panoramic view from the top of the choir; (c) choir seating. (d) detail of column, capital and stained-glass windows; (e) detail of the vaults, columns and walls of the presbytery; (f) central nave, a view from the retrochoir; and (g) organs. .................................................................................................................................................. 98 Figure 3.13. Photo archive, some celebrations and cultural events held in the Cathedral of Malaga: (a-c) Masses and concerts with the sound source located at the high altar; (d) chorus singing in the choir; (e) organ concerts; (f); Municipal band in the retrochoir. ....................................................................... 99 Figure 3.14. Photo archive, pictures of the measurement session in the Cathedral of Malaga. Sourcereceivers appearing in the pictures: (a) and (b) S1; (c) R7; (d) and (i) S4; (e) S1-R2; (f) S1-R5; (g) S2; (h) R3; and (j) S1-R1. ................................................................................................................................................... 101 Figure 3.15. INR measured values. All reception points under the influence of each source positions are considered. ....................................................................................................................................................................... 102 VIII Figure 3.16. (a) T30 parameter, and (b) EDT parameter versus frequency octave bands for the various zones: Zone A, high altar; Zone B, choir; Zone C, transept and lateral high altar; Zone D, lateral choir; Zone E, retrochoir; and Zone F, ambulatory. Optimum recommended values for T30 and standard-error bars for EDT are also shown. ................................................................................................. 104 Figure 3.17. (a) Spectrally and spatially averaged G; (b) spectrally and spatially averaged C80; (c) spectrally and spatially averaged JLF; and (d) averaged STI, for the various sources in each zone of use. ............................................................................................................................................................................................... 105 Figure 3.18. 3D model created with SketchUp. ....................................................................................................... 109 Figure 3.19. Modelling of vaults, domes, arches and columns: (a) Interior view of the upper gallery of the cathedral; (b) initial geometrical model; and (c) final simulation model. ...................................... 109 Figure 3.20. Modelling of the main nave: (a) Interior view of the main nave of the cathedral; (b) initial geometrical model; and (c) final simulation model. ................................................................................ 110 Figure 3.21. Measured (above) and simulated (below) directional maps filtered at 2 kHz for receiver R5 with source S1, together with the image source model and the specular echogram, of the firsts 100 ms. ................................................................................................................................................................... 112 Figure 3.22. Geometrical 3D model created to simulate the acoustic fields of the cathedral: (a) 3D view of the model with materials assigned; (b) longitudinal section; (c) cross section; (d) ground plan; and (e) three-dimensional perspective of the acoustic model. ............................................................. 113 Figure 3.23. Measured and simulated spatial average versus frequency for each source position S1, S2, S3 and S5, for G, C80, JLF and EDT parameters (on the left) and their spatial dispersions assessed in terms of standard errors versus octave bands (on the right)...................................................................... 116 Figure 3.24. Percentage of receivers with absolute differences between measured and simulated values < 1 JND, between 1-2 JND, between 2-3 JND, and > 3 JND, for G, C80, JLF and EDT acoustic parameters, in the six octave bands and calculated for source positions S1, S2, S3, and S5............... 117 Figure 3.25. Simulation mappings of the C80 parameter at 1 kHz, for source positions S1, S2, S3, and S5, together with the histograms associated with each mapping (relative to the area of influence marked by a solid line in each case), which show the percentage of values that belong to each class (left vertical axis) and the cumulative percentage (right-hand vertical axis). .......................................... 118 Figure 3.26. Simulation mappings of the STI index, taking into account the background noise, for S1, S2, S3, and S5 source positions together with their associated histograms (relative to the influence area marked by continuous line in each case) in which the percentages of values that belong to each class are shown (left vertical axis), and the cumulative percentage (right-hand vertical axis). ....... 119 Figures in chapter 4 Figure 4.1. Ground plan of the six cathedrals studied. ......................................................................................... 132 Figure 4.2. Interior view of the six cathedrals studied: CA, CO, GR, JA, MA, and SE. ............................... 134 Figure 4.3. Examples of the sound source positions characterised during measurement sessions: Source position at the high altar in the cathedral of Cordoba (CO_SA); source placed on the pulpit in IX the cathedral of Malaga (MA_SP); source position in the choir in the cathedral of Cadiz (CA_SC); and source position next to the organ in the cathedral of Jaen (JA_SO). ............................................................... 135 Figure 4.4. Ground plan of the six cathedrals studied, including source and receiver positions used in their characterisation and the zones of use delimited in each cathedral. .............................................. 136 Figure 4.5. Omnidirectional/figure-of-eight microphone (left) and dummy head (right) used during the measurement sessions. .............................................................................................................................................. 137 Figure 4.6. Monaural and binaural room impulse responses measured at one receiver point placed in the ZC in MA cathedral when the source was located at the high altar (SA). ....................................... 138 Figure 4.7. Background noise spectrum measured in all cathedrals during the measurement sessions on NCB curves. ..................................................................................................................................................... 139 Figure 4.8. Mean impulse-to-noise ratio (INR) achieved in the cathedrals studied with the source located at the high altar (SA). .......................................................................................................................................... 139 Figure 4.9. Spatially averaged values of the reverberation time, measured when the sound source is located at the high altar (SA), on the symmetry axes of the cathedrals. ...................................................... 140 Figure 4.10. Spatially averaged values of the reverberation time, measured when the sound source is located at the high altar (SA), on the symmetry axes of the temples. ....................................................... 141 Figure 4.11. Correlation between the measured values of energy parameters used to assess speech clarity and the measured values of the STI, together with the subjective rating scale estimated for these spaces. All source-receiver combinations measured in the six studied cathedrals are considered. ............................................................................................................................................................................... 142 Figure 4.12. Correlation between the measured values of parameters used to assess the spatial impression and the subjective level of sound. All source-receiver combinations measured in the six cathedrals studied are considered. ............................................................................................................................... 143 Figure 4.13. Acoustic parameter values, spatially and spectrally averaged, measured for each source position in the six cathedrals studied. ......................................................................................................................... 146 Figure 4.14. Acoustic parameter values, spectrally averaged, measured at each receiver point for each source-receiver combination in the six cathedrals studied, as a function of source-receiver distance. .................................................................................................................................................................................... 147 Figure 4.15. Variations of acoustic parameters by comparing averaged values obtained when the source is located at the organ (SO) and at the high altar (SA) at the same receiver points. ............... 148 Figure 4.16. C80m values versus source-receiver distance in the six cathedrals studied, measured values (dots) and calculated values from the µ model (solid line) with the source located at the high altar (SA). .................................................................................................................................................................................. 150 Figure 4.17. Spectrally averaged values of energy parameters (D50m, Tsm, and Gm) versus sourcereceiver distances in JA cathedral: measured values (dots) and calculated values from the µ model (solid line), for three source positions: SA (upper row), SP (middle row), and SC (lower row)....... 152 X Figure 4.18. Spectrally averaged measured values of: C80m versus TSm; C80m versus C50m; EDTm vesus TSm; and TSm versus C50m Their linear regression lines and coefficients are also given. ........................ 153 Figure 4.19. Graphical representation of the calculation the partial indices for music and for speech. ....................................................................................................................................................................................................... 154 Figure 4.20. Overall synthetic indices for music (PMusic) and for speech and singing (PSpeech) calculated in each cathedral according to each source location. Results from Berardi and Kosala are also included. .......................................................................................................................................................................... 159 Figure 4.21. Overall synthetic indices (GI) for music, and for speech and singing, by considering all source-receiver combinations in each cathedral. Results from Berardi and Kosala are also included. ....................................................................................................................................................................................................... 159 Figures in chapter 5 Figure 5.1. Interior views of the surveyed churches. ............................................................................................ 171 Figure 5.2. Ground plans of surveyed churches including source and receiver positions, represented by capital letters and numbers respectively. A* represents the position of the priest according to “old style” liturgy, and in the subsequent text will be referred as A1 when source aims at the congregation and A2 when it aims at the altar. ....................................................................................................... 172 Figure 5.3. 3D geometrical models of the churches. ............................................................................................. 174 Figure 5.4. Measured and simulated centre time values, averaged over mid-frequency bands (500 and 1 kHz), in the six churches at each source-receiver combination. Error bands represent the just noticeable difference (JND) at each point, calculated as the 8.5% of the measured value [19]. ....... 176 Figure 5.5. Mid-frequency EDT values, normalized for each church by dividing by the corresponding mid-frequency T30 mean value, plotted as a function of normalized source-receiver distance obtained dividing actual distance by the average distance for each church. ............................................. 179 Figure 5.6. Plot of TS values (at 1 kHz) as a function of source-receiver distance in a selection of the surveyed churches in: simulated unoccupied conditions (), simulated occupied conditions (), and occupied conditions calculated using unoccupied values corrected with T30/13.8 value (). ....................................................................................................................................................................................................... 181 Figure 5.7. STI values calculated for unoccupied (full symbols) and occupied (empty symbols) at each receiver point exposed to direct sound (receiver 1m not included) in each church. .................. 183 Figure 5.8. Simulated STI values obtained at each receiver point with the source located at the High Altar (A1 facing audience and A2 facing the Altar) and on the pulpit (D1). ............................................... 186 Figure 5.9. Comparison of directional intensity maps calculated at 2 kHz octave band and referred to the first 50 ms after direct sound arrival, for receiver 14 in GES as a function of different source position. Time plot is also added for each map, with squared pressure plotted in arbitrary (and normalized) scale. The origin of the directional plot is always located at the source position, so that vertical plane contains both source and receiver. Capital letters are added to ease finding a correspondence between the time plot and the spatial plot. ............................................................................ 187 XI LIST OF TABLES Tables in chapter 2 Table 2.1. Background noise spectrum in octave bands and global levels. ................................................... 36 Table 2.2. Frequency bands used for spectrally averaged values and just noticeable differences (JND) of the objective room acoustic parameters. .................................................................................................... 38 Table 2.3. Evaluation of the concordance according to the Intraclass Correlation Coefficient (ICC). 39 Table 2.4. Standard deviations found at each parameter (mean value in all frequency bands) when analysing the RIR measured at one receiver point with each software in extreme repeatability conditions, both in absolute terms and in terms of JNDs. ...................................................................................... 40 Table 2.5. Average relative error made in measurements considering each factor separately. .......... 41 Table 2.6. Mean values and standard deviation for those parameters whose relative error exceed the 5 percent threshold. ........................................................................................................................................................ 43 Table 2.7. Intraclass correlation coefficient (ICC) obtained for the acoustic parameters, grouped according to the systems that calculate them. Lower limit (LL) and upper limit (UL) of the confidence interval (CI) are shown.................................................................................................................................. 44 Table 2.8. Pearson’s r coefficient obtained for the study of the correlation between system A and the system indicated. ..................................................................................................................................................................... 44 Table 2.9. Levene’s test for equality of variances and ANOVA statistical significance for the study of the mean differences of the parameters as a function of the measuring system. ....................................... 52 Table 2.10. Number of items of data (%) in which the parameter values measured with software tools B, C, and D differ by less than 0.5 JND (thereby considered equal), or differ by more than 1 JND (thereby considered different) when comparing with values measured with software A. Frequency bands from 125 Hz to 4 kHz and all receiver and source positions have been taken into account. ... 54 Table 2.11. Maximum variance found between spatially averaged values calculated for each parameter considering the four software tools (15 receiver points and 2 positions of the sound source are included). Mean values obtained by averaging the spectral results calculated with the four software tools are given as a reference. Individual analysis. ..................................................................... 55 Table 2.12. Crossed comparison. Intraclass correlation coefficient (ICC) obtained for the acoustic parameters, grouped according to the systems that calculate them. Lower limit (LL) and upper limit (UL) of the confidence interval (CI) are shown. ......................................................................................................... 58 Table 2.13. Crossed comparison. Pearson’s r coefficient obtained for the study of the correlation between system A and the systems indicated. ........................................................................................................... 59 Table 2.14. Number of items of data (%) with discrepancies greater than 1 JND depending on the grouped frequency band considered and calculated independently for each parameter and software. ...................................................................................................................................................................................... 66 XII Table 2.15. Number of items of data (%) in which the parameter values measured with software tools B, C, and D differ by less than 0.5 JND (thereby considered equal) or differ by more than 1 JND (thereby considered different) when comparing with values measured with software A. Frequency bands from 125 Hz to 4 kHz and all receiver and source positions have been taken into account. Crossed comparison. .............................................................................................................................................................. 67 Table 2.16. Maximum variance found between the spatially averaged values calculated for each parameter considering the four software tools (15 receiver points and 2 positions of the sound source are included). Mean values obtained by averaging the spectral results calculated with the four software tools are given as a reference. Crossed analysis. .......................................................................... 68 Table 2.17. Counting of differences (%) found between parameter values calculated with MLSSA and each of the other four systems at receiver R4, considering two positions of the source and frequency octave bands from 125 up to 4 kHz. .......................................................................................................... 71 Tables in chapter 3 Table 3.1. T30 values calculated on the EDCs estimated by means of the truncation method, while considering several percentages of noise tail for the same room impulse response. ............................... 83 Table 3.2. Zones of influence of each source position. ............................................................................................ 87 Table 3.3. Calibration measurement details. ............................................................................................................... 91 Table 3.4. Source positions considered and their associated receivers with direct sound in the various listeners’ zones. ..................................................................................................................................................... 100 Table 3.5. Background noise spectrum. ...................................................................................................................... 102 Table 3.6. Subjective listener aspects, associated to each acoustic parameter together with subjected bands for averaged values, and just noticeable differences. ........................................................ 103 Table 3.7. Summary of the spectral average of the acoustical parameters measured for each source. ....................................................................................................................................................................................................... 105 Table 3.8. Typical range of acoustic parameters, frequency averaged for worship spaces, with volumes greater than 25,000 m3 compared to measurements of Malaga Cathedral. Data collected from references [8, 10, 73, 74] and internal report. All data for the source in the high altar (S1). . 107 Table 3.9. Synthetic indexes by Kosala [76], W, and by Berardi [77], P, calculated for all sources of the Cathedral of Malaga and for each source individually. ................................................................................ 108 Table 3.10. Spatially averaged measured reverberation time (T30), for each frequency octave-band, used in the tuning process of the model, and their adjusted values. The differences are expressed in terms of JNDs. ......................................................................................................................................................................... 110 Table 3.11. Absorption coefficients for each frequency octave band and colour of the materials defined for the acoustic simulations. ........................................................................................................................... 114 XIII Tables in chapter 4 Table 4.1. General data of the cathedrals studied. ................................................................................................. 133 Table 4.2. Zones of influence of each source position, including the cathedrals where the corresponding source position has been characterised. ..................................................................................... 137 Table 4.3. Number of source positions and source-receiver combinations characterised in each cathedral, and number of room impulse responses analysed for their acoustic study. ........................ 138 Table 4.4. A-weighted equivalent continuous background-noise level (LAeq) registered* in each cathedral during the measurement sessions. .......................................................................................................... 139 Table 4.5. Spatially and spectrally averaged values of the reverberation time (T30m) in seconds (s), measured in each cathedral with the sound source placed at various positions. .................................... 141 Table 4.6. Spatially and spectrally averaged values of the acoustic parameters measured in each cathedral, with the sound source placed at the high altar (SA). ...................................................................... 144 Table 4.7. Spatially and spectrally averaged values of the acoustic parameters measured in each cathedral, with the sound source and the receiver points placed in the choir (SC and Zone B respectively). GR is omitted since its choir was removed from the central nave in the 20th century. ....................................................................................................................................................................................................... 149 Table 4.8. Values of the µ parameter in the six cathedrals studied and the coefficient of determination of the adjustment. .................................................................................................................................. 151 Table 4.9. Coefficient of determination (r2) between pairs of parameters analysed. Bold values correspond to r2 > 0.6. ........................................................................................................................................................ 