• Difracción.

• Resonadores.

• Membranas.

• Porosidad.

• Desfasado del sonido.

• Tratamientos comunes para la absorción.

Se consideran absorbentes sonoros todos aquellos materiales o sistemas que disponen de elevados coeficientes de absorción sonora en todo o en parte del espectro de frecuencias audibles.

Físicamente existen cinco principios por los que se puede debilitar la energía incidente mediante su absorción. Estos son:

• Difracción.

• Resonadores.

• Membranas.

• Porosidad.

• Desfasado del sonido.

DIFRACCIÓN.

La difracción es un fenómeno que afecta a la propagación del sonido. Hablamos de difracción cuando el sonido en lugar de seguir en la dirección normal, se dispersa. Es el resultado del fraccionamiento de la energía sonora incidente sobre una superficie muy accidentada y tiene como consecuencia evitar las concentraciones sonoras en el espacio.

La explicación la encontramos en el Principio de Huygens, que establece que cualquier punto de un frente de ondas es susceptible de convertirse en un nuevo foco emisor de ondas idénticas a la que lo originó. De acuerdo con este principio, cuando la onda incide sobre una abertura o un obstáculo que impide su propagación, todos los puntos de su plano se convierten en fuentes secundarias de ondas, emitiendo nuevas ondas, denominadas ondas difractadas.

La difracción se puede producir por dos motivos diferentes:

• Porque una onda sonora encuentra a su paso un pequeño obstáculo y lo rodea. Las frecuencias bajas rodean los obstáculos mejor que las altas. Esto es posible porque las longitudes de onda en el espectro audible están entre 3 cm. y 12 m, por lo que son lo suficientemente grandes para superar la mayor parte de los obstáculos que encuentran.

• Porque una onda sonora topa con un pequeño agujero y lo atraviesa.

La cantidad de difracción estará dada en función del tamaño de la propia abertura y de la longitud de onda.

Si una abertura es grande en comparación con la longitud de onda, el efecto de la difracción es pequeño. La onda se propaga en líneas rectas o rayos, como la luz.

Cuando el tamaño de la abertura es considerable en comparación con la longitud de onda, los efectos de la difracción son grandes y el sonido se comporta como si fuese una luz que procede de una fuente puntual localizada en la abertura.

Quizás sea el método más antiguo utilizado en los tratamientos acústicos para debilitar la energía incidente por absorción.

RESONADORES.

Los resonadores, como su propio nombre indica, producen la absorción de energía acústica mediante un proceso de resonancia. El movimiento resonante de una parte del sistema extrae energía del campo acústico, de manera selectiva y preferente, en una banda de frecuencias determinada.

Al igual que la difracción, este método de absorción se utiliza desde hace mucho tiempo en formas de cavidades incluidas en las mismas. Tiene la propiedad de representar una absorción interesante sobre una frecuencia determinada, llamada fundamental o de resonancia.

Se les clasifica en dos tipos principales: resonadores simples y resonadores acoplados.

El resonador simple está constituido por una sola cavidad rígida, llena de aire, que comunica con el exterior por un orificio circular de mayor o menor tamaño. Esta pequeña bolsa de aire reacciona a las ondas acústicas como un resorte para las frecuencias graves. El aire contenido en el pequeño orificio actúa como una masa.

Los resonadores simples han sido minuciosamente estudiados por Helmholtz y Lord Reyleigh, por lo que también se los conoce como resonadores de Helmholtz. Consiste en una cavidad rígida de volumen V que comunica al exterior a través de un cuello de longitud L y sección S. Su frecuencia de resonancia viene dada por la expresión:

siendo:

= frecuencia de resonancia.

c = velocidad del sonido.

s = sección del cuello.

l = longitud del cuello.

V = volumen de la cavidad.

En la actualidad estos resonadores se utilizan poco pues han sido sustituidos por los resonadores acoplados.

Los resonadores acoplados están formados por un conjunto de resonadores simples agrupados en un solo panel.

