1. Por qué las paredes lisas rebotan el sonido en una sola dirección
En un auditorio, es fundamental que el sonido rodee al público desde alrededor del público. Según la explicación de Terushima Takane, de la Universidad Mie, los reflejos que llegan poco después del sonido directo ayudan a clarificarlo, mientras que los reflejos laterales contribuyen a la sensación de "amplitud" sonora [1]. Por el contrario, si un reflejo llega con mucho retraso respecto al sonido directo, se convierte en un eco molesto [1].
Si las paredes son lisas y planas, el sonido rebota de manera agrupada hacia una dirección específica, similar a como la luz rebota en un espejo. Esto crea un desequilibrio: el sonido llega fuerte a ciertos lugares pero es débil en otros [1]. Para evitar esto se utilizan "difusores". La difusión implica distribuir la energía sonora ampliamente dentro de la sala [2]. Según Wikipedia, los difusores no absorben el sonido, sino que lo dispersan; esto permite reducir la "coloración" (donde solo ciertas frecuencias suenan fuertes) y los ecos bajo ciertas condiciones, manteniendo la reverberación natural de la sala [2].
Por lo tanto, las irregularidades en la pared no son meramente decorativas; tienen la función de dispersar la dirección del sonido. La pregunta siguiente es: ¿qué forma debe tener esa superficie para que el sonido se disperse correctamente?
2. Cómo las ranuras de distintas profundidades desfasan los tiempos de rebote del sonido
Un ejemplo clásico de superficie dispersora es una pared con ranuras paralelas de diferentes profundidades. Como la distancia que el sonido recorre hasta el fondo de cada ranura varía, el mismo sonido regresa desde cada ranura en momentos ligeramente distintos [3]. Al no estar sincronizadas las fases de las ondas, el sonido no rebota hacia una sola dirección como en un espejo, sino que se expande en múltiples direcciones [3].
Imagina rodar una pelota sobre escalones: en una superficie plana iría en línea recta, pero en una irregular se dispersaría. Sin embargo, ten en cuenta que el sonido es una onda, no una partícula sólida, así que esta analogía solo es útil "aproximadamente" [3]. ¿Qué tamaño deben tener estas irregularidades? Los materiales de clase universitaria sugieren que, como regla general para diseñar difusores, las protuberancias o cavidades deberían tener una profundidad de al menos un cuarto de la longitud de onda del sonido que se desea dispersar [3]. La longitud de onda es la distancia de un ciclo completo de la onda sonora.
Es importante notar que esta cifra es una guía para el diseño de componentes, no una regla obligatoria para toda la sala. Dado que la longitud de onda cambia según la frecuencia (tono) del sonido, se cree que las irregularidades grandes afectan mejor a los sonidos graves y las pequeñas a los agudos [3]. Las salas antiguas también poseían estas irregularidades mediante estatuas y nichos.
3. Estatuas y nichos en salas de hace más de 100 años, como el Musikverein de Viena
La Gran Sala del Musikverein en Viena abrió sus puertas el 6 de enero de 1870 [4]. Tiene forma rectangular (tipo "caja de zapatos") con dimensiones aproximadas de 49 m de largo, 19 m de ancho y 18 m de alto, y es conocida como la "Sala Dorada" [4]. Se dice que el arquitecto Hansen diseñó la sala basándose en su intuición, ya que no podía apoyarse en estudios de acústica arquitectónica moderna [4].
Respecto a sus paredes y decoración, Wikipedia explica que las superficies reflectantes y difusoras generan fuertes reflejos laterales [4]. No obstante, la acústica de esta sala es el resultado combinado de su forma general, los materiales y otros factores. No se puede identificar exactamente cuánto contribuye la decoración ni si fue colocada específicamente para dispersar el sonido.
En la Symphony Hall de Boston, que abrió el 15 de octubre de 1900, Wallace Sabine, un joven físico de Harvard, actuó como consultor acústico [5]. Wikipedia describe esta sala como una de las primeras diseñadas bajo principios acústicos científicos [5]. Se indica que el techo con casetones (cuadrados hundidos) y los nichos en las tres paredes laterales, donde se alojan estatuas, ayudan a lograr un buen sonido desde casi cualquier asiento [5].
Las irregularidades han existido en las salas desde hace mucho. La siguiente cuestión es: ¿apareció alguien que decidiera la forma de dispersión mediante cálculos matemáticos, en lugar de intuición?