154 Table 4.10. JND values, weights, and optimal ranges for music and speech and singing of each acoustic parameter used for the calculation of the global indices of cathedrals. ..................................... 155 Table 4.11. Partial index (ij) definition of each parameter (denoted by j), used for the calculation of the global indices of cathedrals for the quality assessment of music and for speech and singing. .. 156 Table 4.12. Spectrally and spatially averaged values of the acoustic parameters, together with their partial indices, both for music and for speech and singing, associated to each source position, as well as the overall calculation for all source positions (A), in each cathedral. .......................................... 157 Table 4.13. Synthetic indices, both for music (PMusic) and for speech and singing (PSpeech) calculated following the proposed methodology for the six cathedrals studied, both for each source position separately, and for all of the source-receiver combinations characterised (the global index including all the sources is denoted by GI). ................................................................................................................................... 158 Tables in chapter 5 Table 5.1. Summary of the main geometric data of each church. ST is the total surface area SF is the total floor area, SPews is the area covered by pews at the time of the survey, and Socc is meant as the floor surface likely covered by the congregation. .................................................................................................. 170 2 | Acoustics of large worship places This page was left intentionally blank Chapter 1: Introduction | 3 1.1. Introduction The United Nations Educational, Scientific and Cultural Organisation (UNESCO) recognises sounds as part of our intangible cultural heritage, and identifies its preservation as a priority, in that it considers that activities focused on heritage science and/or cultural heritage research to have a strong social, cultural, environmental and economic impact. In this context, a national research project founded by the Ministry of Science and Innovation, entitled “Acoustics of cathedrals: A scientific contribution for the recovery of Cultural Heritage” (ref. BIA2010-20523) 1 was developed during the triennium 2011-2013, within the research group TEP-130: Acoustics, Heritage and Sustainability: Acoustics, Lighting, Optics and Energy 2 of the University of Seville. The project was directly supported by the Ministry of Culture of Spain, with the aim of complementing the National Plan of Cathedrals with the findings of this research, and by the Regional Council of Culture of the Junta de Andalucía, which also showed great interest. In the context of Intangible Cultural Heritage, the project was strongly related with the Atalaya project 3 which seeks the recovery of the musical heritage in Andalusia associated with its cathedrals. The Atalaya project was led by the Baroque Orchestra of Seville, which together with other non-contributory supporting organisations (EPOs), provide an important support for the project, with the indispensable support from the councils of each of the cathedrals that constitute the sample studied. This line of research has enjoyed continuity thanks to the project “Recovery and diffusion of intangible cultural heritage of Andalusian cathedrals through the acoustic valuation of their ephemeral architecture” (CEI 2014/731, 2014-2015)1, and more recently with the project “Acoustics and virtual reality in Spanish cathedrals: Strategic innovation applied to intangible heritage towards a European cultural identity” (BIA2014-56755-P, triennium 2015-2017) 4 , which is currently being developed. This dissertation is directly derived from the aforementioned research projects. Specifically, the research work developed in this doctoral thesis aims to study the acoustics of large worship places, focusing on the acoustics of the Andalusian cathedrals, the group of sacred sites visited by the largest and most diverse group of people in our region. These buildings were conceived not only as places of worship, but also as places of celebration and commemoration, where, in the present days, liturgical events and also music and drama performances are held on a regular basis. Without a doubt, cathedrals form an essential part of Europe’s cultural, architectural and artistic heritage, whereby their sound constitutes a major part of their architectural atmosphere and of their majestic character. For this reason, cathedral acoustics represents an aspect of Spanish cultural heritage that should be safeguarded, since it is in danger of being altered as a result of architectural deterioration and of changes that occur during restoration work. Following this general goal, this thesis is intended as valid extension in the scope of the knowledge provided by other research projects of a similar nature focused on other worship places, which mostly belong to other periods, architectural styles and/or religious orders. 1 http://institucional.us.es/acuscate/ 2 http://grupo.us.es/grupotep130/ 3 http://institucional.us.es/atalaya/ 4 http://grupo.us.es/acurevica/ 4 | Acoustics of large worship places Such research requires a multidisciplinary approach that draws knowledge and methodologies from the fields of science, engineering, architecture, and history in order to preserve the acoustic environment of cathedrals so that their heritage character can be strengthened through the incorporation of the acoustic assessment as a new and original form of identification, thereby increasing both the scientific and historical knowledge and the digital heritage of the sites studied. The researchers who have supported the development of this doctoral thesis are members of the research group TEP-130, a multidisciplinary group attached to the University Institute of Architecture and Construction Sciences (IUACC) of the University of Seville, which is based in the Higher Technical School of Architecture. This group, which boasts more than 30 years of experience in room acoustics, includes 36 researchers (22 of whom hold PhDs covering a wide variety of disciplines) of the Departments of Applied Physics II, Applied Physics III, and Architectural Construction I, with extensive and productive careers in research. 1.2. Background of the research group on the topic Over recent decades, a great part of the activity developed by the research group TEP- 130 of the University of Seville has been focused on heritage buildings. In particular, the research line on room and building acoustics has centred on theatre, auditorium, and church acoustics. The aforementioned topics have been developed simultaneously throughout the years, propitiating the development of a robust and reliable research methodology to deeply analyse the acoustic behaviour of a diverse range of buildings in an efficient and effective way. Specifically, the research question proposed for this doctoral thesis has its antecedents in several research projects and investigative pieces of work on church acoustics addressed in the last 30 years. Since the 80s, both the legislative framework and the succession of major national and regional plans for the recovery and the rehabilitation of the architectural heritage have highlighted the growing interest in this area and propitiated research in this regard. Investigations concerning this issue were also motivated by the apparent unconcern for the acoustics of worship places, where cultural events were increasingly common. Several researchers conducted detailed studies of the evolution of the acoustic conditions in the Christian churches [1, 2]. The first work on refurbishment and acoustic conditioning of churches was carried out in the late 1980s and 90s [3, 4] of which the following studies are worthy of note: the acoustic conditioning of the Renaissance church of Hospital de las Cinco Llagas (Seville) as plenary chamber of the Parliament of Andalucia [5]; the refurbishment of the old Gothic Mudejar church of El Carmen as a theatre (Velez-Malaga) (Figure 1.1) [6]; the church-auditorium of San Francisco de Baeza (Baeza, Jaen) [7]; and the church-auditoria of La Compañía de Jesús (Jerez de la Frontera, Cadiz) [8]. These pieces of work are underpinned by a common methodology, consisting, in a first step, of a previous theoretical study through classical room-acoustics formulae, followed by the outline of a series of proposals for acoustic rehabilitation to adapt the acoustic behaviour of the churches to the various uses of the space, and, finally, of the performance of in-situ measurements to assess the effectiveness of those proposals. Chapter 1: Introduction | 5 In order to measure the reverberation time, the integrated impulse response method is employed, by using a shot as the excitation signal, and, the speech intelligibility parameters were estimated by application of the RASTI method, whereby the Bruel & Kjaer equipment type 3361 was utilised. Some of the aforementioned studies were part of the Andalusian Theatres Rehabilitation Programme, in which some of the leading researchers of the group participated as acoustic consultants for more than 15 years. This research also resulted in the doctoral thesis of Ángel Luis León [9-12]. Scientific and technological advances have enabled the analysis methodology to go a step further: on the one hand, by extending the use of maximum-length sequence signals (MLS), which allowed the application of the fast Hadamard transform (FHT) in the calculation of the RIRs of a space; and, on the other hand, by improving and generalising computer simulation techniques for room acoustics. Thus, the methodology for the acoustic characterisation of churches was refined by incorporating these techniques in the research project on the acoustics of an extensive set of Mudejar-Gothic churches of Seville [13, 14]. Specifically, the MLSSA acoustical measurement system was used to generate the MLS excitation signals and also to register and analyse the RIRs of the churches, from which several acoustic parameters related with different subjective acoustic aspects could be calculated [15, 16]. Furthermore, working with such a large sample allowed a correlation study to be performed in order to ascertain the minimum room acoustic parameters necessary for a suitable description of this acoustic field [17]. By assuming the common typology of the churches under study, an analytical model capable of describing their interior sound field depending on the source-receiver distance was proposed [18-21]. The so-called μ model was formulated on the basis of Barron's revised theory for concert halls, through the introduction of an additional attenuation of the sound-energy density level depending on the distance, which was justified by the first reflection patterns found on those religious sites. The attenuation is quantified by the μ coefficient, which is directly deduced from the measured values of sound clarity (C80). Figure 1.1. Theatre El Carmen (Velez-Malaga) after the refurbishment: (a) ground plan; (b) interior view from the stage; and (c) interior view from the back of the setting area. (Alda F., (1995), http://www.juntadeandalucia.es) b a c 6 | Acoustics of large worship places Moreover, the experimental measurements registered in the Mudejar-Gothic churches were used for a comprehensive study of the different methods to measure speech intelligibility [22-25]. Experimental analyses on the acoustics of Mudejar-Gothic churches, was complemented through simulation techniques. Both the procedure of the adjustment of the 3D models used for the acoustic simulation, and the validation process of the simulated results, are based on a comparison between measured and simulated parameter values, in order to ensure the reliability of the simulation, which is performed by using the acoustic simulation software CATT-Acoustic [26-28] (Figure 1.2). In addition to the numerous scientific publications regarding the acoustics of Mudejar-Gothic churches, this research formed the central topic of the doctoral thesis of Miguel Galindo, who is one of the supervisors of this doctoral thesis [29]. Figure 1.2. Santa Marina church (Seville): (a) ground plan with source and receiver points [28]; (b) simulation model [28]; (c) simulated echograms at position 15 in the central nave [21]; and (d) definition, clarity, and RASTI versus source-receiver distance [26]. a b 10m Y Z X Y X Z A0 01 02 03 04 05 0607080910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20212223 Audience:192m² Open model 10m Y Z X Y X Z A0 01 02 03 04 05 0607080910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20212223 Audience:192m² Open model 10m Y Z X Y X Z A0 01 02 03 04 05 0607080910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20212223 Audience:192m² Open model c d Chapter 1: Introduction | 7 The same simulation procedure was applied in a detailed study of the acoustics of the unique Mosque-Cathedral of Cordoba, focused on the analysis of the peculiarities of its differentiated liturgical spaces. Simulation techniques were used not only to assess the acoustic behaviour associated with each stage of its architectural transformation over the years [30, 31] but also as a powerful tool for analysing several proposals for acoustic intervention [32]. That study was part of the doctoral thesis of Rafael Suárez [33], and is a clear antecedent of the research topic proposed in this dissertation. Despite not belonging to the research line on church acoustics, the project on the acoustic quality in concert halls and auditoria, developed in coordination with other Spanish universities during the three-year period 2003-2006, resulted in a significant improvement in the measurement procedures: exponential sweep signals were generated and analysed by using the acoustic software WinMLS-2004, which provided greater noise immunity and robustness in the acquisition and processing procedures. In addition, the equipment was purchased for the registration of the B-format impulse responses, which provide a vector description of the sound field. As part of this project, the acoustic field of 9 Andalusian auditoria was analysed through both measured and simulated RIRs [34-41] and a statistical study of the subjective response of the audience, based on in-situ surveys, was carried out to find its correlation with objective parameters [42-44]. Research on this topic is still being conducted, and several publications have recently been published in this regard [45, 46] including the doctoral thesis of a member of the research group, Pedro Bustamante [47]. The measurement technique refined in the aforementioned research projects, along with the sound field prediction procedures which have been previously described, are currently used, with small adjustments and updates, in the acoustic characterisation of heritage buildings. The complete methodology has led to excellent results in churches varying in size, typology and architectural style [48, 49]. For instance, such methodology recently was applied for the analysis of the acoustics of religious architecture of M. Fisac [50, 51] including the assessment of several acoustic rehabilitation proposals [52], as part of the doctoral thesis of Ana M. Bueno [53]; and, more recently, in several Sevillian Baroque churches [54, 55] a research part of the dissertation (under developed) of Enedina Alberdi. Moreover, the methodology is currently being applied to the acoustic study and reconstruction of the Roman theatres located in Spain [56, 57], which poses a new challenge when dealing with open spaces (Figure 1.3). That research work forms part of the doctoral thesis (under development) of another member of the group, Ángel Álvarez. The growing interest in recent years in preserving sound as part of the Intangible Cultural Heritage, whose importance was highlighted by the UNESCO through the Horizon 2020 programme, has fostered the funding of 3 research projects on the acoustics of cathedrals, which constitute symbols of our culture and tradition. The first of these research projects, in which this doctoral thesis is framed, focused on the study of the current acoustics of 6 Andalusian cathedrals. The project enabled both the adjustment and the optimisation of the methods and procedures discussed above, for their adaptation to the acoustical study of these large reverberant spaces [58-60] with the aim 8 | Acoustics of large worship places of the preservation and analysis of their acoustic environment, through the combination of experimental and simulation techniques [61-66]. This approach also allowed the study of their acoustic characteristics through the centuries [67] and the assessment of proposals to adequate their acoustic characteristics considering the multifunctional character of the space [68-71]: an issue that is being further developed by another member of the research group, Alicia Alonso, as part of her doctoral thesis. Difficulties arose during modelling when dealing with this kind of building, due to the lack of documentation on the acoustic properties of certain materials typically found in churches, caused by the impossibility of being characterised by following traditional procedures because of their heritage character. This issue motivated a one-year research project on the acoustic valuation of the ephemeral architecture used in cathedrals for festive decorations and of those materials whose absorption coefficients present greater uncertainties [72-74] which served as a continuation of the aforementioned project. The latest project on the acoustics of cathedrals, which is currently being developed, not only adds two Spanish cathedrals to the sample, but also incorporates virtual reality techniques to perform listening tests so that the sound impression in the interior of the temples can be subjectively evaluated. Furthermore, this research delves into the physical analysis of coupled spaces that presumably appear within the cathedrals, due to their architectural features. Finally, it should be noted that the wide experience achieved in acoustic simulation techniques, thanks to the consecutive nature of these research projects, is also being applied in the acoustic study of cathedrals where in-situ measurements are impossible to carry out, either due to the lack of access is not possible [75, 76] or even because the temple has disappeared or undergone considerable transformation (technique used for the recovery of the acoustic heritage, which is commonly referred to as Archeoacoustics) [77, 78]. Figure 1.3. The Roman theatre of the archaeological site of Italica (Seville): (a) measured and simulated values of reverberation time and early decay time; (b) simulation model [56]. a b Chapter 1: Introduction | 9 1.3. Overview of worship acoustics Worship buildings represent a significant part of our history and culture, and therefore numerous disciplines, such as architecture, art, theology, and physics, have been involved in the study of such buildings over the years. Architecture has always had a major influence in worship from aesthetic, functional and liturgical perspectives, regardless of whether the temples are churches, mosques, synagogues, or any other worship place. As lighting or textures, the acoustic environment can affect the perception of the architectural space; however, acoustics has not always been considered a relevant factor in the design and construction of worship places. Since the pioneering studies published in the 1950s [79-81] numerous research studies on worship acoustics have striven to answer important and varied questions: What does a church sound like? What influence has its sound had on the evolution of both music and liturgy? What acoustics do listeners expect of a worship place? Do the answers to these questions depend on the assorted purposes of the space and/or the faith they serve? Are these buildings actually suitable for more than just worship? These questions have been addressed from different points of view, through clearly multidisciplinary approaches: focusing on the physical aspects of sound; delving into the cultural symbolism of the building; studying, from the artistic point of view, its influence on architecture and music and vice versa; and even considering their implication from the point of view of faith. For more than three decades, an increasing amount of relevant research work has appear on the reverberation time and other acoustical properties (i.e. sound-pressure level, intelligibility) of several worship buildings belonging to different periods and religions, and, therefore, with different architectural features and styles [82-88]. These pieces of work, enriched by extensive research conducted on auditorium and concert hall acoustics [89-99], have generated substantial advances in understanding the interior acoustic behaviour of the various temples depending on their particular architectural characteristics. Nevertheless, it was the great advances in technology achieved in the 90s that led to new possibilities in the field of room acoustics and architecture, especially through the evolution of computers, not only by incorporating specific software tools able to register and process room impulse responses (RIRs), which, together with more reliable and robust transducers, caused significant improvements in digital measuring techniques [100- 103], but also by allowing the refinement of simulation techniques [104-111] which triggered a major technological breakthrough, that has now attained an efficiency capable of providing results in strong agreement with real acoustic conditions within enclosures. From an experimental point of view, most of the studies on worship acoustics incorporate procedures standardised in ISO 3382-1 [112] to register and process RIRs with acceptable results despite being designed for performance spaces [15, 30, 113-116]. However, research studies have highlighted the importance of providing specifically designed guidelines and methodologies for worship spaces in terms of conducting acoustic measurements [117] and also for modelling and acoustically simulating these spaces [28, 118], mainly due to their large volumes, complex geometries, and considerably high reverberation times, and to the necessity to bear in mind their cultural influence and heritage. 