Sus aplicaciones son muy numerosas y las encontramos en toda la serie de revestimientos perforados: yeso, madera, poliéster, estratificado, aluminio, acero y amianto-cemento

Estos paneles de resonadores múltiples pueden tener perforaciones regulares, irregulares, cuellos u orificios y hendiduras. Su eficacia es muy grande en torno a su frecuencia de resonancia. Son muy útiles para bajas frecuencias, aunque su coeficiente de absorción depende fundamentalmente de:

• La naturaleza y espesor del revestimiento.

• De la forma y disposición de las perforaciones.

• Del tipo de montaje.

• Del material absorbente colocado encima.

• De su índice de perforaciones.

Con los tratamiento acústicos que utilizan resonadores se puede obtener una reducción del nivel sonoro que oscila entre 5 y 10 dB dependiendo del montaje, la proximidad de las fuentes y las frecuencias que hayan de combatirse.

MEMBRANAS.

La utilización de este modo de absorción se basa en la transformación de la energía acústica en energía cinética. Es eficaz para las bajas frecuencias inferiores a 400 Hz.

Las membranas están constituidas generalmente por materiales como la chapa de acero o de aluminio, revestimientos delgados de madera, maderas reconstituidas, contrachapadas, tejidos, etc.... que se fijan en su superficie. Estos materiales entran en vibración bajo el efecto de las ondas sonoras incidentes. La masa de aire incluida entre la pared y este material desempeña el papel de un resorte.

La absorción es selectiva para una frecuencia conocida con el nombre de frecuencia de resonancia que puede calcularse por la siguiente expresión:

siendo:

= frecuencia de resonancia.

c = velocidad del sonido.

= densidad del aire.

m = masa de la membrana por unidad de superficie.

D = espesor de la lámina de aire entre membrana y pared.

A veces, para hacer más amplio el rango de frecuencia de absorción, se coloca en la lámina de aire un panel de lana mineral, que tiene por consecuencia:

• Atenuar ligeramente la eficacia sobre la

• Aumentar la absorción sobre las frecuencias vecinas.

POROSIDAD.

El efecto de la porosidad lo encontramos en todo material que encierra en su masa un cierto volumen de aire en el interior de sus poros que deben de estar abiertos, y que están unidos por una multitud de canales de muy pequeño diámetro.

La incidencia de una onda sonora sobre semejante material ponen en vibración estas pequeñas masas de aire de los poros y canales, lo que tiene por consecuencia transformar la energía sonora, por efecto de viscosidad y frotamiento, en calor infinitesimal.

Los materiales que presentan tales propiedades corresponden a toda la gama de las fibras. Sus curvas de absorción acústica dependen de:

• Su fijación.

• Su densidad para un determinado diámetro de fibras.

• Su espesor.

En cuanto a la fijación se puede decir que la orientación del material absorbente respecto a la incidencia de las ondas sonoras y la lámina de aire dejada entre la pared y el material, influye notoriamente sobre la eficacia de absorción. Así por ejemplo, si se pega el material porosos a la pared se obtiene una mala absorción sobre las frecuencias graves, si se suspende el material o se separa 5 cm de la pared, entonces mejora la eficacia de absorción sobre las frecuencias inferiores a 600 Hz.

Referente a la densidad tenemos que, para un diámetro determinado de fibrado hay una densidad óptima para obtener la mayor eficacia sobre el conjunto del espectro. Esto se debe a que si tenemos un estado de material demasiado duro, entonces la superficie del material provoca un cierto rebote de las ondas sonoras. Ensayos efectuados en laboratorio (Rantiguy) han demostrado que una densidad mayor de 80 a 100 Kg/m³ disminuye la eficacia absorbente sobre las frecuencias elevadas.

Finalmente se ha de conocer que el espesor es determinante para las frecuencias graves y si fuera preciso luchar contra éstas, será necesario buscar espesores fuertes de entre 40 a 80 mm. Por el contrario, su papel es inapreciable en las frecuencias agudas.

La reducción del nivel sonoro que podemos conseguir utilizando materiales porosos oscila entre 5 y 10 dB.