4. Cómo Manfred Schroeder usó la teoría de números para diseñar difusores de sonido
En la década de 1970, Manfred Schroeder desarrolló difusores basados en teoría numérica [6]. Se dice que obtuvo inspiración de las clases de André Weil en Gotinga en 1977, donde se hablaba de sumas de Gauss y residuos cuadráticos (propiedades de los números) [6].
Según un artículo de 2006, hace unos 30 años Schroeder planteó la pregunta: "¿cuál es la forma de pared que produce la máxima difusión sonora?" [7]. Inicialmente creó difusores usando secuencias de longitud máxima (un tipo de patrón de ceros y unos), y luego avanzó hacia diseños basados en residuos cuadráticos y raíces primitivas [7].
La ventaja de este "método" es que permite predecir el rendimiento del difusor según las condiciones de diseño mediante cálculo [7]. Los diseños de tipo residuo cuadrático siguen llamándose "difusores de Schroeder" y son ampliamente utilizados [6].
El hecho de que una clase de matemáticas haya inspirado formas arquitectónicas es un ejemplo de cómo la investigación puede ser útil en lugares inesperados. Sin embargo, añadir más difusores no garantiza automáticamente una mejor sala.
5. Cómo manejan el sonido los más de 10.000 paneles blancos de la Elbphilharmonie
Las paredes y el techo del gran auditorio de la Elbphilharmonie están cubiertos por una "piel blanca" continua [8]. Los paneles, hechos de hormigón reforzado con fibras de yeso, fueron tallados individualmente; hay más de 10.000 unidades y la sala tiene 2.100 asientos [8].
La explicación del sitio oficial indica que en las partes planas de los paneles el sonido se refleja directamente, mientras que en las partes con cavidades profundas el sonido se dispersa [8]. No toda la superficie es difusora; se combinan superficies reflectantes y dispersoras dentro de una misma pared. Sobre la forma individual de cada panel, no se menciona nada más allá del hecho de que fueron tallados.
El diseño estuvo a cargo de los arquitectos Herzog & de Meuron y del especialista en acústica Yasuhisa Toyota [8]. Es un ejemplo donde la forma arquitectónica y el diseño acústico se integraron desde el principio como una sola pared. Entonces, ¿cuanto más rugosa sea la pared, mejor será la sala?
6. Si más irregularidades en las paredes siempre significan mejor sonido
En la revista Acoustics Today (2006), se menciona que un famoso diseñador de salas afirmó que "demasiada difusión daña la calidad del sonido de los instrumentos de cuerda agudos", mientras que otra perspectiva sugiere que las fallas acústicas en algunas grandes salas se deben a una falta de difusión [7]. Por lo tanto, no está establecido que "más difusión sea siempre mejor".
La manera de crear reflejos laterales cambia según la forma de la sala. El tipo "caja de zapatos" es rectangular; el Musikverein de Viena es el ejemplo representativo [10]. El tipo "viñedo" divide el público en bloques escalonados como viñedos, creando muchas superficies laterales cercanas al público gracias a los desniveles [10]. En Japón, la Suntory Hall es un ejemplo de este modelo [1][10]. Los documentos del proyecto de Nagata Acoustics indican que se completó en 1986, tiene 2.006 asientos y un tiempo de reverberación de 2,1 segundos con la sala llena [9].
Aunque las formas difieran, todos priorizan los reflejos laterales. Los detalles de las irregularidades de las paredes son temas distintos para cada sala. La percepción en un auditorio depende del equilibrio entre sonido directo, reflejos laterales, difusión y reverberación; las rugosidades de la pared son solo una perilla de ajuste para la dispersión.
7. Cómo comparar el sonido de tus palmadas frente a una pared lisa y una estantería en casa
Para notar cómo cambia el sonido según el entorno, prueba golpear tus manos frente a una pared lisa sin muebles y luego frente a una estantería llena. Esto no es un experimento para verificar la difusión de las paredes de un auditorio, sino una forma de darse cuenta de cómo suena el sonido en tu entorno. Pide a un adulto que esté cerca para poder conversar sobre lo que sienten.
También puedes hacerlo en el baño o el pasillo. Las diferencias en la percepción cambian según el tamaño de la habitación y los muebles, por lo que no se puede afirmar que sea solo el efecto de la estantería. Si no notas diferencia, eso también es un resultado válido.
La próxima vez que veas fotos o videos de auditorios, busca si las irregularidades en paredes y techos parecen superficies planas o dispersoras. Comparar estatuas antiguas y techos con casetones frente a paneles modernos te ayudará a notar las diferencias de forma.