10 | Acoustics of large worship places It must be taken into account that RIRs describe the influence of the building on sound for a certain combination of source and receiver positions, and it is at this point where the first differences between the methodologies for the acoustic characterisation of performance and those for worship spaces appear. Since their construction, both liturgical and cultural events become part of the daily life of worship places, and therefore a great variety of types of sound sources (priests, preachers, musicians, singers…) and receivers (audience, congregants…) must be analysed depending on the use of the temples, whose position clearly differ of those commonly considered in concert halls, auditoria, and theatres. The relevance of the this issue has been particularly evident in experimental campaigns conducted in large places of worship, such as cathedrals [119], and have recently been addressed through measurement and simulation techniques [59, 120-125]. The method for registering and analysing impulsive responses follows the same procedure as for other type of spaces. In fact, the same processing algorithms and the same objective parameters derived from the measured impulse responses are used in their acoustical characterisation. However, certain nuances are necessary. Bearing this fact in mind, statistical methods were applied in order to establish the orthogonality in the acoustic parameters measured in catholic churches [17, 126] ] with the aim of determining the most representative parameters for the acoustical characterisation of these buildings. Along these lines, several authors have proposed global indices to evaluate the acoustics of churches [127-132] and have made efforts to represent a good compromise between synthesis and communicability of their acoustic behaviour. In the calculation of these indices both objective parameters and subjective preferences are involved in an attempt to "qualify" the acoustics of the churches. It should also be emphasised that the geometrical characteristics of these spaces, such as the presence of numerous and enormous columns, large side chapels, and huge transepts, produce "subspaces" within the main volume that have led to investigations about the influence of coupled spaces in the acoustic behaviour of spaces [31, 82, 133-136]. Additionally, with the aim of providing an insight into the understanding of early energy in churches, experimental values were used to proposed analytical models based on Barron’s theory [21, 137] and/or on classic coupled-volume theory [138] capable of predicting energy decay in their interior more accurately, being also compared with the aim of generalised it use [139]. Further to describing the physical aspects of the interior sound field, the acoustic parameters defined in the standard are related to subjective aspects of the listeners. Nevertheless, both correlations between subjective and objective acoustical measures [140] and the acoustic preferences in worship places are presumably different from those found in performance spaces, since acoustic preferences can vary depending on the listener’s experience as well as their cultural background [141]. Therefore, the subjective aspect is another point where great differences in the acoustics assessment of worship places and that of other spaces appear. In this regard, two research questions have been addressed: From a scientific perspective, one of the big questions is to determine the just noticeable differences (JNDs) associated with each parameter in worship places, as they presumably differ from those values determined in performance spaces, due not only to the physical characteristics of temples, such as their high reverberation time, but also to the expec- Chapter 1: Introduction | 11 tations of listeners in these spaces. The use of the values of the JNDs is widespread in room acoustics, and is essential, for instance, in the quantification of the differences between measured and predicted values to validate the reliability of the acoustic models used in simulations [28, 142, 143]. Despite the importance of this subject, this issue has been addressed in Catholic churches only by Martellotta [144] through listening tests. In view of the above, JNDs established for concert halls and auditoria are commonly used in church acoustics [112, 145, 146]. The other major research question refers to the subjective preferences and recommended values of acoustic parameters, in an effort to assess whether these issues depend on the type of worship and/or the type of events that are held in these spaces. Up to this moment, subjective values used as a reference are those recommended for the favourable transmission of music and speech in concert halls and auditoriums [15, 147-149]. Although these values can offer a first overview of the acoustic quality of the space, the singular architectural characteristics of worship buildings clearly require further research in this regard, since emotional and cultural implications are completely different in worship places, and their highly reverberant character may affect the acoustic appreciation of the spaces. Several research studies have explored this issue through a variety of approaches in order to ascertain the relationship between subjective ratings and acoustical parameters, and to shed some light on the subjective preference of the listener conditions for speech and for different types of music in worship places. On-site subjective surveys have been successfully carried out in occupied churches and mosques [150-153], sometimes by using questionnaires designed for the assessment of the acoustics of concert halls [154]. However, this method is fraught with difficulties, and therefore listening tests in the laboratory are commonly used, by using auralization techniques based on the convolution of measured and/or simulated binaural impulse responses with appropriate anechoic recordings [155, 156]. Despite the aforementioned work, in order to reach the same point in the research of subjective acoustic perception in worship places as that in performance spaces, further research is needed: on one hand, it is necessary to expand the sample of temples tested, and advance further in the design of surveys by taking into consideration psychoacoustic factors present in worship places; on the other hand, development is required of a specific methodology for the execution of listening tests in churches to delve into the acoustic preferences and the spatial impression of the listeners in these spaces, since the correlation of these results with the objective parameters derived from the impulse responses can be analysed in detail. The findings of such investigations could also be useful in the establishment of specific designing recommendations for refurbishment or for new construction of worship places, since acoustic criteria are increasingly in demand in such enclosures [157]. All of the above is principally focused on the study of the current acoustic environment of worship places. But, what did they sound like in the old days? How did their architectural evolution affect their acoustics? What was the acoustic environment like in the major festivities held through their history? In this regard, the application of computer models, in addition to enabling the acoustic assessment of rehabilitation and intervention proposals prior to being implemented, which is key in heritage buildings [32, 52, 70, 158- 164], allows researchers to recreate the acoustics of the temples at different points in their 18 | Acoustics of large worship places Furthermore, in order to complete/support all the information presented in the aforementioned chapters, the following appendices are supplied: Appendix 1 includes the technical reports generated for the six Andalusian cathedrals, as well as a glossary which lists parameters and terms used in the characterisation, and provides their definitions and formulae; Appendices 2 to 5 contain previous conference papers concerning the research work developed throughout this doctoral thesis; and Appendix 6 lists the scientific publications derived from the doctoral thesis. Chapter 1: Introduction | 19 References in chapter 1 [1] Sendra J. 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Simulation of occupied conditions 5.3. Results 5.3.1. Effect of the occupancy 5.3.2. The effect of source position 5.4. Conclusions Historical churches represent an important cultural heritage that nowadays is often used in different ways compared to the original design. In fact, both the “new style” of the celebration (introduced after the Second Vatican Council) and the frequent use as multifunctional spaces ask for different acoustic conditions, also changing the nature and the position of the sound sources compared with the original usage. Most of the available measurement campaigns were carried out using conventional sound positions and unoccupied conditions. However, due to the widespread use of scarcely sound absorbing surfaces, the presence of congregation may change dramatically the acoustical conditions inside the churches, and further variations can be introduced by changes in source placement. In order to analyse such effects, acoustic simulations were performed using a commercial software tool, starting from calibrated models of six different churches. The presence of the congregation determined a significant improvement in monaural acoustical parameters, especially in reverberation which was strongly reduced in all cases. Conversely, spatial parameters showed negligible variations. As variations in reverberation time were predicted with good accuracy by Sabine’s formula and variations in centre time were in agreement with diffuse field theory, a simplified method to estimate occupied parameters from unoccupied values was proposed. Finally, the original acoustic conditions were simulated by placing a source with human talker directivity in front of the altar facing both the congregation and the main altar, and, where available, on the pulpit facing the congregation. When the priest turned his back to the congregation speech intelligibility dropped in all the churches, particularly where the reflecting surfaces of the apse were at greater distance. The pulpit position provided better results, however in most of the cases they were simply due to the shorter source-receiver distance. 168 | Acoustics of large worship places This page was left intentionally blank Chapter 6: Summary and conclusions | 193 Chapter 6: Summary and conclusions 6.1. Summary and conclusions 6.2. Direction of further research The present chapter reiterates the research questions explored in this doctoral thesis and summarises the findings derived from the study of the acoustics of large places of worship. It also presents the main conclusions drawn in connection to the research work previously discussed in the body of the thesis. Moreover, the contributions of the research work presented here are identified, and suggestions for further research into the acoustics of large places of worship on the basis on the results described are also introduced. 194 | Acoustics of large worship places This page was left intentionally blank Chapter 6: Summary and conclusions | 195 6.1. Summary and conclusions The research on acoustics of heritage buildings is based on the premise that sound is an essential part of our intangible cultural heritage, and therefore it must be preserved. In this regards, this doctoral thesis, which is framed within the national research project entitled “Acoustics of cathedrals: A scientific contribution for the recovery of Cultural Heritage” (BIA2010-20523), deals with the acoustic characterisation of large places of worship, and focuses on the analysis of the acoustic environment of six Andalusian cathedrals: one of the groups of heritage buildings most representative of the culture of our region. To accomplish that goal, this thesis uses a multidisciplinary approach to carry out an in-depth analysis on the acoustic behaviour of cathedrals, based on the combination of both advanced measurement methods and acoustic simulation techniques. Such a methodological approach is built on the wide experience of the research group TEP-130 of the acoustic characterisation and acoustical refurbishment of heritage buildings. Nevertheless, the methodological process applied has been slightly refined in order to achieve a greater level of accuracy in the acoustic characterisation of cathedrals, by taking into consideration the peculiarities of this group of buildings. The first task carried out involved a detailed study to ensure the high quality of the experimental method applied for the acoustic characterisation, by focusing on the measurement chain, specifically on those software tools used to register and process the RIRs. In this regard, a blind comparative study on the acoustic parameters obtained by using four widely utilised commercial software tools (ARTA, Dirac, EASERA, and WinMLS) was performed, both in general and in statistical terms. The particular importance of this study lies in the fact that the influence of the software tool on the parameter values is assessed in a isolated way, leaving aside the implication of any other element of the measurement chain. Furthermore, two of these software tools, EASERA and ARTA, had never before been part of any other international round-robin comparison, and several parameters had also been included for the first time in this type of study. Related to this issue the following conclusions were reached: Concerning reproducibility and repeatability:  The comparative study carried out provides an insight into the reproducibility and repeatability of room acoustic characterisation results, which is highly useful to ensure that the software tools tested have no influence on the acoustic characterisation of a room.  In this study, the average relative error committed on giving a parameter value stands at approximately 2% and has no dependence on the software tool used. The repeatability analysis also reveals negligible variations in perceptual terms with the four software tools (variations of the acoustic parameter values measured in the repetitions remain below 0.2 JND). 196 | Acoustics of large worship places Concerning the influence on the results of the software tool employed in the acoustic characterisation:  The individual analysis determines that the four software tools measure and process the RIRs equivalently, since the differences on parameter values employed to acoustically characterise a room by means of application of any of these tools remains below 1 JND in more than 91% of the cases, except for the G and LJ parameters. When the spatially averaged value of acoustic parameters is used for the characterisation of a room, then the results obtained by using any of the four systems are equivalent except for the aforementiond parameters G and LJ, and for EDT, C50, C80, and D50 at lowfrequency bands. Conversely, if spectrally averaged values are used for the characterisation, there is no statistically significant difference for any parameter (maximal variances are lower than 1 JND).  The crossed analysis reveals a very good strength of concordance for all parameters when processing the same set of RIRs with any of the software tools included in the study. Point-by-point differences between the results obtained with each tool are slightly reduced with respect to the individual analysis (differences below 1 JND in more than 94.3% of the cases). Moreover, negligible differences are encountered when characterising a room either with spatially or spectrally averaged parameter values.  To be able to ensure the interchangeability between systems, the .wav format is convenient only when dealing with omnidirectional RIRs, whereas the .tim format is recommendable when binaural or relative parameters (which involve two correlated RIRs) are required. Once this fundamental step was achieved, this research was able to go forward, and the complete methodology for studying the acoustic environment of cathedrals was refined through its application in the characterisation of the cathedral of Malaga, presented as a case study. Such methodology improved the acoustic characterisation of the space through appropriate adaptations performed both in the measurement procedure and in the virtual modelling process. In the work on this matter, the following conclusions can be drawn: Concerning measurement procedure:  Measurement and processing procedures of impulse responses have been optimized: the duration of the measurement process has been reduced by increasing the number of positions simultaneously characterised thanks to the incorporation of new microphones and new multichannel data-acquisition equipment (this implies the necessity of carrying out detailed documentation work of each measurement session); and both the manageability and data processing have been improved by using computational tools which entail minimum manual work and a more automated analysis process.  Having into consideration the monumental size of cathedrals, their architectural complexity, and the interior distribution of these spaces, the acoustic characterisation by zones has proved to be an effective strategy for the analysis of their acoustic Chapter 6: Summary and conclusions | 197 environment. Each zone must be delimited according to the area of influence of each source position located where the natural source would be placed, considering both liturgical and cultural uses of the temples. To this end, a minimum of 6 receiver points located throughout each zone are now known to be required in order to be able to draw meaningful conclusions.  The detailed analysis of the values of the acoustic parameters measured in the cathedral of Malaga has revealed that there are significant differences in the acoustic conditions depending on the zones and/or the source positions considered. Indeed, the choir and the retrochoir can be considered as singular spaces inside the cathedral, where the reduction of the perceived reverberation time, together with the increment of lateral reflections, favours the clarity of both music and speech, as well as the feeling of spaciousness and envelopment. On the virtual modelling process:  The application of virtual acoustic techniques constitutes another important objective of the methodology of analysis of the acoustic environment of cathedrals, since they are considered powerful tools to gain further understanding of their acoustic behaviour, and also enable the prediction, with reasonable fidelity, of other past, present, and future hypotheses. This thesis reaffirms that high-quality acoustic simulations yielding reliable results can be achieved for these huge religious sites, provided that appropriate adaptations are implemented in the standard modelling and calibration processes.  In pursuing the objective above, the virtual model created for the acoustic simulation of the cathedral of Malaga has been used to discuss how the proposed approach can be conveniently used with reference to the modelling of Andalusian cathedrals: o Regarding the modelling technique, both the simulation results and the computational costs obtained with different reduction rates of the virtual model were compared, in order to achieve a sufficiently accurate representation of reality with the least possible number of surfaces. Due to the monumental size and the architectural style of the Andalusian cathedrals, a reduction in the number of planes lies in a considerable simplification of the ceiling and columns, by using geometrically simpler forms, but by compensating the total area that they actually cover. Additionally, extreme simplification of lateral chapels is recommended to considerably reduce the number of polygons in the virtual model with clearly fewer consequences on results than the reduction of the zones neighbouring the audience area. Moreover, locations of the receivers in the geometrical model have proved to exert the highest influence on results. o The tuning process, applied to refine the simulation model of cathedrals, is based on an iterative process that includes three differentiated steps: the point-by- point comparison of measured and simulated parameter values; the inspection of omnidirectional RIRs and the specular echogram of the first 100 ms; andthe analysis from the 3D information from the B-format room impulse responses. Calibration, not only through parameter values, but also through the inspection of the RIRs ( especially through the 3D sound field information) has proven to be 198 | Acoustics of large worship places essential for detecting certain imperfections/inaccuracies in the model, and therefore, is extremely useful for improving the quality of the acoustic simulation. o Since has now been revealed that it is practically impossible to achieve a perfect agreement between measured and simulated RIRs due to the simplification of the actual architecture implied in the process, attention has been focused on keeping the divergences to a reasonable minimum. This research shows that, in the case of cathedrals, by taking into consideration the complexity of the space and the uncertainties associated with both measurement and simulation software tools, whether the differences on measured and simulated parameter values remain below 3 JNDs, then the simulation can be considered satisfactory. This methodology has been applied to several large places of worship in order to preserve their acoustic environment for posterity and to analyse their present acoustic behaviour through the RIRs measured in situ. Not only does such research increase the intangible heritage of each temple individually, but it also provides new valuable knowledge on the acoustics of one of the most important groups of heritage buildings of Europe, thereby highlighting the singularities of Andalusian cathedrals. The sample chosen for this research work involves the most representative Andalusian cathedrals from an architectural, cultural, and touristic point of view: the cathedrals of Cadiz, Cordoba, Granada, Jaen, Malaga, and Seville. The choir constitutes the key element in the spatial distribution of the interior of the Andalusian cathedrals. Located in the middle of the central nave, following the so-called "Spanish style" by the renowned architect Pedro Navascués, the choir fractures the enormous temple, fostering a peculiar use of the space. Through this observation, and considering the various liturgical and cultural uses of the studied temples, which are clearly conditioned by their common architectural features, five common source positions were established and six common zones of use/audience areas were delimited within each temple, so that data would be comparable and meaningful conclusions could therefore be drawn that could be applicable to similar buildings. Listed below are the main findings arising from the analysis of the experimental measures carried out in the Andalusian cathedrals: Concerning reverberation conditions:  The six cathedrals characterised are highly reverberant spaces (T30m values, measured with the sound source located at the high altar, varies from 4.73 s in the cathedral of Cordoba to 8.89 s in the cathedral of Cadiz), presumably due to their large volume and the predominance of the stone and other reflective finishing materials in their interior.  Previous research on reverberation conditions of large worship places (those with volumes greater than 25,000 m3) have led to a broad range of T30m values, which varies from about 2 to 12 s. In view of such a variation, it remains difficult to define a typical value of reverberation time in large worship places. Furthermore, these high values of reverberation time can be considered in excess of those typically recommended for music and those for speech transmission. However, since reverberation perception is Chapter 6: Summary and conclusions | 199 strongly influenced by psychoacoustic factors, especially when dealing with this kind of building, the prevision of preferable/recommended values becomes difficult. Concerning speech and music conditions:  A preliminary rating scale has been established for the room acoustic parameters that are commonly used to assess the perceived clarity of sound: TS, C50, D50 and C80. This scale is based on the study of the correlation of their measured values with the STI measured values, whose rating scale is widely contrasted and is commonly used in room acoustics. Although a corroboration with psychoacoustic studies is required, the rating scales are highly useful as a preliminary assessment of the perceived clarity of sound in Andalusian cathedrals.  In general, poor speech intelligibility is perceived in the main congregation/audience area (STI < 0.45 and D50m < 0.30) when the sound source is located at the high altar or in the choir, clearly due to the high level of perceived reverberation (EDTm from 6.65 s to 8.62 s), except in the cathedrals of Cordoba and Seville, where these values are nearly in the acceptable range. Furthermore, although music conditions in cathedrals are appropriate for organ music, which was specifically composed to be played in these highly reverberant spaces, the low C80m measured values (below -5 dB for the cathedrals of Cadiz, Granada, Jaen and Malaga) denote poor musical clarity for choral, chamber, and classical symphonic music.  The values of the parameters related with the perceived clarity of sound and speech intelligibility slightly improve when the sound source is located on the pulpit, possibly due to the effect of the canopy and the reduction of the source-receiver distances. Concerning the subjective level of sound and spatial impression:  A strong correlation has been found between the measured values of Gm, which quantify the subjective level of sound, and LJm, which is directly related to listener envelopment (LEV). Both parameters show values lower than expected in all the cathedrals studied, especially in the cathedral of Seville. This expectation was due to the previous deduction that the higher the reverberation time, the greater both the subjective level of sound and the sensation of LEV.  Another attribute considered as a major aspect of the spatial impression is the apparent source width (ASW), which can be measured in terms of JLF and/or 1-IACCE. In contrast to the results performed in concert halls, these two parameters are not significantly correlated in the cathedrals, despite following the same trend. Therefore, it would be recommendable to use 1-IACCE values to assess the spatial impression, since it is proven to be directly related with the ASW. Regarding results, extremely low values of JLFm are found with the source located at the high altar, especially at the lower Gm values, which is possibly due to the fact that lateral reflections tend to be scattered and weakened by the lateral chapels. Conversely, IACCEm values are of the order of those obtained in the best subjectively valued concert halls.  Leaving aside the retrochoir, the location of the source position has no relevant influence on loudness or spatial impression and, although the ASW is good in the 206 | Acoustics of large worship places This page was left intentionally blank Bibliography | 207 Bibliography Abdelazeed M. K., Hammad R. N., Mustafa A. A. (1991). Acoustics of King Abdullah mosque. J. Acoust. Soc. Am., 90(3), 1441‐1445. Adel A. A. (2003). Measurement of acoustical characteristics of mosques in Saudi Arabia. J. Acoust. Soc. Am., 113(3), 1505‐1517. Ahnert W., Feistel S., Behrens T. (2013). Speech intelligibility prediction in very large sacral venues. Meeting Abstract in J. Acoust. Soc. Am., 19, 015117. Alberdi E., Galindo M., León A. L. (2015). Acústica virtual de la capilla del palacio de San Telmo de Sevilla. Proceedings of TecniAcústica 2015, Valencia, Spain, pp. 1507-1514. 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Additionally, a glossary is included, in which both the terminology and the acoustic parameters used for the characterisation are briefly defined. Each technical report is structured into three parts: The description of the space, in which its construction process is summarised and its interior architecture is depicted, highlighting the distribution and the geometry of the space, as well as the predominant finishing materials; The details of the measurement session, which describe both the equipment used and the methodology followed to acoustically characterise the space; and last but not least, the results, listing the values of the acoustic parameters both spectrally and spatially averaged for each source position considered. Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-1 A1-2 | Acoustics of large worship places PROYECTO BIA2010-20523: La Acústica de las Catedrales: Una Aportación Científica para la Recuperación del Patrimonio Cultural I FICHA 0: GLOSARIO DE TÉRMINOS INSTITUTO UNIVERSITARIO ARQUITECTURA Y CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN GLOSARIO DE TÉRMINOS Norma base UNE-EN-ISO 3382-1:2010 Parámetros Respuesta al impulso (RI)(p(t)[Pa]) relación señal – ruido de pico (INR [dB]), Tiempo de reverberación (𝑇30 [s]), tiempo de reverberación inicial (EDT[s]), tiempo central (𝑇S [ms]), claridad (𝐶80 [dB]), definición (𝐷50), fuerza sonora (𝐺[dB]), nivel sonoro lateral final (𝐿J[dB]), fracción de energía lateral precoz (𝐽LFm), calidez acústica (𝐵𝑅), brillo (𝐵𝑟), coeficiente de correlación cruzada interaural (IACCx), Speech Transmission Index (STI), Rapid Speech Transmission Index (RASTI). Es común presentar promedios espectrales para caracterizar el comportamiento de cada parámetro. En tal caso se añade el subíndice “m”, tal como se hace en la columna formulación. DEFINICIÓN DE PARÁMETROS Y NOMENCLATURA FORMULACIÓN Respuesta al impulso o impulsiva (RI): La respuesta al impulso es la señal que caracteriza el comportamiento de un sistema, lineal e invariante en el tiempo (LTI), en el dominio del tiempo, ante una entrada determinada. En el dominio de la frecuencia se trabaja con su transformada de Fourier, es decir, la respuesta en frecuencia del sistema. En otras palabras, la respuesta al impulso caracteriza el comportamiento acústico de nuestro sistema, y ofrece información tanto del sonido directo como de las reflexiones que llegan a dicho punto. Relación señal – ruido de pico (𝑰𝑵𝑹): Es la relación existente entre el nivel de pico de la respuesta al impulso y el nivel de presión del ruido de fondo. La relación INR puede entenderse como un calificador de la respuesta al impulso relacionado con el rango de caída necesario establecido en la norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. Tiempo de reverberación (T): Tiempo requerido para que la energía acústica en un recinto disminuya a su millonésima parte (decaiga 60 dB) una vez que cese la emisión de la fuente. En la práctica es difícil conseguir una curva de decaimiento energético suficiente, por lo que se definen otros parámetros como el T30, que se calcula extrapolando linealmente hasta 60 dB a partir de la pendiente de la caída de -5 a -35 dB (m-5:-35) con respecto al nivel máximo. 𝑇30=60 𝑚−5:−35 [𝑠] 𝑇30𝑚=𝑇500𝐻𝑧+𝑇1𝑘𝐻𝑧 2 [𝑠] 𝑦(𝑡)=𝑥(𝑡)∗ℎ(𝑡) ↓TF 𝑌(⍵)=𝑋(⍵)×𝐻(⍵) 𝐼𝑁𝑅= 𝐿𝐼𝑅−𝐿𝑁 [𝑑𝐵] Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-3 II FICHA 0: GLOSARIO DE TÉRMINOS DEFINICIÓN DE PARÁMETROS Y NOMENCLATURA FORMULACIÓN Tiempo de reverberación inicial (EDT): Se define como el tiempo de reverberación, calculado a partir de la pendiente correspondiente a los primeros 10 dB (m0:-10) del decaimiento sonoro. Proporciona información sobre las primeras reflexiones que se producen en un recinto. El EDT se correlaciona con la reverberación percibida mejor que el T30. 𝐸𝐷𝑇= 60 𝑚0:−10 [𝑠] 𝐸𝐷𝑇𝑚=𝐸𝐷𝑇500𝐻𝑧+𝐸𝐷𝑇1𝑘𝐻𝑧 2 [𝑠] Tiempo central (Ts): Describe el balance entre la energía inicial, o precoz, y la tardía, sin fijar un límite de tiempo determinado. Se define como la coordenada temporal del centro de gravedad de la respuesta al impulso cuadrática. Este parámetro está relacionado con la nitidez del sonido. 𝑇𝑆=∫𝑡𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 ∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 [𝑚𝑠] 𝑇𝑠,𝑚=𝑇𝑠,500𝐻𝑧+𝑇𝑠,1𝑘𝐻𝑧 2 [𝑚𝑠] Claridad (𝑪𝟖𝟎): La claridad relaciona la energía precoz y tardía en cada receptor, considerando normalmente como precoz la que llega al mismo en los primeros 80 ms tras la llegada del sonido direc- to. Con este parámetro se cuantifica el grado de separación entre los diferentes sonidos individuales que integran un mensaje, es decir, la claridad del sonido percibido y el equilibrio entre la claridad y la reverberación. Alternativamente se consideran los primeros 50 ms, (C50, para la palabra). Este parámetro está relacionado con la definición, que se define a continuación. 𝐶80=10𝑙𝑜𝑔∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 0,080 0 ∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0,080 [𝑑𝐵] 𝐶80𝑚=𝐶80,500𝐻𝑧+𝐶80,1𝑘𝐻𝑧 2 [𝑑𝐵] 𝐶50=10𝑙𝑜𝑔∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 0,050 0 ∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0,050 [𝑑𝐵] 𝐶50=10𝑙𝑜𝑔( 𝐷50 1−𝐷50) [𝑑𝐵] Definición (𝑫𝟓𝟎): Este parámetro relaciona la energía precoz percibida en los primeros 50 ms, medidos desde la llegada del sonido directo, y la energía total. La definición cuantifica el grado de comprensión de un mensaje y por tanto se relaciona con la inteligibilidad. 𝐷50=∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 0,050 0∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 𝐷50𝑚=𝐷50,500𝐻𝑧+𝐷50,1𝑘𝐻𝑧 2 Fuerza Sonora (G): Se define G como la diferencia entre el nivel total de presión sonora producido por una fuente sonora omnidireccional calibrada, en un determinado punto de la sala, y el nivel de presión sonora producido por dicha fuente situada en campo libre y medido a una distancia de 10 m de ella. Determina el grado de amplificación que produce la sala en función del sonido emitido, al tiempo que proporciona una idea sobre la distribución de nivel del sonido en dicha sala. Se puede determinar a partir de la respuesta al impulso como se muestra a la derecha. 𝐺=𝐿𝑝𝐸−𝐿𝑝𝐸,10=10𝑙𝑜𝑔∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 ∫𝑝10 2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0= [𝑑𝐵] 𝐺𝑚=𝐺500𝐻𝑧+𝐺1𝑘𝐻𝑧 2 [𝑑𝐵] A1-4 | Acoustics of large worship places III FICHA 0: GLOSARIO DE TÉRMINOS DEFINICIÓN DE PARÁMETROS Y NOMENCLATURA FORMULACIÓN Nivel sonoro lateral final (𝑳𝑱): Se define como la relación entre la energía lateral que llega al receptor después de los primeros 80 ms desde la llegada del sonido directo, (normalmente medida con un micrófono con patrón de directividad en figura de ocho) y la energía omnidireccional total recibida a una distancia de 10 m en campo libre. Este parámetro está relacionado con la envolvente o la espacialidad percibida por el oyente en el punto caracterizado del auditorio 𝐿𝐽=10𝑙𝑜𝑔∫𝑝𝐿2(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0,080 ∫𝑝102(𝑡)𝑑𝑡 ∞ 0 [𝑑𝐵] 𝐿𝐽,𝑎𝑣𝑔=10𝑙𝑜𝑔[0,25∑10𝐿𝐽𝑖10 ⁄ 4 𝑖=1 ] [𝑑𝐵] *i representa a cada una de las cuatro bandas de octavas: 125, 250, 500 y 1000 Hz. Fracción de energía lateral precoz (𝑱𝑳𝑭 ,𝑱𝑳𝑭𝑪): El parámetro JLF se define como la relación entre la energía que llega lateralmente al receptor dentro de los primeros 80 ms contados a partir de la llegada del sonido directo (captada con un micrófono con directividad en figura de ocho) y la energía recibida proveniente de todas direcciones (captada con un micrófono omnidireccional) en el mismo intervalo de tiempo. También suele hacerse una ponderación subjetiva con 𝑐𝑜𝑠𝜃 para obtener el JLFC, como se muestra en las ecuaciones de la derecha. La fracción de energía lateral precoz está relacionada con la anchura aparente de la fuente. 𝐽𝐿𝐹=∫𝑝𝐿2(𝑡)𝑑𝑡 0.080 0,005 ∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 0,080 0; 𝐽𝐿𝐹𝐶=∫𝑝·𝑝𝐿(𝑡)𝑑𝑡 0.080 0,005 ∫𝑝2(𝑡)𝑑𝑡 0,080 0 𝐽𝐿𝐹𝑚=𝐽𝐿𝐹,125𝐻𝑧+𝐽𝐿𝐹,250𝐻𝑧+𝐽𝐿𝐹,500𝐻𝑧+𝐽𝐿𝐹,1𝑘𝐻𝑧 4 Calidez acústica (𝑩𝑹): Este parámetro es la razón del tiempo de reverberación a bajas frecuencias frente al de frecuencias medias. Ha sido sugerido como una medida de la calidez o respuesta de la sala a las frecuencias bajas. 𝐵𝑅=𝑇30,125𝐻𝑧+𝑇30,250𝐻𝑧 𝑇30,500𝐻𝑧+𝑇30,1𝑘𝐻𝑧 Brillo (𝑩𝒓): Se calcula como la razón de los tiempos de reverberación a altas frecuencias respecto de los valores de las medias frecuencias. Da una idea del nivel de brillo de la sala (sonido claro y rico en armónicos). 𝐵𝑟=𝑇30,2𝑘𝐻𝑧+𝑇30,4𝑘𝐻𝑧 𝑇30,500𝐻𝑧+𝑇30,1𝑘𝐻𝑧 Coeficiente de Correlación Cruzada Interaural (𝑰𝑨𝑪𝑪𝒙): Es el valor máximo de la correlación entre las señales que llegan a los oídos izquierdo y derecho, y se expresa en valores que van desde -1 (señales izquierda y derecha idénticas pero no en fase) a +1 (señales idénticas). El 0 indica que las señales no están correlacionadas en absoluto. Este parámetro está relacionado con la percepción del ancho aparente de la fuente (ASW) y la sensación de inmersión o envolvimiento de la fuente (LEV). En función del intervalo de integración de la señal se definen tres parámetros: - IACCA (Total): t1=0; t2=∞. - IACCE (Reflexiones tempranas): t1=0; t2=80 ms. - IACCL (Sonido reverberante): t1=80 ms; t2=∞ 𝐼𝐴𝐶𝐶𝑥=𝑚𝑎𝑥 | | ∫𝑝𝑙(𝑡)𝑝𝑟(𝑡+𝜏)𝑑𝑡 𝑡2 𝑡1 √∫𝑝𝑙2(𝑡)𝑑𝑡 𝑡2 𝑡1 +∫𝑝𝑟2(𝑡)𝑑𝑡 𝑡2 𝑡1 | | 𝐼𝐴𝐶𝐶𝑥𝑚=𝐼𝐴𝐶𝐶𝑥,500𝐻𝑧+𝐼𝐴𝐶𝐶𝑥,1𝑘𝐻𝑧+𝐼𝐴𝐶𝐶𝑥,2𝑘𝐻𝑧 3 Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-5 IV FICHA 0: GLOSARIO DE TÉRMINOS DEFINICIÓN DE PARÁMETROS Y NOMENCLATURA FORMULACIÓN Índice de transmisión de la palabra (STI): El Speech Transmission Index, STI, es un parámetro de cuantificación de la inteligibilidad basado en la medida de la pérdida de la profundidad de la modulación de las señales sonoras en los puntos de escucha, producida, fundamentalmente, por la reverberación y el ruido de fondo. Su valor sería 0 si la inteligibilidad en la sala fuera nula y 1 si la inteligibilidad fuese óptima. Para su determinación se utilizan las 7 bandas de octava centradas en F0 con 125 Hz  F0  8 kHz y, para cada una de ellas, 14 frecuencias de modulación Fm, con 0.63 Hz  Fm  12.5 Hz separadas en tercios de octava. Es posible valorarla a partir de la respuesta al impulso. Rapid Speech Transmission Index (RASTI): Este parámetro es una versión simplificada del STI. Dicha simplificación consiste en reducir el número de bandas de octava a considerar (F01= 500 Hz y F02=2 kHz) y el de frecuencias de modulación (3 para la banda de 500 Hz y 4 para la de 2 kHz) con respecto al cálculo del STI. (S/N)ap es la relación señal ruido aparente y n es el número final de octavas consideradas. 𝑆𝑇𝐼=(𝑆𝑁 ⁄)𝑎𝑝+15 30 (𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝= =0,01(𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝 (125)+0,042 (𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(250) +0,129(𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(500) +0,2(𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(1𝑘)0,312(𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(2𝑘) +0,25(𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(4𝑘)+0,057(𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(8𝑘) (𝑆𝑁 ⁄ )𝑎𝑝(𝐹𝑜)=∑(𝑆𝑁) ⁄𝑎𝑝(𝐹𝑜,𝐹𝑚) 𝐹𝑚 𝑛 (𝑆𝑁) ⁄𝑎𝑝(𝐹𝑜,𝐹𝑚)=10𝑙𝑜𝑔 𝑚(𝐹𝑜,𝐹𝑚) 1−𝑚(𝐹𝑜,𝐹𝑚) 𝑚(𝐹𝑜,𝐹𝑚)= =|∫|𝑝(𝑡,𝐹𝑜)|2𝑒−𝑗2𝜋𝐹𝑜𝑡𝑑𝑡 ∞ 0∫|𝑝(𝑡,𝐹𝑜)|2𝑑𝑡 ∞ 0|1 1+10−𝑆𝑁 ⁄(𝐹𝑜)10 ⁄ TABLA RESUMEN DE LOS PARÁMETROS ACÚSTICOS Parámetro acústico Bandas de octava consideradas [Hz] Bandas de octava promediadas1 [Hz] Umbral diferencial JND2 Rango Típico3 𝑇30 [s] 125 – 4k 500 – 1k Rel. 5% 1 s ; 3 s EDT[s] 125 – 4k 500 – 1k Rel. 5% 1 s ; 3 s 𝑇S [ms] 125 – 4k 500 – 1k 10 ms4 60 ms ; 260 ms 𝐶80 [dB] 125 – 4k 500 – 1k 1 dB4 -5 dB ; +5 dB 𝐷50 125 – 4k 500 – 1k 0,05 0,3 ; 0,7 𝐺[dB] 125 – 4k 500 – 1k 1 dB -2 dB ; +10 dB 𝐿J[dB] 125 – 4k 125 – 1k Desconocido -14 dB ; +1 dB 𝐽LF 125 – 4k 125 – 1k 0,05 0,05 ; 0,35 BR 125 – 1k - - - Br 500 – 4k - - - IACCE 125 – 4k 500 – 2k 0,075 - IACCL 125 – 4k 500 – 2k 0,075 - IACCA 125 – 4k 500 – 2k 0,075 - STI5 125 – 8k - - - RASTI5 500 y 2k - - - 1 El promediado en frecuencia se hace con la media aritméticas de los valores a las correspondientes bandas de octava, excepto para el LJ, que se debe promediar energéticamente. 2 Just Noticeable Difference. 3 Valores promediados en posiciones únicas en salas polifuncionales vacías de hasta 25.000 m3, según la UNE-EN-ISO 3382-1. 4 En el caso de espacios muy reverberantes (es el caso de grandes iglesias y catedrales) Martellotta ha comprobado que el valor del JND es relativo para el TS (8.5%) y del orden de 1,5 dB para la C80. 5 Los valores presentados aquí se han calculado a partir de la respuesta al impulso sin calibrar, es decir no se considera el efecto del ruido de fondo, si bien en estas situaciones el efecto dominante es la reverberación. A1-6 | Acoustics of large worship places PROYECTO: BIA2010-20523: La Acústica de las Catedrales: Una Aportación Científica para la Recuperación del Patrimonio Cultural Análisis acústico experimental I CATEDRAL DE CÁDIZ INSTITUTO UNIVERSITARIO ARQUITECTURA Y CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN FICHA TÉCNICA Espacio Catedral de Cádiz Ubicación Plaza de la Catedral, nº 7, 11005, Cádiz Página web oficial http://www.catedraldecadiz.com Fechas relevantes Año de construcción de la Catedral 1722 - 1838 Año de construcción de la Cripta de la Catedral 1730 - 1732 Catalogada Bien de Interés Cultural (BIC), monumento Noviembre 2000 Estilo arquitectónico Barroco, rococó y neoclásico Arquitectos destacados Vicente Acero y Juan Daura Descripción del espacio Fotografías PROCESO CONSTRUCTIVO La catedral de Cádiz, también conocida por los habitantes de la ciudad andaluza como la Catedral Nueva, se localiza en el perímetro del casco histórico urbano, muy próxima al mar (Fig. 1). El inicio de su construcción está datado en 1722, año en el que se coloca la primera piedra de una obra proyectada inicialmente por el arquitecto Vicente Acero. El proceso constructivo se prolongó durante 116 años, bajo la dirección e influencia de siete maestros diferentes, por lo que no predomina la existencia de un estilo arquitectónico único, sino la combinación y mezcla de tres estilos diferentes: el Barroco y Rococó prevalece principalmente en los espacios interiores, mientras que la fachada y las torres pertenecen al Neoclásico (Fig.2). En 1796, a consecuencia de importantes acontecimientos, como la Guerra de la Independencia o la restauración del Régimen Absolutista de Fernando VII, se paralizan los trabajos. Juan Daura fue el arquitecto responsable de la reanudación y finalización de las obras en 1838. DESCRIPCIÓN DEL INTERIOR El templo catedralicio posee planta de cruz latina y se articula en tres naves, siendo la central la de mayor anchura y altura. La estructura está conformada por una serie de columnas corintias estriadas revestidas de mármol y rematadas en un friso decorado de rocallas con una serpenteante cornisa. Sobre dicho remate emerge un segundo cuerpo al que se adosa una serie de pilastras de piedra caliza sobre las que descansa un entramado de bóvedas vaídas profusamente decoradas (Fig. 3). Figura 3. Vista interior desde el altar. Naves y columnas. Figura 2. Vista Exterior. Fachada. Figura 1. Vista exterior. Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-7 Análisis acústico experimental II CATEDRAL DE CÁDIZ Descripción del espacio Fotografías La cabecera del templo está formada por una girola circular que delimita la capilla mayor (Fig. 4), en la que se localiza el altar mayor con forma de templete circular, sustentado por columnas pareadas corintias de mármol, jaspes rojos y capiteles en bronce. A ambos lados del altar, se encuentran dos bellísimos púlpitos en bronce dorado. El presbiterio se cubre con una cúpula y horadada en su base por grandes ventanas (Fig. 5) que, junto a la existencia de numerosas vidrieras, iluminan con luz natural el espacio interior de la catedral. Bajo el altar mayor se encuentra la singular cripta, situada bajo el nivel del mar. Las capillas laterales se distribuyen prácticamente en la totalidad del perímetro de la iglesia, a excepción de los pies y el crucero, sobre el que descansa una gran cúpula semiesférica, obra de Juan Daura, compuesta por un tambor y asentada sobre pechinas, recubierta de cerámica amarilla en el exterior. Uno de los principales espacios que conforman el templo, el coro, está ubicado en uno de los tramos de la nave central (Fig. 6). Cabe destacar la existencia de dos grandes órganos que flanquean este espacio a ambos lados. La hermosa sillería, está realizada en maderas de cedro y caoba, y se compone de un primer cuerpo que cuenta con cuarenta asientos de respaldo alto, y un segundo cuerpo compuesto por veinticinco asientos. REVESTIMIENTO Y MOBILIARIO - Primer cuerpo de columnas corintias de mármol; segundo cuerpo de pilastras de piedra caliza. - Muros y bóvedas de piedra caliza. - Solería de mármol. - Púlpitos: antepecho y tornavoz de bronce dorado. - Retablos de madera y de mármol. - Sillería del coro de madera. - Bancos de madera. - Majestuoso tabernáculo de mármol, jaspe y bronce. Tabla 1. Datos geométricos del espacio. Volumen Dimensiones máximas del templo (catedral) Naves Capillas Altura Longitud Anchura ≈70.000 m3 28,8 m (nave central) 18,6 m (nave lateral) 45,5 m (cúpula) 85 m 60 m 3 16 Figura 6. Sillería del coro y órgano. Figura 5. Cúpula del crucero y cúpula del presbiterio (izquierda) y vista del crucero (derecha). Figura 4. Vista interior. Capilla mayor. A1-8 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental III CATEDRAL DE CÁDIZ Medición acústica DATOS DE SESIÓN DE MEDIDAS Para caracterizar el comportamiento acústico del espacio, se han obtenido las respuestas impulsivas (RI) siguiendo la norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. Se han considerado 5 posiciones de fuente diferentes, que se corresponden con las ubicaciones habituales de los principales focos sonoros en las diferentes celebraciones que tienen lugar en el templo. Se fijaron un total de 20 posiciones de micrófonos distribuidas por toda la zona de congregación/audiencia, aprovechando la simetría del recinto (Fig. 7). Tabla 2. Datos principales de la sesión de medidas. Norma aplicada UNE-EN-ISO 3382-1:2010 Fecha 04-05/06/2012 Condiciones ambientales (Temperatura/Humedad rel.) 21-24°C / 75-77% Nivel de ocupación Desocupado Nº posiciones de fuente 5 ( ℎ𝐹= 1,50 𝑚 ) Nº de receptores 20 ( ℎ𝑅= 1,20 𝑚 ) Señal de excitación Tipo: Barrido exponencial sinusoidal Duración: 40 s Rango frecuencias: 63 – 16000 Hz Nota: La caracterización acústica de la cripta, será presentada en una ficha independiente. Tabla 3. Resumen de posiciones de la fuente y receptores caracterizados. Posición de la fuente F1 F2 F3 F4 F5 Ubicación de la fuente Altar mayor Púlpito Coro Trascoro Órgano Nº total de receptores caracterizados 14 12 6 4 7 Receptores con sonido directo R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R1 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R15 R20 R4 R6 R7 R8 R9 R11 R16 R17 R18 R19 R1 R13 R15 Receptores sin sonido directo R4 R6 R7 R9 R20 Nota: La caracterización en cada punto receptor requiere la emisión de cuatro señales excitadoras para registrar tanto las respuestas al impulso monoaurales (omnidireccional, figura-de-ocho y B-format) como binaurales, concretamente se midieron un total de 8 respuestas impulsivas por punto. Figura 7. Planta de la catedral con las posiciones de la fuente (F) y de los receptores (R). Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-9 Análisis acústico experimental X CATEDRAL DE CÁDIZ Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de espacialidad Tabla 12. Valores espectrales del nivel sonoro lateral final (𝑳𝐉[𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐿J,avg F1 M -7,63 0,20 -3,52 -2,43 -3,81 -5,49 -2,51 EE 0,34 0,24 0,17 0,19 0,22 0,25 F2 M -8,45 0,24 -3,54 -2,13 -3,19 -4,71 -2,48 EE 0,31 0,27 0,28 0,35 0,36 0,50 F3 M -9,53 -1,13 -4,58 -3,40 -4,57 -6,12 -3,74 EE 0,17 0,31 0,42 0,59 0,75 1,09 F4 M -5,08 3,10 -0,15 1,60 1,10 0,25 0,77 EE 0,77 0,49 0,38 0,54 0,57 0,74 F5 M -1,63 -0,27 -4,07 -2,53 -3,50 -5,53 -1,90 EE 2,30 2,47 2,30 2,73 3,20 3,85 Tabla 13. Valores espectrales de la energía lateral precoz (𝑱𝐋𝐅) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐽LFm F1 M 0,10 0,14 0,22 0,20 0,18 0,14 0,16 EE 0,02 0,02 0,03 0,02 0,02 0,01 F2 M 0,07 0,17 0,19 0,21 0,16 0,13 0,16 EE 0,01 0,03 0,02 0,02 0,02 0,02 F3 M 0,04 0,10 0,20 0,21 0,15 0,12 0,14 EE 0,01 0,02 0,03 0,05 0,05 0,04 F4 M 0,15 0,22 0,35 0,34 0,24 0,21 0,26 EE 0,03 0,04 0,06 0,07 0,02 0,04 F5 M 0,12 0,09 0,12 0,25 0,13 0,08 0,15 EE 0,08 0,04 0,04 0,17 0,05 0,02 Tabla 14. Valores espectrales del coeficiente de correlación cruzada interaural temprana (𝐈𝐀𝐂𝐂𝐄) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 IACCEm F1 M 0,95 0,85 0,52 0,49 0,41 0,35 0,47 EE 0,01 0,03 0,05 0,04 0,05 0,05 F2 M 0,96 0,81 0,57 0,49 0,59 0,51 0,55 EE 0,00 0,03 0,05 0,05 0,04 0,04 F3 M 0,98 0,86 0,57 0,48 0,39 0,40 0,48 EE 0,01 0,03 0,07 0,06 0,08 0,11 F4 M 0,94 0,72 0,33 0,34 0,23 0,24 0,30 EE 0,02 0,06 0,08 0,02 0,02 0,08 F5 M 0,95 0,89 0,67 0,59 0,56 0,52 0,61 EE 0,03 0,04 0,12 0,16 0,07 0,04 Figura 14. Comportamiento espectral de los parámetros de espacialidad, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 Lj [dB] -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 JLF 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 IACCE 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 F1 F2 F3 F4 F5 A1-16 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental XI CATEDRAL DE CÁDIZ Comportamiento de los parámetros acústicos de inteligibilidad frente a la distancia fuente-re- ceptor y promedio espacial Parámetros de inteligibilidad Tabla 15. Valores medios del índice de medida de la inteligibilidad (𝐑𝐀𝐒𝐓𝐈), promediados espacialmente para cada posición de la fuente. RASTI F1 0,25 F2 0,33 F3 0,31 F4 0,40 F5 0,28 Figura 15. Valores del índice RASTI obtenidos en cada punto receptor considerado para cada posición de la fuente, representados en función de la distancia fuente-receptor correspondiente. Distancia fuente-receptor [m] 010 20 30 40 50 RASTI 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 F1 F2 F3 F4 F5 MALA POBRE ACEP. EXCELENTEBUENA Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-17 Análisis acústico experimental XII CATEDRAL DE CÁDIZ A1-18 | Acoustics of large worship places PROYECTO: BIA2010-20523: La Acústica de las Catedrales: Una Aportación Científica para la Recuperación del Patrimonio Cultural Análisis acústico experimental I MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA INSTITUTO UNIVERSITARIO ARQUITECTURA Y CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN FICHA TÉCNICA Espacio Mezquita-Catedral de Córdoba Ubicación c/ Cardenal Herrero, 1, 14003, Córdoba Página web oficial http://www.catedraldecordoba.es Fechas relevantes Año de construcción de la Mezquita 785 - 1001 Consagración como Catedral: Capilla Ntra. Sra. de Villaviciosa 1236 Años de construcción de las actuales capilla mayor, crucero y coro 1516–1747 Año de declaración como Patrimonio de la Humanidad 1984 Estilo arquitectónico Arábigo-renacentista Arquitectos destacados Hernán Ruiz, el Viejo y su hijo. Descripción del espacio Fotografías PROCESO CONSTRUCTIVO La Catedral Mezquita de Córdoba (Fig. 1), se localiza al sur del centro histórico de la ciudad andaluza, próxima a una de las orillas del río Guadalquivir. Se trata de uno de los conjuntos monumentales más asombrosos del mundo, siendo a su vez el reflejo artístico del Califato de Córdoba, uno de los estados políticos más importantes de occidente a lo largo de la historia. Se conoce la existencia de una antigua iglesia visigoda datada en el siglo V, de la que apenas se han podido recuperar restos. Ésta sería derribada con objeto de construir en su solar la mezquita original, iniciada bajo el mandato de Abderramán I en el año 785, que constaría de once naves longitudinales. Con el fin de alojar a mayor número de fieles, Abderramán II decidió ampliar hacia el sur el templo prolongando las arquerías ocho tramos más, obra finalizada en el 855. Un siglo después, en 970, bajo el mandato de Alhakén II, se llevó a cabo la ampliación más importante, añadiendo, entre otros, doce nuevos tramos a la sala de oración. La última de las intervenciones, llevada a cabo por Almanzor a finales del siglo X, fue la más extensa de todas. En esta ocasión, tanto el oratorio como el patio se extienden hacia el este una longitud equivalente a ocho naves, delimitando la superficie total del edificio, 179 metros de largo por 128 metros de ancho (Fig. 2). En 1236, tras la conquista cristiana, la mezquita fue consagrada como catedral católica. La transformación interior del edificio musulmán comienza en siglo XV, pero fue en 1521 cuando, bajo el mandato de Hernán Ruiz, comenzó a construirse una basílica renacentista en el centro de sus naves, que sería finalizada en el Barroco. Figura 2. Planta de la Mezquita Aljama Almohade sobre la planta actual. Figura 1. Vista exterior. Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-19 Análisis acústico experimental II MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA Descripción del espacio Fotografías DESCRIPCIÓN DEL INTERIOR El espacio interior se conforma por un bosque de más de un millar de columnas y capiteles, que delimitan las 19 naves longitudinales que articulan el templo, siendo la más ancha aquella que desemboca en el antiguo Mihrab islámico (Fig. 3), una joya arquitectónica revestida de mosaicos bizantinos, formada por una pequeña estancia octogonal cubierta con una cúpula con forma de concha. Durante la etapa cristiana también fueron delimitadas una serie de capillas laterales a lo largo del perímetro del templo. Con el fin de introducir mayor iluminación natural, se construyen 4 lucernarios con bellas cúpulas nervadas. Sobre cada una de las columnas se elevan pilares rectangulares de sillería, entre los que se trazan dobles arquerías dicromáticas (Fig. 4) que proporcionan estabilidad al sistema estructural. El arco inferior, hace funciones de entibo, mientras que el superior soporta la cubierta. Una serie de entrevigados de madera, en ocasiones tallado y pintado, o una seriación de bóvedas de arista cubren las distintas naves longitudinales del edificio. En el centro del tejido de la mezquita, se inserta el espacio catedralicio, constituido por la Capilla Mayor (Fig. 5), el crucero (Fig. 6), coronado por una gran cúpula elíptica, y el coro, cubierto por una bóveda de cañón, en el que se ubica el majestuoso órgano y donde se talló una sillería barroca de madera, obra de Pedro Duque de Cornejo. REVESTIMIENTO Y MOBILIARIO - Columnas de mármol, jaspe y granito. - Arcos de herradura y medio punto dicromáticos: dovelas rojas de ladrillo y dovelas amarillentas de piedra caliza, a excepción de las arquerías ubicadas en la ampliación de Almanzor, donde todas son de piedra caliza. - Solería de mármol y terrazo. - Mihrab: mármol, estuco y mosaicos bizantinos. - Entrevigado de madera. - Bóvedas de piedra o de enlucido de yeso. - Retablos de madera y de mármol. - Sillería del coro y bancos de madera. - Rejas de hierro. Tabla 1 Datos geométricos del espacio. Volumen Dimensiones máximas del templo (Mezquita) Naves Capillas Altura Longitud Anchura ≈134.700 m3 13 m 179 m 128 m 19 37+Villaviciosa y capilla Real Volumen Dimensiones máximas del templo (Catedral) Naves Capillas Altura Longitud Anchura ≈22.114 m3 35 m 60 m 40 m 1 - Figura 6. Vista panorámica del crucero. Figura 5. Altar mayor y púlpito de madera barroco. Figura 4. Arcos en la ampliación de Almanzor. Figura 3. Mihrab. A1-20 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental III MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA Medición acústica DATOS DE SESIÓN DE MEDIDAS Para caracterizar el comportamiento acústico del espacio, se han obtenido las respuestas impulsivas (RI) siguiendo la norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. Se han considerado 6 posiciones de la fuente diferentes, que se corresponden con las ubicaciones habituales de los principales focos sonoros en las diferentes celebraciones que tienen lugar en el templo. Se fijaron un total de 31 posiciones de micrófonos distribuidas por toda la zona de audiencia, aprovechando la simetría del recinto (Fig. 7). Tabla 2. Datos principales de la sesión de medidas. Norma aplicada UNE-EN-ISO 3382-1:2010 Fecha 30-31/01/2012 01/02/2012 Condiciones ambientales (Tª / Humedad relativa) 10°C / 45-50% Ocupación del recinto Desocupado Nº Posiciones de la fuente 6 ( ℎ𝐹= 1,50 𝑚 ) Nº de receptores 31 ( ℎ𝑅= 1,20 𝑚 ) Señal de excitación Tipo: Barrido exponencial sinusoidal Duración: 30 s Rango de frecuencias: 63 – 16000 Hz Tabla 3. Resumen de posiciones de la fuente y los receptores caracterizados. Posición de la fuente F1 F2 F3 F4 F5 F6 Ubicación de la fuente Altar Mayor Coro Púlpito Capilla de Villaviciosa Mihrab Ampliación Almanzor Número total de receptores 17 11 16 8 8 8 Receptores con sonido directo R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R11 R12 R13 R16 R1 R2 R3 R4 R6 R9 R11 R2 R3 R4 R5 R7 R8 R9 R11 R12 R16 R14 R15 R18 R19 R20 R21 R22 R24 R14 R15 R17 R22 R23 R24 R25 R26 R27 R28 R29 R31 Receptores sin sonido directo R10 R14 R15 R17 R8 R12 R15 R17 R1 R10 R13 R14 R15 R17 - - R8 R12 R15 R17 Nota: La caracterización en cada punto receptor requiere la emisión de cuatro señales excitadoras para registrar tanto las respuestas al impulso monoaurales (omnidireccional, figura-de-ocho y B-format) como binaurales, concretamente se midieron un total de 8 respuestas impulsivas por punto. Figura 7. Planta de la mezquita-catedral con las posiciones de la fuente (F) y de los receptores (R). Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-21 Análisis acústico experimental IV MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA Medición acústica EQUIPO E INSTRUMENTACIÓN El proceso de generación, adquisición y procesado de la señal se ha llevado a cabo con el programa WinMLS2004, usando la tarjeta de sonido EDIROL UA-101. La señal de excitación se reprodujo en el recinto usando una fuente omnidireccional AVM DO-12, previamente amplificada con un amplificador de potencia B&K tipo 2734, junto con un subwoofer Behringer Eurolive B1800D Pro. Las RIs monoaurales se capturaron con dos tipos de micrófonos: el micrófono multipatrón Audio- Technica AT4050/CM5, en su configuración omnidireccional y bidireccional (figura de ocho), conectado a la fuente de polarización SoundField SMP200; y el micrófono de patrón B-format MKV de SoundField. Las respuestas al impulso binaurales se registraron usando la cabeza binaural Head Acoustic. Las señales han sido analizadas y procesadas con el mismo software. El nivel del ruido de fondo se registró promediando durante 5 minutos con el analizador SVAN 958, de SVANTEK. El nivel sonoro continuo equivalente registrado fue de 27,2 dBA. La Figura 8 muestra el espectro del ruido de fondo sobre las curvas NCB, que se puede valorar como NCB-30. La relación señal/ruido impulsiva obtenida en cada respuesta al impulso superó los 45 dB en todas las bandas de frecuencias de interés incluso en los puntos receptores más alejados de la fuente (Fig. 9). Tabla 4. Valores espectrales de la relación señal ruido impulsiva (INR [dB]) promediados espacialmente (M) y su dispersión valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. Frec.[Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 F1 M 73,7 72,2 71,7 71,3 72,2 68,0 EE 1,56 1,19 1,26 1,20 1,20 1,36 F2 M 74,6 73,1 72,9 71,9 72,0 67,1 EE 1,59 1,41 1,22 1,00 0,97 1,68 F3 M 76,4 74,0 71,0 67,9 68,9 65,7 EE 0,92 1,27 1,65 2,11 2,07 1,62 F4 M 77,6 76,3 74,7 75,0 76,5 71,3 EE 1,21 0,80 1,31 1,48 1,22 1,29 F5 M 74,4 73,1 71,4 70,6 69,5 63,1 EE 2,28 2,45 2,09 1,65 2,54 2,40 F6 M 72,1 73,6 75,3 72,2 71,9 65,9 EE 3,21 1,63 1,00 1,87 2,03 2,34 Establecer un tiempo de barrido adecuado y un nivel de emisión que garantice una INR suficiente, permite obtener una RI válida, con caídas limpias en la integral de Schroeder (Fig. 10). Figura 10. Curva de energía e integral de Schroeder, medidas para la fuente F1 y el receptor 3 filtradas a 1 kHz. [s]510 - 010 0 [dB] -50 0 - 01 - 02 - 03 - 04 - 06 - 09 - 08 -70 4321 6 7 8 9 11 Figura 9. Valor promedio espacial de la relación señal – ruido impulsiva. Frecuencias [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 INR [dB] 40 50 60 70 80 90 INR medido INR mínimo requerido 45 Figura 8.Nivel del ruido de fondo medido sobre curvas NCB. Balanced Noise Criterion Curves (NCB) Frecuencia central de las bandas de octava [Hz] 16 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Nivel de presión sonora [dB] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A B 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 Límite audible A1-22 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental V MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA Medición acústica. Fotos de la sesión de medidas Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-23 Análisis acústico experimental VI MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA Parámetros acústicos promediados espectralmente Tabla 5. Parámetros acústicos promediados espacial y espectralmentea. Posición de la fuente F1 F2 F3 F4 F5 F6 Ubicación de la fuente Altar mayor Coro Púlpito Capilla Villaviciosa Mihrab Ampl. Almanzor 𝑻𝟑𝟎𝐦 [𝐬] 4,73 4,51 4,76 3,95 4,23 4,40 𝐄𝐃𝐓𝐦[𝐬] 4,63 4,07 4,56 3,24 4,07 3,58 𝑻𝐒𝐦 [𝐦𝐬] 309,12 305,57 264,25 236,81 275,06 253,88 𝑪𝟓𝟎𝐦 [𝐝𝐁] -5,72 -8,19 -3,39 -6,13 -5,56 -5,84 𝑪𝟖𝟎𝐦 [𝐝𝐁] -4,38 -5,71 -2,24 -3,91 -3,96 -3,58 𝑫𝟓𝟎𝐦 0,25 0,21 0,32 0,21 0,22 0,22 𝑮𝐦[𝐝𝐁] 3,34 2,65 2,15 5,06 0,87 -1,43 𝑳𝐉,𝐚𝐯𝐠[𝐝𝐁] -3,27 -4,81 -4,59 -2,23 -6,30 -8,67 𝑱𝐋𝐅𝐦 0,15 0,18 0,20 0,16 0,11 0,14 𝑩𝑹b 1,09 1,10 1,08 1,01 1,03 1,07 𝑩𝐫b 0,64 0,62 0,63 0,62 0,64 0,65 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐄𝐦 0,50 0,43 0,49 0,54 0,65 0,44 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐋𝐦 0,13 0,15 0,12 0,17 0,24 0,12 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐀𝐦 0,27 0,23 0,29 0,30 0,35 0,20 𝐑𝐀𝐒𝐓𝐈b 0,37 0,36 0,44 0,39 0,35 0,37 𝐒𝐓𝐈b 0,45 0,42 0,50 0,45 0,41 0,42 a Promediados aritméticamente para las bandas de octava indicadas en la Norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010, excepto para LJ, que se promedia energéticamente. El IACC se promedia según Okano et al. b Estos parámetros no aparecen recogidos en la Norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. El RASTI y el STI fueron calculados a partir de la respuesta al impulso, sin considerar el ruido de fondo. A1-24 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental VII MEZQUITA-CATEDRAL DE CÓRDOBA Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de reverberación Tabla 6. Valores espectrales del tiempo de reverberación (𝑻𝟑𝟎 [𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝑇30m F1 M 5,09 5,22 5,01 4,45 3,54 2,51 4,73 EE 0,07 0,06 0,06 0,06 0,06 0,05 F2 M 4,92 5,00 4,81 4,20 3,30 2,27 4,51 EE 0,11 0,06 0,07 0,09 0,07 0,09 F3 M 5,10 5,21 5,03 4,49 3,54 2,48 4,76 EE 0,06 0,05 0,06 0,07 0,06 0,06 F4 M 3,79 4,22 4,20 3,71 2,91 2,00 3,95 EE 0,12 0,10 0,07 0,08 0,05 0,04 F5 M 4,23 4,43 4,48 3,97 3,19 2,24 4,23 EE 0,20 0,20 0,18 0,17 0,16 0,12 F6 M 4,66 4,74 4,68 4,11 3,36 2,38 4,40 EE 0,09 0,07 0,05 0,05 0,06 0,08 Tabla 7. Valores espectrales del tiempo de reverberación inicial (𝐄𝐃𝐓 [𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 EDT m F1 M 4,90 4,98 4,92 4,34 3,42 2,32 4,63 EE 0,26 0,24 0,21 0,21 0,20 0,13 F2 M 4,16 4,51 4,32 3,82 2,92 1,99 4,07 EE 0,52 0,43 0,43 0,35 0,30 0,27 F3 M 4,84 5,05 4,85 4,26 3,21 2,03 4,56 EE 0,25 0,17 0,19 0,18 0,17 0,13 F4 M 3,02 3,34 3,32 3,15 2,57 1,71 3,24 EE 0,20 0,15 0,19 0,16 0,14 0,11 F5 M 3,80 4,33 4,31 3,82 3,07 1,97 4,07 EE 0,46 0,40 0,33 0,23 0,20 0,12 F6 M 3,55 4,22 3,67 3,48 2,91 1,95 3,58 EE 0,42 0,58 0,36 0,38 0,29 0,21 Figura 11. Comportamiento espectral de los parámetros de reverberación, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 T30 [s] 1 2 3 4 5 6 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 EDT [s] 1 2 3 4 5 6 F1 F2 F3 F4 F5 F6 Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-25 Análisis acústico experimental II CATEDRAL DE GRANADA Descripción del espacio Fotografías La capilla Mayor (Fig. 3), ubicada en la cabecera, donde la girola y el ábside son poligonales, está compuesta por una serie de columnas corintias sobre cuyo capitel emergen nuevos pilares con pilastras adosadas que sustentan la gran bóveda de 22,5 metros de diámetro que se alza a 47 metros de altura. El resto de pilares del templo soportan un entramado de bóvedas vaídas profusamente decoradas de forma singular cada una de ellas (Fig. 3). Las capillas laterales se distribuyen por casi todo el perímetro de la iglesia, a excepción de los pies y el crucero (Fig. 2). El coro originariamente estaba localizado en mitad de la nave central (hoy en día diáfana, Fig. 4), entre los dos órganos. Estaba cerrado en su parte posterior por un retablo de mármoles que presidía el antiguo espacio del trascoro. Sin embargo, en el siglo XX se desmontó y gran parte de la sillería coral se trasladó a la Capilla Mayor (Fig. 5). Actualmente, 7 estalos góticos con respaldos renacentistas se localizan a cada uno de los lados del Altar Mayor. REVESTIMIENTO Y MOBILIARIO - Muros, pilares, bóvedas y cúpulas de piedra, enlucida y pintada (Fig. 3). - Solería de mármol blanco y negro (Fig. 4). - Retablos de madera y de mármol. - Púlpitos de mármol. - Sillería del Coro de madera (Fig. 5). - Muros de capillas revestidos de enlucido de yeso con un acabado de pintura - Bancos de madera. Sillería revestida de terciopelo (presbiterio). - Portones interiores de madera. Tabla 1. Datos geométricos del espacio. Volumen Dimensiones máximas del templo (Catedral) Naves Capillas Altura Longitud Anchura ≈ 158.600 m3 35 m (47 m cúpula) 106 m 63 m 5 11 Figura 5. Estalos de la sillería coral en la capilla Mayor. Figura 4. Vista de la nave central. Figura 3. Vista de las columnas corintias de la capilla Mayor (izqda.), y pilares y techo de las naves laterales (drcha.). A1-32 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental III CATEDRAL DE GRANADA Medición acústica DATOS DE SESIÓN DE MEDIDAS Para caracterizar el comportamiento acústico del espacio, se han obtenido las respuestas impulsivas (RI) siguiendo la norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. Se han considerado 3 posiciones de la fuente diferentes, que se corresponden con las ubicaciones habituales de los principales focos sonoros en las diferentes celebraciones que tienen lugar en el templo. Se fijaron un total de 21 posiciones de micrófonos distribuidas por toda la zona de audiencia (Fig. 6). Tabla 2. Datos principales de la sesión de medidas. Normativa aplicada UNE-EN-ISO 3382-1:2010 Fecha 16-17/12/2013 Condiciones ambientales (Temperatura/Humedad relat.) 11,7-12,5°C / 36-43% Nivel de ocupación Desocupado Nº Posiciones de la fuente 3 ( ℎ𝐹= 1,50 𝑚 ) Nº de receptores 21 ( ℎ𝑅= 1,20 𝑚 ) Señal de excitación Tipo: Barrido exponencial sinusoidal Duración: 30 s Rango de frecuencias: 63 – 16000 Hz Tabla 3. Resumen de las posiciones de la fuente y los receptores caracterizados. Posición de la fuente F1 F2 F3 Ubicación de la fuente Altar mayor Púlpito Órgano Número total de receptores caracterizados 20 18 12 Receptores con sonido directo R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R1 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10 R11 R12 R13 R14 R15 R16 R17 R18 R20 R1’ R3’ R7 R8 R9 R11 R12 R13 R14 R15 R19 R21 Receptores sin sonido directo R19 R20 - - Nota: La caracterización en cada punto receptor requiere la emisión de cuatro señales excitadoras para registrar tanto las respuestas al impulso monoaurales (omnidireccional, figura-de-ocho y B-format) como binaurales, concretamente se midieron un total de 8 respuestas impulsivas por punto. Figura 6. Planta de la catedral con las posiciones de la fuente (F) y de los receptores (R). Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-33 Análisis acústico experimental IV CATEDRAL DE GRANADA Medición acústica EQUIPO E INSTRUMENTACIÓN El proceso de generación, adquisición y análisis de la señal se ha llevado a cabo con el programa WinMLS2004, usando la tarjeta de sonido EDIROL UA-101. La señal de excitación se reprodujo en el recinto usando una fuente omnidireccional AVM DO-12, previamente amplificada con un amplificador de potencia B&K tipo 2734, junto con un subwoofer Behringer Eurolive B1800D Pro. Las RIs monoaurales se capturaron con dos tipos de micrófonos: el micrófono multipatrón Audio- Technica AT4050/CM5, en su configuración omnidireccional y bidireccional (figura de ocho), conectado a la fuente de polarización SoundField SMP200; y el micrófono de patrón B-format MKV de SoundField. Las respuestas al impulso binaurales se registraron usando la cabeza binaural Head Acoustic. Las señales han sido analizadas y procesadas con el mismo software. El nivel del ruido de fondo se registró promediando durante 5 minutos con el analizador SVAN 958, de SVANTEK. El nivel sonoro continuo equivalente registrado fue de 28,2 dBA. En la Figura 7 se representa el espectro medido del ruido de fondo sobre las curvas NCB, que se puede valorar como NCB-30. La relación señal/ruido impulsiva obtenida en cada respuesta al impulso superó los 45 dB en todas las bandas de frecuencias de interés incluso en los puntos receptores más alejados de la fuente (Fig. 8). Tabla 4. Valores espectrales de la relación señal ruido impulsiva (INR [dB]) promediados espacialmente (M) y su dispersión valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. Frec.[Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 F1 M 52,53 53,05 55,19 62,31 68,87 65,12 EE 0,50 0,50 0,58 1,01 1,12 1,07 F2 M 51,83 52,48 55,72 65,36 71,57 66,42 EE 0,58 0,53 0,60 0,67 0,91 1,07 F3 M 50,01 52,16 54,70 60,76 68,49 66,98 EE 0,67 0,75 0,75 1,66 1,47 0,99 Establecer un tiempo de barrido adecuado y un nivel de emisión que garantice una INR suficiente, permite obtener una RI válida, con caídas limpias en la integral de Schroeder (Fig. 9). Figura 9. Curva de energía e integral de Schroeder, medidas para la fuente F1 y el receptor 12 filtradas a 1 kHz. [s] [dB] 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90 -1000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Figura 8. Valor promedio espacial de la relación señal – ruido impulsiva. Frecuencias [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000 INR [dB] 35 40 45 50 55 60 65 70 75 INR medido INR mínimo requerido 45 Figura 7.Nivel espectral del ruido de fondo medido representado sobre curvas NCB. Balanced Noise Criterion Curves (NCB) Frecuencia central de las bandas de octava [Hz] 16 31.5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Nivel de presión sonora [dB] 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 A B 65 60 55 50 45 40 35 30 25 20 15 10 Límite audible A1-34 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental V CATEDRAL DE GRANADA Medición acústica. Fotos de la sesión de medidas Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-35 Análisis acústico experimental VI CATEDRAL DE GRANADA Parámetros acústicos promediados espectralmente Tabla 5. Parámetros acústicos promediados espacial y espectralmentea. Posición de la fuente F1 F2 F3 Ubicación de fuente Altar mayor Púlpito Órgano 𝑻𝟑𝟎𝐦 [𝐬] 8,96 8,96 8,98 𝐄𝐃𝐓𝐦[𝐬] 8,22 8,35 8,31 𝑻𝐒𝐦 [𝐦𝐬] 556,25 524,19 498,46 𝑪𝟓𝟎𝐦 [𝐝𝐁] -8,23 -6,05 -5,18 𝑪𝟖𝟎𝐦 [𝐝𝐁] -6,84 -5,02 -4,42 𝑫𝟓𝟎𝐦 0,18 0,24 0,26 𝑮𝐦[𝐝𝐁] -0,14 -0,26 -0,75 𝑳𝐉,𝐚𝐯𝐠[𝐝𝐁] -5,91 -6,40 -7,00 𝑱𝐋𝐅𝐦 0,18 0,20 0,15 𝑩𝑹b 1,16 1,16 1,15 𝑩𝐫b 0,51 0,51 0,52 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐄𝐦 0,45 0,50 0,57 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐋𝐦 0,10 0,10 0,10 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐀𝐦 0,18 0,23 0,23 𝐑𝐀𝐒𝐓𝐈b 0,32 0,36 0,38 𝐒𝐓𝐈b 0,40 0,42 0,43 a Promediados aritméticamente para las bandas de octava indicadas en la Norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010, excepto para LJ, que se promedia energéticamente. El IACC se promedia según Okano et al. b Estos parámetros no aparecen recogidos en la Norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. El RASTI y el STI fueron calculados a partir de la respuesta al impulso, sin considerar el ruido de fondo. A1-36 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental VII CATEDRAL DE GRANADA Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de reverberación Tabla 6. Valores espectrales del tiempo de reverberación (𝑻𝟑𝟎 [𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝑇30m F1 M 10,53 10,20 9,77 8,16 5,72 3,48 8,96 EE 0,04 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 F2 M 10,58 10,25 9,76 8,17 5,73 3,47 8,96 EE 0,06 0,04 0,02 0,04 0,07 0,08 F3 M 10,46 10,18 9,76 8,19 5,83 3,54 8,98 EE 0,05 0,03 0,02 0,03 0,04 0,06 Tabla 7. Valores espectrales del tiempo de reverberación inicial (𝐄𝐃𝐓 [𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 EDT m F1 M 9,44 9,82 9,17 7,26 4,87 2,75 8,22 EE 0,32 0,31 0,36 0,30 0,23 0,16 F2 M 9,44 9,75 9,34 7,37 4,95 2,73 8,36 EE 0,49 0,30 0,33 0,30 0,26 0,20 F3 M 9,84 9,93 9,31 7,31 4,67 2,54 8,31 EE 0,24 0,37 0,32 0,24 0,27 0,20 Figura 10. Comportamiento espectral de los parámetros de reverberación, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 EDT [s] 2 4 6 8 10 12 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 T30 [s] 2 4 6 8 10 12 F1 F2 F3 Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-37 Análisis acústico experimental VIII CATEDRAL DE GRANADA Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de claridad del sonido Tabla 8. Valores espectrales del tiempo central (𝑻𝐒 [𝐦𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝑇Sm F1 M 499,3 700,6 645,6 466,9 292,1 149,3 556,2 EE 30,14 39,53 41,55 37,40 25,83 12,60 F2 M 561,7 681,3 607,4 441,0 272,8 134,9 524,2 EE 43,71 46,48 47,99 38,11 28,54 17,00 F3 M 679,3 648,7 561,7 435,2 251,3 112,7 498,5 EE 43,42 57,60 49,56 35,85 27,08 13,25 Tabla 9. Valores espectrales de la claridad (𝑪𝟖𝟎[𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐶80m F1 M -2,61 -9,52 -8,44 -5,24 -2,58 0,53 -6,84 EE 0,70 1,32 1,33 1,10 0,90 0,67 F2 M -3,62 -8,16 -6,16 -3,88 -1,26 1,98 -5,02 EE 0,95 1,25 1,13 0,88 0,94 0,92 F3 M -8,28 -6,74 -4,84 -4,00 -0,86 2,89 -4,42 EE 1,20 1,48 1,17 0,95 0,96 0,81 Tabla 10. Valores espectrales de la definición (𝑫𝟓𝟎) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐷50m F1 M 0,33 0,12 0,14 0,23 0,32 0,45 0,18 EE 0,03 0,03 0,03 0,04 0,04 0,03 F2 M 0,29 0,16 0,21 0,27 0,39 0,53 0,24 EE 0,04 0,03 0,03 0,03 0,05 0,05 F3 M 0,13 0,19 0,25 0,27 0,42 0,60 0,26 EE 0,04 0,05 0,05 0,04 0,05 0,04 Figura 11. Comportamiento espectral de los parámetros de claridad del sonido, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. F1 F2 F3 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 Ts [ms] 0 100 200 300 400 500 600 700 800 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 C80 [dB] -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 D50 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 A1-38 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental IX CATEDRAL DE GRANADA Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de nivel sonoro Tabla 11. Valores espectrales de la fuerza sonora (𝑮 [𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐺m F1 M -1,18 3,03 -1,04 0,75 -0,36 -1,98 -0,14 EE 0,34 0,35 0,42 0,51 0,61 0,81 F2 M -1,18 2,39 -1,11 0,59 -0,32 -1,89 -0,26 EE 0,52 0,38 0,42 0,49 0,73 1,04 F3 M -6,49 1,99 -1,49 0,00 -0,38 -1,28 -0,75 EE 0,51 0,57 0,61 0,62 0,76 1,03 Figura 12. Comportamiento espectral de los parámetros de nivel sonoro, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 G [dB] -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 F1 F2 F3 Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-39 Análisis acústico experimental X CATEDRAL DE GRANADA Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de espacialidad Tabla 12. Valores espectrales del nivel sonoro lateral final (𝑳𝑱 [𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐿J,avg F1 M -11,4 -3,54 -6,59 -5,37 -8,01 -11,3 -5,91 EE 0,25 0,16 0,16 0,24 0,37 0,53 F2 M -11,7 -4,39 -6,89 -5,56 -8,46 -11,7 -6,40 EE 0,25 0,15 0,23 0,29 0,36 0,59 F3 M -15,2 -4,77 -7,48 -5,97 -8,23 -11,5 -7,00 EE 0,32 0,30 0,33 0,43 0,58 0,69 Tabla 13. Valores espectrales de la energía lateral precoz (𝑱𝐋𝐅) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐽LFm F1 M 0,08 0,20 0,26 0,20 0,16 0,11 0,18 EE 0,01 0,02 0,02 0,02 0,03 0,01 F2 M 0,08 0,24 0,26 0,22 0,14 0,14 0,20 EE 0,01 0,03 0,03 0,02 0,02 0,01 F3 M 0,14 0,14 0,15 0,16 0,12 0,09 0,15 EE 0,03 0,02 0,02 0,02 0,03 0,03 Tabla 14. Valores espectrales del coeficiente de correlación cruzada interaural temprana (𝐈𝐀𝐂𝐂𝐄) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 IACCEm F1 M 0,96 0,76 0,46 0,48 0,43 0,46 0,45 EE 0,00 0,02 0,03 0,04 0,03 0,03 F2 M 0,95 0,75 0,46 0,49 0,56 0,56 0,50 EE 0,01 0,03 0,03 0,03 0,03 0,03 F3 M 0,92 0,83 0,64 0,52 0,54 0,60 0,57 EE 0,02 0,02 0,05 0,05 0,04 0,03 Figura 13. Comportamiento espectral de los parámetros de espacialidad, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. F1 F2 F3 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 LJ [dB] -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 JLF 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 IACCE 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 A1-40 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental XI CATEDRAL DE GRANADA Comportamiento de los parámetros acústicos de inteligibilidad frente a la distancia fuentereceptor y promedio espacial Parámetros de inteligibilidad Tabla 15. Valores medios del índice de medida de la inteligibilidad (𝐑𝐀𝐒𝐓𝐈), promediados espacialmente para cada posición de la fuente. RASTI F1 0,32 F2 0,36 F3 0,38 Figura 14. Valores del índice RASTI obtenidos en cada punto receptor considerado para cada posición de la fuente, representados en función de la distancia fuentereceptor correspondiente. Distancia fuente-receptor [m] 010 20 30 40 50 60 RASTI 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 F1 F2 F3 MALA POBRE ACEPT. EXCELENTEBUENA Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-41 Análisis acústico experimental VI CATEDRAL DE JAÉN Parámetros acústicos promediados espectralmente Tabla 5. Parámetros acústicos promediados espacial y espectralmentea. Posición de la fuente F1 F2 F3 F4 F5 Ubicación de fuente Altar mayor Púlpito Coro Órgano Trascoro 𝑻𝟑𝟎𝐦 [𝐬] 8,07 8,08 8,08 8,05 7,68 𝐄𝐃𝐓𝐦[𝐬] 7,54 7,58 7,03 7,50 5,16 𝑻𝐒𝐦 [𝐦𝐬] 511,93 473,00 448,71 476,82 298,63 𝑪𝟓𝟎𝐦 [𝐝𝐁] -8,34 -6,07 -7,33 -6,85 -3,25 𝑪𝟖𝟎𝐦 [𝐝𝐁] -7,04 -5,07 -5,43 -5,59 -2,10 𝑫𝟓𝟎𝐦 0,16 0,23 0,24 0,20 0,32 𝑮𝐦[𝐝𝐁] 2,18 1,94 3,34 2,21 -1,05 𝑳𝐉,𝐚𝐯𝐠[𝐝𝐁] -3,56 -4,04 -3,99 -2,99 -7,72 𝑱𝐋𝐅𝐦 0,17 0,17 0,16 0,19 0,18 𝑩𝑹b 1,16 1,15 1,14 1,16 1,18 𝑩𝐫b 0,58 0,58 0,57 0,57 0,51 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐄𝐦 0,46 0,47 0,40 0,43 0,46 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐋𝐦 0,11 0,10 0,11 0,10 0,10 𝐈𝐀𝐂𝐂𝐀𝐦 0,19 0,20 0,21 0,16 0,26 𝐑𝐀𝐒𝐓𝐈b 0,31 0,34 0,37 0,34 0,44 𝐒𝐓𝐈b 0,37 0,40 0,42 0,37 0,48 a Promediados aritméticamente para las bandas de octava indicadas en la Norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010, excepto para LJ, que se promedia energéticamente. El IACC se promedia según Okano et al. b Estos parámetros no aparecen recogidos en la Norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. El RASTI y el STI fueron calculados a partir de la respuesta al impulso, sin considerar el ruido de fondo. A1-48 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental VII CATEDRAL DE JAÉN Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de reverberación Tabla 6. Valores espectrales del tiempo de reverberación (𝑻𝟑𝟎 [𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝑇30m F1 M 9,35 9,43 8,65 7,48 5,57 3,81 8,07 EE 0,03 0,06 0,03 0,02 0,02 0,02 F2 M 9,34 9,28 8,67 7,49 5,55 3,76 8,08 EE 0,04 0,03 0,02 0,03 0,02 0,03 F3 M 9,20 9,30 8,68 7,48 5,54 3,71 8,08 EE 0,07 0,04 0,02 0,02 0,03 0,06 F4 M 9,36 9,32 8,64 7,46 5,52 3,67 8,05 EE 0,06 0,04 0,02 0,03 0,02 0,03 F5 M 9,10 9,10 8,42 6,95 4,82 3,05 7,68 EE 0,04 0,03 0,05 0,09 0,07 0,07 Tabla 7. Valores espectrales del tiempo de reverberación inicial (𝐄𝐃𝐓 [𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 EDT m F1 M 8,16 8,48 8,17 6,92 5,06 3,23 7,54 EE 0,23 0,17 0,14 0,12 0,10 0,08 F2 M 8,57 8,90 8,23 6,93 5,00 3,07 7,58 EE 0,19 0,13 0,14 0,13 0,13 0,13 F3 M 7,82 8,33 7,63 6,43 4,36 2,60 7,03 EE 0,44 0,35 0,36 0,36 0,37 0,31 F4 M 8,82 8,94 8,19 6,81 4,83 2,89 7,50 EE 0,33 0,27 0,23 0,22 0,23 0,19 F5 M 6,40 6,51 5,82 4,51 3,14 2,07 5,16 EE 0,46 0,29 0,28 0,19 0,23 0,22 Figura 10. Comportamiento espectral de los parámetros de reverberación, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 EDT [s] 0 2 4 6 8 10 F1 F2 F3 F4 F5 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 T30 [s] 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-49 Análisis acústico experimental VIII CATEDRAL DE JAÉN Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de claridad del sonido Tabla 8. Valores espectrales del tiempo central (𝑻𝐒 [𝐦𝐬]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝑇Sm F1 M 537,2 618,2 570,4 453,4 300,1 178,8 511,9 EE 29,19 17,84 21,75 18,84 16,14 12,78 F2 M 529,6 619,8 532,8 413,2 292,5 161,4 473,0 EE 38,50 34,51 29,92 23,48 21,10 14,32 F3 M 452,7 507,4 497,0 400,4 267,2 161,4 448,7 EE 51,94 55,07 56,80 52,34 40,71 28,52 F4 M 594,6 569,5 518,7 434,9 289,1 176,3 476,8 EE 48,45 42,32 40,39 34,81 22,00 16,00 F5 M 337,2 382,5 347,0 250,2 160,7 101,2 298,6 EE 46,86 25,33 21,01 19,61 21,68 13,49 Tabla 9. Valores espectrales de la claridad (𝑪𝟖𝟎[𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐶80m F1 M -6,05 -9,21 -8,19 -5,90 -3,01 -0,69 -7,04 EE 0,97 0,63 0,73 0,72 0,78 0,80 F2 M -5,66 -8,42 -6,03 -4,11 -2,53 0,62 -5,07 EE 1,40 1,25 0,98 0,92 0,94 0,83 F3 M -3,41 -5,16 -6,33 -4,54 -1,78 0,54 -5,43 EE 1,35 1,68 1,93 1,84 1,60 1,53 F4 M -7,80 -5,95 -5,67 -5,51 -2,67 -0,67 -5,59 EE 1,53 1,16 1,06 1,09 0,71 0,74 F5 M -1,15 -2,90 -2,83 -1,38 1,05 2,73 -2,10 EE 1,10 0,82 0,49 0,66 0,97 0,98 Tabla 10. Valores espectrales de la definición (𝑫𝟓𝟎) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐷50m F1 M 0,20 0,10 0,13 0,19 0,30 0,40 0,16 EE 0,03 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 F2 M 0,25 0,15 0,20 0,26 0,33 0,46 0,23 EE 0,05 0,04 0,04 0,03 0,04 0,04 F3 M 0,31 0,25 0,21 0,27 0,36 0,45 0,24 EE 0,06 0,06 0,06 0,06 0,07 0,07 F4 M 0,16 0,19 0,20 0,20 0,30 0,40 0,20 EE 0,04 0,03 0,03 0,04 0,03 0,04 F5 M 0,39 0,28 0,28 0,36 0,49 0,56 0,32 EE 0,07 0,03 0,03 0,03 0,05 0,05 Figura 11. Comportamiento espectral de los parámetros de claridad del sonido, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 C80 [dB] -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 Ts [ms] 0 100 200 300 400 500 600 700 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 D50 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 F1 F2 F3 F4 F5 A1-50 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental IX CATEDRAL DE JAÉN Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de nivel sonoro Tabla 11. Valores espectrales de la fuerza sonora (𝑮 [𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐺m F1 M 0,58 5,50 1,33 3,03 2,73 2,22 2,18 EE 0,48 0,36 0,39 0,43 0,51 0,60 F2 M -1,21 5,24 1,14 2,75 2,22 1,79 1,94 EE 0,50 0,50 0,50 0,50 0,63 0,78 F3 M 1,65 6,75 2,45 4,23 4,02 3,73 3,34 EE 0,74 0,45 0,53 0,60 0,81 1,10 F4 M 4,16 5,79 1,43 3,00 2,05 1,23 2,21 EE 0,31 0,33 0,37 0,39 0,40 0,57 F5 M -2,63 2,08 -2,28 0,18 0,75 0,70 -1,05 EE 0,65 0,31 0,34 0,48 0,74 1,11 Figura 12. Comportamiento espectral de los parámetros de nivel sonoro, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 G [dB] -4 -2 0 2 4 6 8 F1 F2 F3 F4 F5 Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-51 Análisis acústico experimental X CATEDRAL DE JAÉN Comportamiento espectral de los parámetros acústicos promediados espacialmente Parámetros de espacialidad Tabla 12. Valores espectrales del nivel sonoro lateral final (𝑳𝐉 [𝐝𝐁]) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐿J,avg F1 M -9,64 -1,34 -4,26 -2,68 -4,42 -6,47 -3,56 EE 0,42 0,37 0,35 0,36 0,44 0,49 F2 M -10,9 -1,76 -4,57 -3,18 -4,94 -7,14 -4,04 EE 0,37 0,37 0,38 0,38 0,47 0,51 F3 M -10,2 -1,92 -4,64 -2,95 -4,58 -6,39 -3,99 EE 0,35 0,30 0,22 0,21 0,32 0,42 F4 M -4,52 -1,05 -4,56 -2,87 -5,02 -7,09 -2,99 EE 0,26 0,20 0,22 0,21 0,25 0,38 F5 M -13,4 -5,65 -8,48 -6,65 -7,80 -9,40 -7,72 EE 0,61 0,44 0,33 0,43 0,70 0,53 Tabla 13. Valores espectrales de la energía lateral precoz (𝑱𝐋𝐅) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 𝐽LFm F1 M 0,08 0,13 0,22 0,23 0,18 0,14 0,17 EE 0,01 0,02 0,02 0,02 0,02 0,01 F2 M 0,09 0,18 0,20 0,21 0,18 0,14 0,17 EE 0,01 0,02 0,01 0,02 0,02 0,02 F3 M 0,07 0,13 0,20 0,23 0,17 0,13 0,16 EE 0,02 0,03 0,03 0,03 0,03 0,02 F4 M 0,12 0,19 0,21 0,24 0,19 0,19 0,19 EE 0,02 0,04 0,03 0,03 0,02 0,03 F5 M 0,08 0,19 0,27 0,20 0,14 0,13 0,18 EE 0,01 0,03 0,01 0,02 0,02 0,03 Tabla 14. Valores espectrales del coeficiente de correlación cruzada interaural temprana (𝐈𝐀𝐂𝐂𝐄) promediados espacialmente (M) y dispersión de los mismos valorada por el error estándar (EE), para cada posición de la fuente. 125 250 500 1000 2000 4000 IACCEm F1 M 0,96 0,82 0,45 0,45 0,49 0,41 0,46 EE 0,01 0,02 0,04 0,03 0,04 0,04 F2 M 0,95 0,78 0,52 0,45 0,46 0,50 0,47 EE 0,01 0,03 0,04 0,03 0,04 0,03 F3 M 0,96 0,87 0,47 0,32 0,42 0,40 0,40 EE 0,01 0,03 0,07 0,05 0,06 0,04 F4 M 0,92 0,76 0,50 0,40 0,38 0,37 0,43 EE 0,01 0,04 0,06 0,05 0,06 0,06 F5 M 0,95 0,77 0,45 0,47 0,47 0,46 0,46 EE 0,00 0,02 0,04 0,06 0,06 0,06 Figura 13. Comportamiento espectral de los parámetros de espacialidad, promediados espacialmente para cada una de las diferentes posiciones de la fuente. Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 JLF 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 LJ [dB] -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 Frecuencias [Hz] 125 250 500 1000 2000 4000 IACCE 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 F1 F2 F3 F4 F5 A1-52 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental XI CATEDRAL DE JAÉN Comportamiento de los parámetros acústicos de inteligibilidad frente a la distancia fuentereceptor y promedio espacial Parámetros de inteligibilidad Tabla 15. Valores medios del índice de medida de la inteligibilidad (𝐑𝐀𝐒𝐓𝐈), promediados espacialmente para cada posición de la fuente. RASTI F1 0,31 F2 0,34 F3 0,37 F4 0,34 F5 0,44 Figura 14. Valores del índice RASTI obtenidos en cada punto receptor considerado para cada posición de la fuente, representados en función de la distancia fuentereceptor correspondiente. Distancia fuente-receptor [m] 010 20 30 40 50 RASTI 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 F1 F2 F3 F4 F5 BUENA EXCELENTEACEPT.POBREMALA Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-53 Análisis acústico experimental XII CATEDRAL DE JAÉN A1-54 | Acoustics of large worship places PROYECTO: BIA2010-20523: La Acústica de las Catedrales: Una Aportación Científica para la Recuperación del Patrimonio Cultural Análisis acústico experimental I CATEDRAL DE MÁLAGA INSTITUTO UNIVERSITARIO ARQUITECTURA Y CIENCIAS DE LA CONSTRUCCIÓN FICHA TÉCNICA Espacio Santa Iglesia Catedral Basílica de la Encarnación, “La Manquita” Ubicación Calle Molina Lario, 9, 29015, Málaga Página web oficial - Fechas relevantes Años de construcción 1528 - 1782 Declarado Monumento Histórico Artístico Junio de 1931 Estilo arquitectónico Renacentista Arquitectos destacados Diego de Siloé y Andrés de Vandelvira Descripción del espacio Fotografías PROCESO CONSTRUCTIVO La catedral de la Encarnación de Málaga, considerada el edificio más emblemático de toda la ciudad, está situada en el centro histórico (Fig. 1). Una primitiva mezquita aljama se localizaba en el mismo solar (Fig. 2) en el momento de la reconquista de los Reyes Católicos. Sus majestades ordenaron derribar aquel edificio con el fin de erigir el templo cristiano. Entre 1528, año en el que se inician las obras, y finales del siglo XVIII, se desarrolla el largo proceso constructivo en que se ve envuelto, el cual se interrumpió en numerosas ocasiones. Concretamente fue en 1782 cuando se pone fin a todo este arduo proyecto, dejando a medio acabar la torre sur de la fachada principal, por lo que hoy día se considera como una obra inacabada, y por lo que se la conoce popularmente como “La Manquita”. La construcción estuvo dirigida por algunos de los grandes maestros de la época, entre los que se encuentran Pedro López, Hernán Ruiz II y Diego de Vergara. Las diferentes modificaciones e intervenciones llevadas a cabo por diferentes maestros, suponen la existencia de una síntesis de estilos arquitectónicos entre los que predomina el renacentista en el interior y el barroco en la fachada. DESCRIPCIÓN DEL INTERIOR La planta basilical rectangular del templo, se articula en tres naves, siendo la central más ancha y más alta que las laterales. Todo el templo está sustentado por pilares a los que se adosan semicolumnas corintias, sobre los cuales emergen nuevos pilares con pilastras adosadas, que soportan un entramado de bóvedas vaídas profusamente decoradas que se alza a 42 metros de altura (Fig. 3). Figura 2. Planta de la mezquita Aljama Almohade sobre planta actual de la catedral. Figura 1. Vista exterior. Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-55 Análisis acústico experimental II CATEDRAL DE MÁLAGA Descripción del espacio Fotografías La luz penetra en el interior a través de las numerosas vidrieras ubicadas a la altura del segundo cuerpo. En la cabecera, donde la girola y el ábside son poligonales, se localiza la Capilla Mayor (Fig. 4), la cual está rodeada de muros sesgados por altas ventanas, se cubre con una gran bóveda nervada. Las capillas laterales se distribuyen por casi todo el perímetro de la iglesia, a excepción de los pies y el crucero. En la nave central se sitúa una de las estancias más valiosas del templo, el coro (Fig. 5). Posee una sillería de madera considerada como cumbre de la carpintería barroca, tallada por el prestigioso escultor Pedro de Mena. Está flanqueado por dos grandes órganos obra de Julián de la Orden. Las cajas de los mismos, talladas por José Martín de Aldehuela, constan de tres cuerpos cada una (Fig. 4). El trascoro está presidido por un altar donde reposa una escultura de mármol de la Piedad. REVESTIMIENTO Y MOBILIARIO - Muros, bóvedas y cúpulas de piedra (Fig. 3). - Solería de mármol blanco y jaspe encarnado. En el presbiterio se localiza un entarimado de madera y alfombrado en algunas zonas. - Pilares de piedra caliza en la parte inferior y de mármol en la parte superior. - Retablos de madera y de mármol. - Púlpitos de mármol. - Sillería del coro de madera (Fig. 5). - Muros de capillas revestidos de enlucido de yeso con un acabado de pintura que simula el trazado de los sillares. - Bancos de madera y revestidos de tela (coro). Sillería de plástico y revestida de terciopelo (presbiterio). - Portones interiores de madera de pino. Tabla 1. Datos geométricos del espacio. Volumen Dimensiones máximas del templo (Catedral) Naves Capillas Altura Longitud Anchura ≈118.500 m3 42 m 98 m 52 m 3 15 Figura 5. Sillería del coro y órgano. Figura 4. Presbiterio (izqda) y órgano (dercha). Figura 3. Bóvedas de las naves laterales. A1-56 | Acoustics of large worship places Análisis acústico experimental III CATEDRAL DE MÁLAGA Medición acústica DATOS DE SESIÓN DE MEDIDAS Para caracterizar el comportamiento acústico del espacio, se han obtenido las respuestas impulsivas (RI) siguiendo la norma UNE-EN-ISO 3382-1:2010. Se han considerado 5 posiciones de fuente diferentes, que se corresponden con las ubicaciones habituales de los principales focos sonoros en las diferentes celebraciones que tienen lugar en el templo. Se fijaron un total de 20 posiciones de micrófonos distribuidas por toda la zona de audiencia, aprovechando la simetría del recinto (Fig. 6). Tabla 2. Datos principales de la sesión de medidas. Norma aplicada UNE-EN-ISO 3382-1:2010 Fecha 11-12/10/2011 Condiciones ambientales (Temperatura/Humedad rel.) 25°C / 45-55% Nivel de ocupación Desocupado Nº posiciones de fuente 5 ( ℎ𝐹= 1,50 𝑚 ) Nº de receptores 17 ( ℎ𝑅= 1,20 𝑚 ) Señal de excitación Tipo: Barrido exponencial sinusoidal Duración: 30 s Rango de frecuencias: 63 – 16000 Hz Tabla 3. Resumen de posiciones de fuente y receptores caracterizados. Posición de la fuente F1 F2 F3 F4 F5 Ubicación de la fuente Altar Mayor Púlpito Coro Órgano Trascoro Número total de receptores caracterizados 15 11 8 8 5 Receptores con sonido directo R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R11 R12 R13 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R10 R11 R12 R13 R1 R2 R4 R5 R7 R9 R10 R4 R7 R12 R13 R14 R14 R15 R16 R17 Receptores sin sonido directo R10 R14 R15 - R11 R2 R10 R11 R13 Nota: La caracterización en cada punto receptor requiere la emisión de cuatro señales excitadoras para registrar tanto las respuestas al impulso monoaurales (omnidireccional, figura-de-ocho y B-format) como binaurales, concretamente se midieron un total de 8 respuestas impulsivas por punto Figura 6. Planta de la catedral con las posiciones de la fuente (F) y los puntos receptores (R). Appendix 1: Technical reports of the Andalusian cathedrals | A1-57 L. Álvarez-Morales, M. Galindo-del-Pozo, T. Zamarreño-García, S. Girón-Borrero 8 En la Figura 5 se muestran los valores del índice RASTI (rapid speech transmission index) obtenidos a partir de las RI registradas, por tanto no se considera el efecto del ruido de fondo aunque se considera despreciable. En este caso los valores son prácticamente idénticos por lo que no se hace un análisis específico de las diferencias. En la columna de la izquierda de la Figura 6 se presenta un estudio de los valores absolutos de las diferencias espectrales obtenidas para cada parámetro, con cada sistema de medida, cuando se promedian espacialmente. Además se presentan los valores absolutos de las diferencias para las INR obtenidas. Figura 6 (cont.) – Diferencias entre sistemas de medida (A; B y C) para JLF, IACCE, IACCL e INR. A la izquierda los valores espectrales, promediados espacialmente, y, a la derecha, los valores espectralmente promediados para cada receptor.   ͲǡͲͲ ͲǡͲʹ ͲǡͲͶ ͲǡͲ͸ T30_A-B T30_A-C T30_B-C Col 35 vs JND   ͲǡͲͲ ͲǡͲͷ ͲǡͳͲ Ͳǡͳͷ ͲǡʹͲ   ͲǡͲͲ ͲǡͲʹ ͲǡͲͶ ͲǡͲ͸ Ǧ Ǧ Ǧ   ͲǡͲͲ ͲǡͲͷ ͲǡͳͲ Ͳǡͳͷ ͲǡʹͲ ȋȌ ͳʹͷ ʹͷͲ ͷͲͲ ͳͲͲͲ ʹͲͲͲ ͶͲͲͲ ͺͲͲͲ   ȋȌ Ͳ ͷ ͳͲ ͳͷ ʹͲ ʹͷ ͵Ͳ ͵ͷ   ͲǡͲͲ ͲǡͲͷ ͲǡͳͲ Ͳǡͳͷ ͲǡʹͲ   ͲǡͲͲ ͲǡͲͷ ͲǡͳͲ Ͳǡͳͷ ͲǡʹͲ  ͳ ʹ ͵ Ͷ ͷ ͸   ȋȌ Ͳ ͷ ͳͲ ͳͷ ʹͲ ʹͷ ͵Ͳ ͵ͷ ͳ ͳ ͳ A5-10 | Acoustics of large worship places Acústica 2012, 1 a 3 de Outubro, Évora, Portugal 9 Cuando analizamos las diferencias de los valores promediados espacialmente frente a la frecuencia podemos observar que éstas son menores cuando se comparan los sistemas B y C. Ambos sistemas tratan de forma similar el cálculo de la INR, aun cuando el valor numérico de la misma difiere en uno y otro sistema. Además, los parámetros relacionados con la reverberación y la claridad del sonido percibida (que analizan la relación entre energía precoz y tardía), presentan mayores diferencias en las bajas frecuencias. En cualquier caso todos los sistemas presentan diferencias muy pequeñas, por lo que permitirían evaluar acústicamente la sala de igual forma como ya habíamos indicado. Puesto que para valorar cada posición del receptor la ISO [16] establece un promedio espectral para cada uno de los parámetros y asocia un valor de discriminación a cada uno de ellos, el JND (just noticeable difference), se ha realizado un análisis de las diferencias de estos índices promediados espectralmente para cada uno de los receptores, en términos de los respectivos JND. El valor absoluto de las diferencias para cada parámetro de sala no supera dicho valor, a excepción de la definición (receptor 3) y los parámetros relacionados con la impresión espacial (receptor 5). Esta diferencia es atribuible a la medida realizada con el sistema A y estimamos que está relacionada con la detección de la llegada del sonido directo, pues la diferencia encontrada es significativa con respecto a los otros dos sistemas en todas las bandas de octava cuando examinamos ambos receptores. Por motivos de espacio Figura 7 – Comparación de parámetros calculados a partir de las RI medidas en el punto R4. A la izquierda los valores espectrales, y, a la derecha, las diferencias, en términos de los res p ectivos JND p or bandas de octava.  ͲǡͳͲ Ͳǡͳͷ ͲǡʹͲ Ͳǡʹͷ Ͳǡ͵Ͳ Ͳǡ͵ͷ ͲǡͶͲ Ǥ Ǥ Ǥ Ǥͳ Ǥʹ   ȋȌ ʹͲ ͶͲ ͸Ͳ ͺͲ ͳͲͲ ͳʹͲ ͳͶͲ ͳ͸Ͳ ͳͺͲ ȋȌ ͳʹͷ ʹͷͲ ͷͲͲ ͳͲͲͲ ʹͲͲͲ ͶͲͲͲ ͺͲͲͲ  ͺͲ ȋȌ ǦͶ Ǧʹ Ͳ ʹ Ͷ ͸ ͺ  ͲǡͲ Ͳǡʹ ͲǡͶ Ͳǡ͸ Ͳǡͺ ͳǡͲ ͳǡʹ ͳǡͶ ͳǡ͸ ͳǡͺ ʹǡͲ Ǧ Ǧ Ǧͳ Ǧʹ  ͲǡͲ Ͳǡʹ ͲǡͶ Ͳǡ͸ Ͳǡͺ ͳǡͲ ͳǡʹ ȋȌ ͳʹͷ ʹͷͲ ͷͲͲ ͳͲͲͲ ʹͲͲͲ ͶͲͲͲ ͺͲͲͲ ͺͲ ͲǡͲ Ͳǡͳ Ͳǡʹ Ͳǡ͵ ͲǡͶ Ͳǡͷ Ͳǡ͸ Ͳǡ͹ Appendix 5: Preliminary research published | A5-11 L. Álvarez-Morales, M. Galindo-del-Pozo, T. Zamarreño-García, S. Girón-Borrero 10 este análisis pormenorizado no ha sido incluido aquí. 3.2 Análisis cruzado utilizando formato común de intercambio de archivos Puesto que todos los sistemas permiten exportar al formato universal de audio “wav”, además de otros formatos ampliamente aceptados en este ámbito, se planteó un análisis cruzado entre ellos en el que la señal registrada con cada uno es exportada a dicho formato (con resolución de 16 y 32 bits) y procesada con los otros dos. Los resultados obtenidos para todas las combinaciones posibles, de la mayoría de los parámetros acústicos, para ambas resoluciones, son muy similares a los obtenidos con cada uno de ellos de forma independiente, presentando en todo caso diferencias muy inferiores al valor de 1JND. El parámetro JLF ha dado lugar a un análisis más riguroso, debido a las grandes diferencias encontradas inicialmente entre los valores calculados a partir de la señal exportada con 32 bits (valores similares a los obtenidos con cada software de forma independiente) y los calculados a partir de la señal exportada con 16 bits, con la que se obtenían valores mayores que la unidad (fuera del rango de valores del parámetro). Estos valores erróneos se deben al factor de normalización que aplican los sistemas con el objetivo de exportar la señal en formato wav de 16 bits con la máxima resolución posible. Dicho factor de normalización se calcula de forma independiente para la RI omnidireccional y la RI figura de ocho, perdiendo la relación de escala entre ambas; cuando este factor de normalización no puede ser leído por el software que importa la señal y la analiza, el cálculo del JLF se ve afectado. Al exportar la señal en formato wav sin normalizar, los resultados obtenidos con los tres sistemas y los dos sistemas de control adicionales empleados arrojan resultados muy similares, permitiendo el intercambio de archivos entre todos ellos de forma fiable. La Figura 7 muestra los resultados para el receptor R4, que es en el que aparecen las diferencias más notables, y aun así, los resultados obtenidos con todos los sistemas son muy similares. Es excepcional el comportamiento del valor de JLF en la banda de 1 kHz con el sistema B y que no tiene justificación aparente a pesar de los esfuerzos realizados en este sentido. 4 Conclusiones Se ha realizado un riguroso ensayo comparativo entre diferentes sistemas de medida; en primer lugar se han comparado los valores espectrales y los promedios en frecuencia recomendados obtenidos a partir de las señales registradas y procesadas por cada uno de los sistemas y, en segundo lugar, utilizando formatos comunes de intercambio de archivos se han comparado los resultados de procesamiento cruzado. Todos ellos proporcionan resultados muy similares. Todos los sistemas proporcionan resultados análogos midiendo y analizando de forma independiente, apareciendo las mayores diferencias a bajas frecuencias. Es posible intercambiar archivos entre los diferentes sistemas siempre que en el proceso de exportación no se utilicen procesos de normalización o escalado de la señal, pues no todos son capaces de leer esa información. Hemos de indicar que en este proceso no se ha utilizado el parámetro fuerza sonora, G, que requiere un proceso de calibración específico para toda la cadena de medida y es más difícil el transporte de dicha calibración entre ellos. Finalmente aparecen algunas dificultades específicas asociadas a cada uno de ellos que conviene considerar: así el sistema A en algunas situaciones presenta problemas al detectar automáticamente la llegada del sonido directo; el sistema B, en función de la configuración de medida, no compensa correctamente la afección del ruido de fondo en la respuesta al impulso, lo que puede producir errores en los parámetros que miden la reverberación; el sistema C es menos flexible a la hora de procesar señales registradas con otros sistemas y sólo admite dos canales de medida. A5-12 | Acoustics of large worship places Acústica 2012, 1 a 3 de Outubro, Évora, Portugal 11 Agradecimientos Este trabajo está financiado por fondos FEDER y el Ministerio de Ciencia e Innovación Español, dentro del proyecto BIA2010-20523. Referencias [1] Schroeder, M.R. New method of measuring reverberation time. J. Acoust. Soc. Am. 37, 1965, 409-412. [2] Kürer, R.; Kurze, U. 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Reina Mercedes 2, 41012 Sevilla, España. Tel.: + 34 954556612. Fax: +34 954557892. E-Mail: [email protected], [email protected] ABSTRACT This paper presents an initial version of an interactive tool which is intended to be used in room acoustics education. The interactive tool enables a virtual workspace in which users can apply different acoustic conditioning solutions to a room and obtain both, its parametric evaluation in terms of the most significant acoustic parameters, and its sensory (visual and auditory) evaluation through virtual reality immersion . Parameters and auralizations associated to each conditioning solution can be obtained from the measured and/or simulated impulse responses. RESUMEN En este trabajo se presenta una versión inicial de una herramienta interactiva que se pretende utilizar en la enseñanza de Acústica de Salas. Con esta herramienta, el usuario puede aplicar diferentes posibilidades de acondicionamiento de una sala y obtener su evaluación paramétrica en términos de los parámetros acústicos más significativos, y su evaluación sensorial (visual y acústica), en la que el alumno tiene la posibilidad de inmersión en un espacio de realidad virtual. Tanto los parámetros como las auralizaciones asociados a cada solución de acondicionamiento podrán obtenerse a partir de las respuestas al impulso medidas y/o simuladas. 1431 A5-14 | Acoustics of large worship places 44º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA EAA EUROPEAN SYMPOSIUM ON ENVIRONMENTAL ACOUSTICS AND NOISE MAPPING INTRODUCCIÓN Tradicionalmente los sistemas de enseñanza de acústica de salas se han basado exclusivamente en parámetros e indicadores numéricos obtenidos a partir del comportamiento acústico de la sala objeto de estudio, caracterizado por la respuesta al impulso (RI). Es posible correlacionar estos parámetros físicos con diversos atributos de percepción sonora como son el nivel sonoro subjetivo, la reverberación percibida, claridad, etc., tal y como se recoge en la norma UNE-EN-ISO [1]. Sin embargo, cuando se trata de magnitudes físicas como el sonido, entran en juego otros parámetros sensoriales (visuales, de confort…) que influyen de forma directa en la percepción del mismo, por ello resulta especialmente importante experimentar “in situ” dichos fenómenos ya que permite, concretamente en el ámbito de la enseñanza, que la comunidad estudiantil pueda asimilar y adquirir estos conocimientos. Precisamente, la experimentación como técnica pedagógica posibilita establecer una relación reflexionada entre los parámetros numéricos y la percepción psicológica real del fenómeno físico. Asimismo la experimentación facilita la reconceptualización y permite insertarse en el proceso de producción de conocimientos y de investigación [2]. En las últimas décadas la tecnología ha permitido realizar grandes avances en las técnicas pedagógicas de experimentación y su aplicación en la enseñanza científica ha supuesto una mejora reconocida por numerosos estudios [3]. Concretamente en la actualidad están siendo empleadas las técnicas de realidad virtual como instrumentos pedagógicos capaces de transmitir conocimientos a través de la experimentación en campos como la ingeniería mecánica, la construcción, la arquitectura y la física entre otros [4-6]. Por ello, en el presente artículo se expone cómo aplicando las técnicas de realidad virtual en la enseñanza y el aprendizaje de Acústica de Salas, se puede obtener una herramienta interactiva que facilite al alumno una experiencia de inmersión en el ambiente objeto de estudio y le permita evaluar de forma sensorial y paramétrica los fenómenos físicos objetos de estudio. METODOLOGÍA Existen tres aspectos fundamentales que han motivado e intervenido en el proceso de desarrollo de la herramienta interactiva que aquí se presenta. El primero de ellos, ha sido procurar una integración entre los conceptos acústicos que se pretenden exponer, los aspectos arquitectónicos y la influencia ineludible de la percepción humana, todo ello en el contexto de la enseñanza de Acústica de Salas para alumnos de Arquitectura. El segundo aspecto, al que ya se ha hecho mención, es el uso de la experiencia como método clave para facilitar el proceso de aprendizaje de forma intuitiva y con una presentación atractiva. Por último, la accesibilidad ha sido considerada como un aspecto decisivo para el diseño de una herramienta que debe ser fácilmente distribuible. Considerando estos aspectos, se ha optado por el uso de la tecnología de realidad virtual (VR) por la capacidad que ofrece de crear sofisticados entornos interactivos diseñados para el usuario final y recrear ambientes con alto grado de realismo. Esta tecnología se está posicionando actualmente en el campo de la acústica gracias a los avances conseguidos en los métodos de auralización empleados en estudios de acústica de salas [7, 8]. Incluso resulta destacable su empleo en numerosos estudios de percepción del ruido desarrollados en las últimas décadas [9, 10]. 1432 Appendix 5: Preliminary research published | A5-15 44º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA EAA EUROPEAN SYMPOSIUM ON ENVIRONMENTAL ACOUSTICS AND NOISE MAPPING Por otra parte, cabe indicar que la herramienta desarrollada posee la capacidad de ser aplicada a cualquier entorno, bien se trate de un espacio real o imaginario. Sin embargo, el diseño por el que se ha optado, en esta primera aplicación, responde a la posibilidad de accesibilidad de los alumnos al recinto en cuestión para ofrecer asimismo cierto grado de realismo. Por ello, se ha escogido una sala real, el auditorio de la E.T.S. de Arquitectura de la Universidad de Sevilla, que ha sido reproducida con suficiente exactitud para conseguir una recreación realista del entorno que permita al alumno, si cabe, la posibilidad de comparar la experiencia simulada con experimentos reales que pudieran llevarse a cabo. En la Figura 1 se muestra un esquemaresumen de las fases de desarrollo de la herramienta y la descripción de cada una de ellas. Elaboración de las Hipótesis para el Material Didáctico Uno de los principales puntos de partida para el diseño de la herramienta es definir qué conceptos o fenómenos físicos de la acústica de recintos se pretenden mostrar en la sala seleccionada. Atendiendo a los contenidos a impartir en la asignatura de “Acústica Aplicada a la Arquitectura y el Urbanismo” del nuevo plan de estudios de la E.T.S. de Arquitectura, se han seleccionado principalmente los conceptos de reverberación, absorción sonora, acondicionamiento acústico de salas y materiales, software de simulación acústica, auralización y audición binaural. Para explicar estos conceptos se han planteado una serie de hipótesis que, modificando las características actuales de la sala, ofrecerán al alumno la posibilidad de experimentar los distintos conceptos mencionados desde el punto de vista sensorial y paramétrico. Se parte, por tanto, del modelo actual de la sala (Inicial), a partir del cual se valora la presencia de la audiencia, considerando una ocupación del 100% de las butacas (Ocupado). A continuación se ha eliminado en el modelo el revestimiento actual de las paredes ofreciendo la posibilidad de evaluar la sala sin ningún tipo de tratamiento (Hip.1). Asimismo, con la idea de poder valorar otras intervenciones, se considera la posibilidad de colocar un techo acústico (Hip. 2) e incluir además material absorbente en los paramentos laterales (Hip.3 y 4). En la Tabla 1 se resumen las diferentes hipótesis consideradas y su correspondencia con los conceptos que se pretenden evidenciar. Figura 1. Esquema de la metodología empleada en el desarrollo de la herramienta. MATERIAL DIDÁCTICO CARACTERIZACIÓN DE LA SALA SELECCIÓN DE HIPÓTESIS MODELADO GEOMÉTRICO S IMULACIÓN ACÚSTICA Y A URALIZACIÓN DE LOS ESCENARIOS SIMULACIÓN V ISUAL DE LOS ESCENARIOS I NTEGRACIÓN M ULTISENSORIAL EN REALIDAD VIRTUAL HERRAMIENTA FINAL D ISEÑO DEL INTERFACE INTERACTIVO 1433 A5-16 | Acoustics of large worship places 44º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA EAA EUROPEAN SYMPOSIUM ON ENVIRONMENTAL ACOUSTICS AND NOISE MAPPING Tabla 1. Hipótesis contempladas actualmente en el sistema de evaluación paramétrico-sensorial. Descripción Conceptos acústicos Tratamiento Inicial Estado actual Simulación acústica, auralización (*) Ocupado Estado actual ocupado al 100% Absorción sonora de la audiencia (*) Hip. 1 Eliminación tratamiento acústico actual Sala viva (poco absorbente), materiales reflectantes Enlucido mortero en paramentos laterales Hip. 2 Incorporación techo acústico Sala intermedia, materiales absorbentes Enlucido mortero en paramentos laterales, techo acústico KNAUF CLEANEO Hip. 3 Incorporación material absorbente paramentos laterales Sala absorbente, eco flotante, materiales absorbentes Panel perforado TOPAKUSTIC (parte superior), techo acústico KNAUF CLEANEO Hip. 4 Incorporación material absorbente paramentos laterales Sala muy absorbente, materiales absorbentes, audición binaural Panel perforado TOPAKUSTIC (parte inferior), techo acústico KNAUF CLEANEO * No está sujeta a modificaciones Descripción y Caracterización Acústica del Recinto Tal y como se ha comentado anteriormente, el recinto seleccionado para la primera implementación de la herramienta ha sido el salón de actos de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Sevilla (Figura 2), atendiendo a su accesibilidad para realizar ensayos acústicos in situ y por su geometría que facilita la representación de los modelos. Se trata esencialmente de una sala prismática cuyas dimensiones aproximadas son 18x24x8m, posee un estrado sobre elevado de 57 cm. La zona de audiencia está ligeramente inclinada y alberga 364 butacas, medianamente tapizadas. Las paredes laterales y del fondo están terminadas con paneles de corcho oscuro de aproximadamente 3 cm de espesor y la pared anterior está cubierta por un pantalla de proyección microperforada y una cortina gruesa de terciopelo. El techo, tras la estructura ligera metálica que se observa en la Figura 2, está enlucido. Figura 2. Vista interior del salón de actos de la ETS de Arquitectura de Sevilla. A la derecha se observan las marcas de los puntos de ubicación de los receptores. En estudios anteriores, se realizaron diversas mediciones con el fin de obtener los parámetros acústicos que caracterizan al recinto seleccionado [11]. Cabe destacar que las medidas se llevaron a cabo siguiendo el procedimiento normalizado de la norma UNE-EN-ISO 3382-1 [1]. El recinto estaba desocupado. La fuente sonora (F en la Figura 3) se situó en una única posición, sobre el estrado, en el plano de simetría vertical longitudinal de la sala, a 1,5 m sobre el nivel del suelo. Se seleccionaron 6 puntos de recepción, ubicados en la zona de audiencia (ver Figuras 2 y 3), a 1,2 m sobre el nivel del suelo. Se monitorizaron las condiciones ambientales durante el periodo de medida. La temperatura se mantuvo entre 26,8 y 27,5 ºC, y la humedad relativa varió entre 46 y 47 %. El nivel del ruido de fondo no se registró, pero las condiciones no variaron en todo el proceso de medida. Además, la disposición del recinto dentro de la escuela, hace que la sala presente bajos niveles de ruido de fondo. 1434 Appendix 5: Preliminary research published | A5-17 44º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA EAA EUROPEAN SYMPOSIUM ON ENVIRONMENTAL ACOUSTICS AND NOISE MAPPING Como señales de excitación se utilizaron señales sinusoidales de barrido exponencial en frecuencia. El rango de barrido se ajustó para cubrir las bandas de octava comprendidas entre 63 y 8000 Hz. Se consiguieron relaciones señal-ruido impulsiva (INR) superiores a 45 dB para todas las bandas de octava de interés. Los valores del índice STI medido se ha obtenido a partir de las respuestas al impulso sin contabilizar el efecto del ruido de fondo ya que éste era despreciable como ya se ha citado. Diseño de la Herramienta Simulación acústica y auralización de las hipótesis Se ha creado un modelo geométrico simplificado del salón (Figura 4), empleando un programa informático de modelado 3D. Dicho modelo está compuesto por 48 planos y tiene un volumen aproximado de 3127 m3. Posteriormente, se efectuó la exportación del modelo al programa de simulación acústico CATT-Acoustic [12] para simular su comportamiento acústico. Para ello, es necesario incorporar al modelo los coeficientes de absorción de los materiales existentes y ajustar, a través de un proceso iterativo, los coeficientes de absorción de aquellos materiales menos conocidos hasta conseguir “afinar” el modelo. El objetivo de este proceso es que el tiempo de reverberación simulado promediado espacialmente no difiera en más de 1 JND (just noticeable difference), 5% para T [1], del correspondiente valor experimental. Una vez conseguido el modelo “afinado”, se simulan cada una de las hipótesis planteadas para obtener los parámetros acústicos que caracterizan la sala (ver Tabla 3) y las auralizaciones asociadas a cada una de ellas. Tabla 2. Coeficientes de absorción acústica asociados a los materiales utilizados en la simulación. Material 125 Hz 250 Hz 500 Hz 1000 Hz 2000 Hz 4000 Hz Linoleum 0.02 0.03 0.03 0.03 0.03 0.02 Hormigón 0.02 0.02 0.03 0.03 0.04 0.05 Corcho 0.05 0.10 0.20 0.55 0.60 0.55 Panel perforado TOPAKUSTIC 0.38 0.86 0.98 0.95 0.73 0.54 Cortina gruesa de terciopelo 0.30 0.45 0.65 0.56 0.59 0.71 Techo acústico Knauf Cleaneo 0.55 0.65 0.60 0.65 0.60 0.65 Butacas medianamente tapizadas vacías 0.36 0.47 0.57 0.62 0.62 0.60 Butacas medianamente tapizadas ocupadas 0.51 0.64 0.75 0.80 0.82 0.83 Puertas de madera tapizadas de espuma* 0.10 0.14 0.20 0.30 0.40 0.50 Pantalla de proyección microperforada* 0.64 0.56 0.41 0.28 0.13 0.06 Vidrio 0.35 0.25 0.18 0.12 0.07 0.04 * Coeficientes de absorción estimados mediante el proceso iterativo de calibración del modelo. R2 R5 R6 R1 F 0 1 2 5 10 R3 R4 Figura 3. Planta del recinto, en la que se muestran las posiciones de la fuente (F) y de los receptores (R1 a R6). 1435 A5-18 | Acoustics of large worship places 44º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA EAA EUROPEAN SYMPOSIUM ON ENVIRONMENTAL ACOUSTICS AND NOISE MAPPING Tabla 3. Valores promedio espectral obtenidos para los puntos receptores R2 y R6. Inicial Ocupado Hip.1 Hip.2 Hip.3 Hip.4 R2 R6 R2 R6 R2 R6 R2 R6 R2 R6 R2 R6 T30m [s] 1,13 1,09 1,00 0,97 2,30 2,17 2,06 1,80 1,93 1,29 0,56 0,61 C80m [s] 3,35 4,03 4,41 5,38 -0,6 0,45 5,84 5,33 9,38 7,13 10,0 10,7 STI 0,60 0,62 0,62 0,65 0,50 0,52 0,70 0,71 0,76 0,78 0,77 0,79 En lo que concierne a las auralizaciones, cabe destacar que se han tomado como referencia los puntos receptores R2 y R6 por la posición que presentan respecto al escenario donde se sitúa la fuente emisora. Los sonidos anecoicos utilizados corresponden a una voz humana femenina y una pieza musical interpretada por un chelo. Las auralizaciones han sido obtenidas considerando que la audiencia se encuentra de frente observando la fuente. No obstante, con el fin de introducir los conceptos de audición binaural y HRTF en la herramienta educativa, se han incluido en la hipótesis 4, a modo de ejemplo, dos auralizaciones más para cada sonido anecóico. Ello permitirá al usuario virtual poder percibir el efecto de la orientación de la cabeza con respecto a la fuente: se han implementado giros de 45 y 90 grados. Simulación visual e integración multisensorial Al igual que en el paso anterior, es necesario partir del modelo geométrico simplificado para crear un modelo visual de la sala mediante el uso del software Sketchup 3D [14]. Sin embargo, en este caso se ha de conseguir el grado de realismo deseado y para ello se deben añadir detalles visualmente significativos del recinto. Se incluyen, por tanto, los elementos del techo, las puertas, ventanas, los dispositivos electroacústicos y los lumínicos, de manera que el modelo de la sala se mejore adquiriendo profundidad visual y ajustándose, en la medida de lo posible, a la realidad. A continuación se introducen en el modelo las texturas con el fin de obtener el resultado visual definitivo. Para ello es necesario realizar un post-procesado de las fotografías tomadas in situ en el recinto. En este punto ya es posible adquirir detalles tan ínfimos que no podrían ser modelados geométricamente. Finalmente se simula la iluminación del recinto, tomando como referencia las lámparas existentes en el mismo. Figura 4. Modelo geométrico simplificado (izquierda) y modelo visual detallado (derecha). Una vez obtenido el modelo visual de la situación actual, se modificará para crear otros modelos que representen los escenarios de cada una de las hipótesis consideradas (Figura 5). Para cada escenario se deben preparar las imágenes e incluir las texturas de los materiales incluidos en cada hipótesis. Posteriormente, los modelos visuales y las auralizaciones obtenidas del modelo acústico, se importan en el software de realidad virtual Worldviz Vizard [15] a fin de poder crear la aplicación virtual. En este proceso de diseño, es necesario definir cómo integrar adecuadamente los elementos importados, enlazando en el entorno virtual cada escenario visual con sus correspondientes condiciones acústicas y con las posiciones de audio auralizadas. 1436 Appendix 5: Preliminary research published | A5-19 44ºCONGRESOESPAÑOLDEACÚSTICA ENCUENTROIBÉRICODEACÚSTICA EAASIMPOSIOEUROPEODEACÚSTICAAMBIENTALYMAPASDERUIDO 4 está constituido por bancos de madera y sillas de diferentes tipos y grados de tapizado, localizados en determinadas zonas de la planta destinadas a la ubicación de la audiencia. Existen diferencias notables en su distribución de uno a otro recinto. En la Figura 1 se presenta una vista interior de los cinco templos analizados. Los cinco espacios catedralicios responden al denominado “modo español” por P. Navascués [19]. Un patrón que se mantiene y repite en el tiempo bajo diferentes aspectos estilísticos y que se exporta posteriomente a América desde Sevilla. En él se organiza el espacio a través de la secuencia altar-fieles-coro-trascoro-fieles. Esta organización funcional determina en muchos aspectos el comportamiento acústico de estos templos como tendremos ocasión de considerar más adelante. METODOLOGÍA Para la descripción del ambiente sonoro de las catedrales católicas del sur de España, a partir de las respuestas al impulso monoaurales binaurales y B-format, es necesario atender a los diferentes usos de cada recinto. Hoy en día, todos ellos, además de los usos litúrgicos, acogen usos musicales, no sólo los asociados a su vertiente religiosa, y otras numerosas actividades culturales, donde la percepción sonora juega un papel importante. En función de estos usos y condicionados por la tipología común de las catedrales estudiadas, se establecen en ellas diferentes zonas. La presencia en éstas de fieles o público en general, estará asociada a dichos usos, existiendo, además, una lógica interdependencia entre las diferentes zonas y la posición de la fuente sonora. En general las fuentes sonoras analizadas se corresponden con: el altar mayor (FA), los púlpitos (FP), el coro (FC), el órgano (FO) y el trascoro (FT). A nivel particular, cada catedral tiene establecido un calendario a lo largo del año, dentro del ámbito pastoral y litúrgico, que supone en todas ellas la aparición temporal de nuevos focos sonoros y zonas de uso, asociados a los diferentes montajes efímeros (Semana Santa, Corpus Christi, Inmaculada Concepción,…). En el presente estudio se han descartado las numerosas capillas asociadas a estos recintos, otros espacios anejos, a veces de alta significación, así como el análisis de los diferentes sistemas electroacústicos. Así mismo, se han consignado seis zonas de uso: la Zona A corresponde al altar mayor y presbiterio, donde se ubica el oficiante y ocasionalmente coros y/o agrupaciones musicales; la Zona B corresponde al coro, donde tienen lugar misas que pueden ser acompañadas de pequeños grupos musicales; la Zona C integra los bancos situada en el transepto y en los laterales del altar mayor; la Zona D integra la parte de las naves laterales adyacentes al coro y en las que suelen colocarse bancos; la Zona E hace referencia al trascoro y parte posterior de las naves laterales adyacentes al mismo y donde, ocasionalmente, se celebran misas y actividades culturales y, por último, la Zona F asociada al deambulatorio. En la Tabla 3 se puede ver la relación entre zonas de uso y las fuentes sonoras implicadas en cada catedral. Esta información se ha utilizado para ubicar los puntos receptores considerados para cada posición de fuente. Sevilla Jaén Málaga Córdoba Cádiz Figura 1. Vista interior de las cinco catedrales estudiadas. 904 A5-26 | Acoustics of large worship places 44ºCONGRESOESPAÑOLDEACÚSTICA  ENCUENTROIBÉRICODEACÚSTICA  EAASIMPOSIOEUROPEODEACÚSTICAAMBIENTALYMAPASDERUIDO  5 La cadena experimental utilizada en las medidas de campo de las catedrales corresponde a la configuración avanzada que señala Martellotta en [14] y, además, se ha medido el ruido de fondo para medidas de STI basadas en la respuesta al impulso. El proceso de excitación, adquisición y análisis de las respuestas al impulso se realizó con el programa WinMLS2004 a través de la tarjeta de sonido Edirol UA-101. Para emitir las señales sinusoidales de barrido en frecuencia, generadas por el software, se usó una fuente dodecaédrica AVM DO-12 junto con un amplificador de potencia B&K 2734, suplementada por un subwoofer Beringher Eurolive B1800D-Pro autoamplificado, con el objetivo de mejorar la relación señal ruido a bajas frecuencias. En cada punto de recepción se registraron las RIs monoaurales mediante un micrófono multipatrón (omnidireccional y figura de ocho) Audio-Technica AT4050/CM5 conectado a una fuente de polarización Sound Field SMP200 de 4 canales. Para el registro de las RIs binaurales se utilizó el simulador de torso de Head Acoustics HMS III (Code 1323) junto con el acondicionador de señal OPUS 01dB (sustituido en algunos casos con el B&K-2829 de 4 canales). Las respuestas B-format se registraron utilizando el sistema MKV de SoundField, aunque en este trabajo no se presentan resultados asociados a ellas. En el caso de Sevilla, la primera en ser medida, no se utilizó el subwoofer, el amplificador de potencia fue el INTER-M 1000 y la fuente de polarización la Earthworks-LAB 1. En la Tabla 4 se resumen el trabajo de campo realizado indicando el número de fuentes utilizadas, el de receptores y el número de emisiones de barrido realizadas en cada catedral y en la Tabla 5 se expone la información aportada en la norma UNE-ISO 3382-1 [1] a la que se ha incorporado otras propuestas, algunas de ellas específicamente desarrolladas para su aplicación a grandes espacios reverberantes. Las medidas se llevaron a cabo con los templos desocupados y en periodo nocturno, para minimizar los efectos del ruido de fondo. Se monitorizaron las condiciones ambientales midiendo las medidas de temperatura y humedad relativa. Tabla 3. Fuentes sonoras y zonas de uso asociadas a cada catedral. (X= todas las catedrales). Fuente Zona A Altar mayor Zona B Coro Zona C Transepto + Lat. altar Zona D Lateral del coro Zona E Trascoro Zona F Deambulatorio FA X X X X CA, JA, MA FP X X X X CA, JA, MA FC X FO X X X X X X FT X Tabla 4. Fuente, receptores y respuestas al impulso registradas en las catedrales. Catedral Cádiz Córdoba Jaén Málaga Sevilla Totales Fuentes 7 6 6 5 5 26 Receptores 56 68 68 47 58 281 RI 224 272 272 188 248 1140 Tabla 5. Aspectos subjetivos del oyente, parámetro acústico relacionado, bandas usadas para el promedio espectral y umbrales diferenciales en grandes espacios reverberantes. Aspecto subjetivo del oyente Magnitud acústica Promedio espectral (Hz) Umbral diferencial (JND) Reverberación percibida Tiempo de reverberación inicial, EDT (s) 500 - 1000 5% (relativo) Claridad percibida del sonido Tiempo central, TS (ms) 500 - 1000 8,5%b (relativo) Claridad, C80 (dB) 500 - 1000 1,5 dBb Definición, D50 500 - 1000 0,05 Nivel sonoro subjetivo Fuerza sonora, G (dB) 500 - 1000 1 dB Envolvente del oyente (LEV) Nivel sonoro lateral final, LJ (dB) 125 - 1000 1 dBc Ancho aparente de la fuente (ASW) Fracción de energía lateral precoz, JLF 125 - 1000 0,05 Coeficiente de correlación cruzada interaural precoz IACCE 500 - 2000d 0,075 aPromediado aritmético de las bandas de octava, excepto para LJ que se promedia en energía. bSegún Martellotta [17]. cSegún Vorländer [20]. dSegún Okano et al. [21]. 905 Appendix 5: Preliminary research published | A5-27 44ºCONGRESOESPAÑOLDEACÚSTICA ENCUENTROIBÉRICODEACÚSTICA EAASIMPOSIOEUROPEODEACÚSTICAAMBIENTALYMAPASDERUIDO 6 RESULTADOS En primer lugar, Figura 2, se presentan los valores del tiempo de reverberación, T30, promediados espacialmente para la posición de la fuente más significativa (FA), frente a la frecuencia, para comparar las características reverberantes de todos los templos. Se puede apreciar que las catedrales de Sevilla y Córdoba son las menos reverberantes, resultado sorprendente en el caso de Sevilla, la de mayor volumen, y no tan- to en el caso de la de Córdoba si tenemos en cuenta lo que hemos citado de la cubierta de la Mezquita. Similares volúmenes y tiempos de reverberación presentan las catedrales de Málaga y Jaén, siendo la más reverberante la catedral de Cádiz, especialmente a bajas frecuencias, a pesar de poseer el menor volumen. Los altos valores de todas ellas se justifican por el predominio de la piedra en el interior, y las notables diferencias ponen de manifiesto el distinto comportamiento acústico de ésta, motivado por las diferencias físico-químicas, en función de las canteras de procedencia. En el caso de la catedral de Sevilla, la piedra presenta unas características de porosidad singulares, que le hace ser, a pesar de su volumen, menos reverberante [22]. Con objeto de ampliar la descripción acústica de los espacios, atendiendo a los aspectos subjetivos del oyente, en la Tabla 6, se presentan los promedios espaciales y espectrales para la fuente FA de los parámetros acústicos. De nuevo, la catedral de Sevilla presenta los valores más adecuados respecto de las demás si consideramos el gran volumen que posee. Los resultados de los parámetros se encuentran fuera del rango típico especificado en [1] para salas de conciertos y polivalentes vacías de hasta 25000 m3, a excepción de los parámetros de espacialidad que se encuentran en la parte inferior del rango. En la Figura 3 se muestran los resultados promediados espectral y espacialmente en sus correspondientes zonas de influencia, para cuatro posiciones de la fuente (altar mayor, púlpito, coro y trascoro) en cada catedral y para los 5 parámetros monaurales, EDT, C80, G, LJ, JLF, y el parámetro de inteligibilidad de la palabra, RASTI. En la representación de EDT destacan los inferiores valores del parámetro para todas las fuentes en las catedrales de Córdoba y Sevilla, y, cómo en el resto de catedrales, en el trascoro el tiempo de reverberación inicial es bastante inferior que para las otras posiciones de la fuente, obteniéndose reducciones de hasta más de 3s, como es el caso de la catedral de Cádiz. Esta mejoría de las condiciones acústicas en términos de la reverberación se repite también con valores más elevados de la claridad musical, Figura 2. Valores de T30 frente a la frecuencia, promediados espacialmente, para la fuente en el altar (FA) en todas las catedrales. Frecuencias [Hz] 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 T 30 [s] 0 2 4 6 8 10 12 14 Cadiz Córdoba Jaén Málaga Sevilla Tabla 6. Valores de los parámetros acústicos, promediados espacial y espectralmente, para cada catedral, medidos con la fuente situada en el altar mayor (FA). Parámetros Cádiz Córdoba Jaén Málaga Sevilla T30m [s] 8,89 4,73 8,07 7,00 4,79 EDTm [s] 8,62 4,61 7,54 6,65 3,67 TSm [ms] 610,46 307,00 514,85 439,75 240,16 C80m [dB] -8,44 -4,35 -7,13 -6,20 -2,18 D50m 0,12 0,25 0,15 0,19 0,32 Gm [dB] 1,87 3,40 2,18 0,09 -5,03 LJm[dB] -2,51 -3,27 -3,53 -6,20 -11,44 JLFm 0,16 0,15 0,17 0,19 0,12 BRm 1,29 1,09 1,16 1,22 1,20 Brm 0,57 0,64 0,58 0,62 0,65 IACCEm 0,47 0,50 0,47 0,50 - IACCLm 0,11 0,13 0,11 0,11 - RASTI 0,25 0,37 0,31 0,31 0,44 906 A5-28 | Acoustics of large worship places 44ºCONGRESOESPAÑOLDEACÚSTICA  ENCUENTROIBÉRICODEACÚSTICA  EAASIMPOSIOEUROPEODEACÚSTICAAMBIENTALYMAPASDERUIDO  7 fuerza sonora, e impresión espacial en el trascoro, en especial en las catedrales de Cádiz y Málaga que siguen un patrón casi idéntico. La razón de este comportamiento se debe a que el trascoro se configura como un espacio independiente de la catedral en la que las distancias involucradas son más cortas y con menor influencia de sus naves, bóvedas y cúpulas. En los parámetros de espacialidad y fuerza sonora la catedral de Sevilla se encuentra en el rango más desfavorable de todas las catedrales. El índice RASTI se sitúa para todas las fuentes y catedrales dentro del rango de inteligibilidad pobre con ligeras variaciones rozando el límite de aceptable en el trascoro y púlpito en algunas catedrales. CONCLUSIONES Las catedrales andaluzas son edificios de una complejidad formal extraordinarias erigidos en su mayoría sobre solares de antiguas mezquitas, o incluso incrustadas en ellas. Todas responden al denominado “modo español” y han sido declaradas, al menos, bienes de interes cultural a lo largo de los últimos dos siglos. Sus condiciones acústicas forman parte de su patrimonio inmaterial asociado y deberían ser preservadas al igual que sus aspectos artísticos y arquitectónicos. Con este fin se describe en este trabajo el método experimental seguido para caracterizar el campo sonoro natural de estos espacios, en las posiciones de fuentesreceptores asociadas a sus usos litúrgicos, culturales y musicales. La cadena experimental descrita obedece el procedimiento de normalización expuesto en la UNE-EN-ISO 3382-1:2010, y otras directrices específicas para recintos de culto basadas en amplias medidas de campo. Se presentan también aquí los grandes rasgos de sus tipologias y variables arquitectónicas, así como los descriptores acústicos especificados en la mencionada norma para valorar la percepción de la música y la palabra. Los resultados muestran que aún siendo recintos muy reverberantes pueden establecerse diferencias entre ellos asociadas a sus materiales de acabado y ajuar litúrgicos así como diferencias dentro de los posibles subespacios que los conforman. Figura 3. Valores de los parámetros acústicos, promediados espectral y espacialmente para cada fuente, medidos en las cinco catedrales. EDT [s] 3 4 5 6 7 8 9 C 80 [dB] -9 -8 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 G [dB] -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 Cádiz Córdoba Jaén Málaga Sevilla L J [dB] -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 2 Cádiz Córdoba Jaén Málaga Sevilla J LF 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 Cádiz Córdoba Jaén Málaga Sevilla RASTI 0,00 0,15 0,30 0,45 0,60 0,75 0,90 EXCELENTEBUENAACEPT.POBREMALA FA (altar) FP (púlpito) FC (coro) FT (trascoro) 907 Appendix 5: Preliminary research published | A5-29 44ºCONGRESOESPAÑOLDEACÚSTICA ENCUENTROIBÉRICODEACÚSTICA EAASIMPOSIOEUROPEODEACÚSTICAAMBIENTALYMAPASDERUIDO 8 AGRADECIMIENTOS Los autores de este trabajo quieren expresar su más sincero agradecimiento a los deanes de las catedrales por facilitarnos el acceso para la realización de las medidas. Este trabajo ha sido financiado por fondos FEDER y por el proyecto I+D+I concedido por el Ministerio de Ciencia e Innovación (ref. BIA2010-20523). 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Universidad de Sevilla, Dpto. Física Aplicada II, ETS Arquitectura, IUACC. Avda. Reina Mercedes 2, 41012 Sevilla, España. Tel.: + 34 954557129. Fax: +34 954557892. E-Mail: [email protected],[email protected], [email protected]s,[email protected]. ABSTRACT This paper presents a method to synthesize the acoustic assessment of large reverberant places of worship for two types of sound stimuli: music and speech. The proposed synthetic indices are derived from the spectrally and spatially averaged values of various acoustic parameters, related to the attributes of perceived sensation and widely considered in other acoustic studies. Partial indices associated with each parameter are determined by comparing its average value with its range of optimum values and its environment of acceptable values that are set according to their respective differential thresholds (JND). The methodology implemented is applied to the acoustic assessment of five cathedrals of Andalusia. RESUMEN En este trabajo se presenta un método para sintetizar la valoración acústica de grandes espacios reverberantes de culto para dos tipos de estímulos sonoros, la música y la palabra. Los índices sintéticos propuestos se obtienen a partir de los valores promediados espectral y espacialmente de seis parámetros acústicos, relacionados con los atributos de la sensación percibida y ampliamente considerados en otros estudios acústicos. Los índices parciales asociados a cada parámetro se determinan comparando el valor medio de éste con su rango de valores óptimos y entorno de valores aceptables que se fija en función de los umbrales diferenciales (JND) respectivos. La metodología implementada se aplica a la valoración acústica de cinco catedrales de Andalucía. INTRODUCCIÓN La acústica de iglesias ha cobrado una creciente importancia desde hace algunas décadas por parte de la comunidad científica. Este interés se centra en varios aspectos: el valor histórico inmaterial del sonido de los espacios que está ligado a su creación arquitectónica; a las adaptaciones efímeras de estos recintos a eventos culturales que se comparten con fines litúrgicos; o finalmente como elementos de comprensión básica de la propagación del sonido 1460 Appendix 5: Preliminary research published | A5-31 46º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA SIMPOSIO EUROPEO SOBRE ACÚSTICA VIRTUAL Y AMBISONICS en estos a veces enormes volúmenes de gran complejidad espacial. Diversas campañas de medidas en iglesias de variada tipología y tamaño en varios países han dado lugar a un nutrido conjunto de resultados en este campo [1-4]. La norma UNE-EN-ISO 3382-1 [5] describe el procedimiento de medición, la instrumentación y procedimientos de obtención de los parámetros acústicos para la evaluación multidimensional de una sala de conciertos o espectáculos. Existen también métodos encaminados a representar la calidad acústica de una sala de conciertos mediante un único valor numérico; en este contexto destacan el método propuesto por Ando [6], y la adaptación del mismo llevada a cabo por Beranek [7]. La determinación de la calidad acústica mediante un único valor exige previamente seleccionar los parámetros acústicos estadísticamente independientes representativos de la sala. Los recintos de culto presentan características acústicas objetivas y subjetivas diferentes de las salas de conciertos y teatros, ya que no verifican las expectativas previstas en modelos de estos recintos, como han puesto de manifiesto varios autores [8, 9], y un tema reciente de investigación es la formulación de índices sintéticos para la acústica de estos edificios [10,11]. Inspirado en el estudio de Berardi [11], con modificaciones, en este trabajo se presenta un método para sintetizar la valoración acústica de grandes espacios reverberantes de culto para dos tipos de estímulos sonoros, la música y la palabra. METODOLOGIA La síntesis de los parámetros acústicos de salas en un solo índice requiere seleccionar los parámetros independientes y combinarlos teniendo en cuenta su importancia relativa. Partiendo de los parámetros acústicos validados en la ISO 3382-1 [5] y medidos en los espacios catedralicios, en este trabajo, siguiendo a Berardi [11], se proponen dos índices sintéticos uno para la música y otro para la palabra considerando, 5 características acústicas para valorar el sonido: reverberación,calidad sonora,espacialidad,fuerza sonora yclaridad. En el trabajo de este autor la primera característica está representada por el parámetro EDT [12], la calidad sonora (que propondremos cambiar por calidez sonora) se expresa a través de BR y Ts,la espacialidad a través de dos parámetros JLF e IACCE, la fuerza sonora por G y la claridad por C50. Todos estos parámetros están definidos en la norma ISO [5] a excepción de Bass Ratio:  125 250 500 1Hz Hz Hz kHz BR T T T T   que ha sido introducido por Beranek [7]. En la muestra de iglesias a las que Berardi aplica su índice todos los parámetros acústicos mencionados son estadísticamente independientes. Sin embargo, en el caso de las catedrales que nos ocupa, el estudio de las correlaciones considerando los valores medios de los parámetros anteriores, medidos en condiciones de no ocupación [13], para las distintas posiciones de las fuentes y receptores asociados (ver Figura 1), muestran que existe una fuerte dependencia entre los parámetros EDT y TS(r2=0.94) (ver Tabla 1). Los autores del presente trabajo obtuvieron también conclusiones semejantes, relativas a estos dos mismos parámetros, en un conjunto de iglesias Gótico-Mudéjares [14]. En la Figura 2 se muestran, para mayor claridad, las correlaciones más fuertes encontradas, que tienen lugar entre los parámetros C80 yC50 Figura 2(a), la cual era previsible y corresponde a dos parámetros que están uno en el Tabla 1 . Coeficientes de correlación lineal (r2) entre los parámetros analizados. En negrita valores de r2>0.6. EDT BR TS JLF IACCE G C80 C50 EDT --- --- --- --- --- --- --- --- BR 0.2683 --- --- --- --- --- --- --- TS 0.9426 0.2518 --- --- --- --- --- --- JLF 0.0483 0.0758 0.0229 --- --- --- --- --- IACCE 0.0882 0.0030 0.0553 0.2016 --- --- --- --- G 0.0219 0.0032 0.0148 0.3149 0.0051 --- --- --- C80 0.5537 0.0713 0.7583 0.0006 0.0066 0.0114 --- --- C50 0.4014 0.0569 0.6217 0.0018 0.0006 0.0159 0.9395 ---- 1461 A5-32 | Acoustics of large worship places 46º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA SIMPOSIO EUROPEO SOBRE ACÚSTICA VIRTUAL Y AMBISONICS grupo de evaluación de la música y el otro de la palabra, y en la Figura 2(b) entre los parámetros EDT y TS. En consecuencia, se propone suprimir el parámetro TS de la lista de parámetros ortogonales descriptores de la calidad acústica y distribuir el peso que Berardi propone para él en la ecuación del índice global, entre el parámetro BR, en su mayor parte, y los parámetros de claridad. De este modo el aspecto que Berardi denomina calidad sonora, pasaría a ser calidez sonora, que es el aspecto que valora directamente BR. También, a diferencia de Berardi, en este trabajo, para la valoración de la claridad, se ha optado por utilizar C50 para el índice de la palabra y C80 para la música. En el primer caso, su relación con la inteligibilidad permite utilizar la escala de calificación de Marshall [15] para determinar el índice parcial asociado. Para obtener el índice parcial asociado a la claridad musical a partir de C80 se ha adaptado la escala de Kosala [16]. Vale la pena también comentar que aunque Okano et al. [17] han encontrado una fuerte correlación entre el parámetro binaural IACCEyJLF en salas de conciertos, en los Figura 1. Planta de las cinco catedrales estudiadas a la misma escala, mostrando las posiciones de la fuente (F) y de los receptores (numerados ). 0 5 10 20 30 40 50 F4 17 16 15 F5 F3 18 19 9 14 10 11 8 7 612 13 F1 F2 1 5 23 20 4 26 8 7 6 2 3 4515 1 9 11 13 14 21 18 19 20 25 22 2324 16 17 10 27 28 29 30 11' 18 F1 17 21 16 15 1920 2114 F2 25 653 4 F3 9 F4 7 810 11 12 13 F5 29 26 2728 3 2 1 5 1' 4 6 7 8 18 16 17 21 19 9 10 1112 20 14 13 15 F1 F2 F3 8 1 7 F1 9 F2 52 10 F3 F4 F5 11 36 412 13 14 15 16 17 CÁDIZ CÓRDOBA GRANADA JAÉN MÁLAGA 1462 Appendix 5: Preliminary research published | A5-33 46º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA SIMPOSIO EUROPEO SOBRE ACÚSTICA VIRTUAL Y AMBISONICS recintos religiosos no se observan estas correlaciones, como ha señalado Berardi en las iglesias italianas y en nuestro caso se muestra en la Tabla 1. Por esta razón se incluyen ambos parámetros para evaluar las características de espacialidad de los espacios de culto. Los valores utilizados de los umbrales diferenciales, JND, de estos parámetros son los de la norma UNE-EN-ISO 3382-1 [5], el propuesto por Martellotta [7] para C80 en grandes espacios reverberantes y el de Marshall para C50 [15]. Los factores de ponderación de cada índice parcial para obtener el índice global para la música y la palabra son los mismos que los propuestos por Berardi, salvo lo ya señalado anteriormente a la supresión de Ts y al reparto de su peso entre BR y la claridad. Se han adoptado también los mismos valores óptimos de los parámetros, considerando un rango ampliado, por arriba y por abajo si corresponde, incrementado en 1 JND: jopt j PJNDr . Para los valores de los parámetros dentro del rango óptimo ampliado el índice parcial ij, correspondiente al parámetro acústico j, vale 1. Fuera de este rango ampliado, el valor del índice parcial varía linealmente desde 1 hasta 0, de modo que el índice se anula cuando el parámetro disminuye/aumenta en 7 JNDi. La excepción a esta regla son los parámetros de lateralidad JLF e IACCE. En este caso el límite inferior de la variación lineal, para evitar incongruencias (valores positivos del índice parcial para valor nulo del parámetro), se considera que el índice parcial vale 0 cuando el valor del parámetro es 0. Estas consideraciones se resumen en la Tabla 2 y en el conjunto de ecuaciones mostradas en el Apéndice, que permiten calcular los índices parciales de cada parámetro, para la música y la palabra, y cuya representación conjunta se muestra en la Figura 3. A partir de los índices parciales calculados, el índice total se obtiene de acuerdo a la expresión 6 1jj j Pia ¦ , donde aj se refiere al peso de cada parámetro mostrado en la Tabla 2. Figura 2. Regresión lineal, (a) entre C 50 y C 80 y (b) entre T s y EDT, obtenidas en las catedrales andaluzas. EDT (s) 0246810 T S (ms) 100 200 300 400 500 600 700 C 80 (dB) -10-8-6-4-2 0 C 50 (dB) -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 (a) (b) Tabla 2. Valores de JND, pesos, y rangos óptimos para la palabra y la música de cada uno de los parámetros acústicos. Se indican las frecuencias utilizadas para evaluar el valor promedio espectral. EDT (s) (500-1k) BR J LF (125-1k) IACC E (500-2k) G(dB) (500-1k) C 80 (dB) (500-1k) C 50 (dB) (500-1k) JNDj 5% 0.1 0.05 0.075 1 dB 1.5 dB 1.5 dB aj 0.25 0.15 0.15 0.10 0.15 0.20 0.20 Valor óptimo para la música 2.1-4.2 1.10 > 0.25 >0.35 > 3 >0 --- Valor óptimo la palabra 0.8-1 1.05 > 0.2 > 0.35 > 0 --- >0 1463 A5-34 | Acoustics of large worship places 46º CONGRESO ESPAÑOL DE ACÚSTICA ENCUENTRO IBÉRICO DE ACÚSTICA SIMPOSIO EUROPEO SOBRE ACÚSTICA VIRTUAL Y AMBISONICS Figura 3. Representación gráfica de los seis índices parciales para la música y la palabra. BR 0 0.4 0.8 1.2 1 .6 2 J LF 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 IACC E 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 Índice parcial 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 G (dB) -10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 C 50 ; C 80 (dB) -14-12-10-8-6-4-2 0 2 4 EDT (s) 01234567 Índice parcial 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 Música Palabra Tabla 3. Valores promediados espectral y espacialmente de los parámetros acústicos, valores calculados de los índices parciales asociados, para la música y para la palabra, asociados a cada posición de la fuente y para todas las fuentes, en cada catedral. F nR EDT iEDTm iEDTp BR iBRm iBRp JLF iJLFm iJLFp IACCE iIACCEm iIACCEp G iGm iGp C80 iC80m C50 iC50p CÁDIZ 1 14 8.62 0 0 1.29 0.87 0.80 0.16 0.80 1 0.47 1 1 1.87 0.98 1 -8.44 0.34 -10.29 0.16 2 11 8.46 0 0 1.29 0.87 0.80 0.16 0.80 1 0.55 1 1 2.56 1 1 -5.49 0.62 -6.63 0.51 3 7 8.05 0 0 1.29 0.87 0.80 0.14 0.70 0.93 0.48 1 1 1.64 0.95 1 -6.60 0.51 -8.01 0.38 4 4 4.84 0.72 0 1.31 0.84 0.77 0.26 1 1 0.30 1 1 6.93 1 1 -2.88 0.87 -4.62 0.70 5 3 7.15 0 0 1.30 0.86 0.79 0.15 0.75 1 0.61 1 1 2.48 1 1 -7.67 0.41 -10.25 0.17 T 39 7.42 0 0 1.30 0.89 0.79 0.17 0.85 1 0.48 1 1 3.10 1 1 -6.22 0.55 -7.96 0.38 CÓRDOBA 1 13 4.61 0.86 0 1.09 1 1 0.15 0.75 1 0.50 1 1 3.40 1 1 -4.35 0.73 -5.71 0.60 2 7 4.07 1 0 1.10 1 1 0.18 0.90 1 0.43 1 1 2.65 1 1 -5.71 0.60 -8.19 0.36 3 10 4.56 0.90 0 1.08 1 1 0.2 1 1 0.49 1 1 2.15 1 1 -2.24 0.93 -3.39 0.82 4 8 3.24 1 0 1.01 1 1 0.16 0.80 1 0.54 1 1 5.06 1 1 -3.91 0.77 -6.13 0.56 5 8 4.07 1 0 1.02 1 1 0.11 0.55 0.73 0.65 1 1 0.87 0.84 1 -3.96 0.77 -5.56 0.61 6 4 3.58 1 0 1.06 1 1 0.14 0.70 0.93 0.44 1 1 -1.43 0.51 0.94 -3.58 0.80 -5.84 0.59 T 50 4.02 1 0 1.06 1 1 0.16 0.80 1 0.51 1 1 2.12 1 1 -3.96 0.77 -5.8 0.59 GRANADA 1 18 8.1 0 0 1.16 1 0.99 0.21 1 1 0.18 0.65 0.65 -0.14 0.69 1 -6.84 0.49 -8.23 0.36 2 18 8.28 0 0 1.16 1 0.99 0.2 1 1 0.23 0.84 0.84 -0.14 0.69 1 -4.72 0.69 -6.05 0.57 3 12 7.03 0 0 1.15 1 1 0.15 0.75 1 0.23 0.84 0.84 3.34 1 1 -5.43 0.63 -5.17 0.65 T 48 7.8 0 0 1.16 1 0.99 0.19 0.95 1 0.21 0.76 0.76 1.02 0.86 1 -5.66 0.6 -6.49 0.52 JAÉN 1 21 7.54 0 0 1.16 1 0.99 0.17 0.85 1 0.47 1 1 2.18 1 1 -7.13 0.46 -8.46 0.34 2 17 7.58 0 0 1.15 1 1 0.17 0.85 1 0.47 1 1 1.94 0.99 1 -5.07 0.66 -6.07 0.56 3 12 7.03 0 0 1.14 1 1 0.16 0.80 1 0.40 1 1 3.34 1 1 -5.43 0.63 -7.33 0.44 4 11 7.59 0 0 1.16 1 0.99 0.19 0.95 1 0.45 1 1 2.08 1 1 -6.03 0.57 -7.31 0.45 5 4 5.16 0.51 0 1.18 1 0.96 0.18 0.90 1 0.46 1 1 -1.05 0.56 0.99 -2.10 0.94 -3.25 0.83 T 65 6.98 0 0 1.16 1 0.99 0.17 0.85 1 0.45 1 1 1.70 0.96 1 -5.15 0.65 -6.47 0.53 MÁLAGA 1 16 6.65 0 0 1.22 0.97 0.9 0.19 0.95 1 0.50 1 1 0.09 0.73 1 -6.2 0.55 -7.52 0.43 2 11 6.52 0 0 1.21 0.99 0.91 0.17 0.85 1 0.50 1 1 2.68 1 1 -2.68 0.89 -3.72 0.79 3 13 6.23 0 0 1.21 0.99 0.91 0.19 0.95 1 0.44 1 1 2.40 1 1 -5.2 0.65 -7.02 0.47 4 7 5.72 0.15 0 1.22 0.97 0.90 0.17 0.85 1 0.46 1 1 0.45 0.78 1 -3.23 0.84 -5 0.67 5 4 4.56 0.90 0 1.23 0.96 0.89 0.24 1 1 0.52 1 1 5.81 1 1 -1.64 0.99 -3.01 0.86 T 51 5.94 0.01 0 1.22 0.97 0.90 0.19 0.95 1 0.48 1 1 2.29 1 1 -3.79 0.78 -5.25 0.64 1464 Appendix 5: Preliminary research published | A5-35