DESFASADO DEL SONIDO.

Este modo de absorción consiste en instalar un generador que reproduzca un sonido de frecuencia determinada y desfasado 180º a fin de poner en posición a la emisión producida por una máquina. Permite reducciones del nivel sonoro en una frecuencia y dirección bien determinada de 20 a 30 dB.

Esta aplicación es de realización muy delicada y exige una frecuencia fundamental de la máquina muy pura.

Se necesita una regulación automática del generador a fin de seguir las posibles desviaciones de frecuencias de la máquina. Si no se pueden tomar estas precauciones, se corre el riesgo de hacer mayor el nivel sonoro del local, en lugar de reducirlo.

TRATAMIENTOS COMUNES PARA LA ABSORCIÓN.

Se exponen aquí las características de los materiales más usados en el tratamiento acústico de locales.

Placa rígida porosa.

Estos materiales están formados por poros abiertos soportados por una estructura rígida, como por ejemplo láminas de corcho sobre una pared de ladrillo. La absorción del sonido se produce como consecuencia del rozamiento de las moléculas del aire con las paredes de los poros y es mayor a altas frecuencias. Para mejorar la absorción a bajas frecuencias se puede aumentar el espesor de la placa absorbente, o bien dejar una cámara de aire entre la placa y la pared.

Se debe de tener gran cuidado con el estado de la superficie del material para que la absorción sea máxima, ya que si los poros quedan tapados por polvo o por una capa de pintura, la absorción se reducirá drásticamente. En el caso que se quiera decorar o pintar una placa absorbente de este tipo, se debe de utilizar una pintura que no forme capa continua y sólo colorear los bordes de los poros.

Placa porosa flexible.

Este tipo de material es poroso, pero de poros cerrados, en los que la absorción se debe a vibraciones de la estructura, siendo las propiedades elástica las que tienen importancia. En estos materiales la energía es absorbida por rozamiento interno del sistema, dando como resultado la curva representada a la izquierda.

Cuanto mayor sea la flexibilidad de la placa más se desplazarán los picos de absorción hacia las frecuencias bajas. Si el material es a la vez flexible y poroso, predominará la absorción por rozamiento de las altas frecuencias y en las frecuencias bajas aparecerán los picos de absorción debidos a la flexibilidad de la placa.

Al igual que en el caso anterior, una cámara de aire detrás de la placa beneficiará la absorción para bajas frecuencias y la suciedad o la pintura tendrán un efecto perjudicial para las altas frecuencias.

Placa porosa con cubierta perforada.

Estos materiales, desde el punto de vista de la absorción se comportan igual que una placa porosa, pero además cada orificio de la placa actúa como un pequeño resonador de Kelmholtz que mejora la absorción de una zona de frecuencias.

La figura de la izquierda muestra la variación del coeficiente de absorción de estos materiales con la frecuencia.

Azulejos acústicos.

Estos materiales, normalmente, toman la forma de panel rígido de fibra comprimida, cuya superficie está perforada con un gran número de agujeros, ranuras o grietas. Aunque no existe una teoría real para explicar la absorción de estos materiales, se cree que se debe a la resonancia del aire en los agujeros. Si el material no fuese poroso, la resonancia se produciría a una frecuencia tal que la longitud de onda fuese cuatro veces la profundidad del agujero, pero la porosidad de la materia reduce la rigidez de los agujeros y aumenta el amortiguamiento, con lo que el pico de absorción se ensancha, obteniéndose como resultado una curva de absorción parecida a la de la figura de la izquierda.

Este tipo de materiales se utiliza mucho en techos.

Pared flexible.

Una pared flexible consiste en un panel impermeable montado a una pequeña distancia de una pared rígida. Tiene una frecuencia de resonancia que viene determinada por la masa por unidad de superficie del panel y el espesor de la cámara de aire.

La rigidez del panel ha de ser pequeña pues la absorción se basa en las pérdidas en el interior del panel o por fricción en torno a los bordes.

Normalmente, para aumentar la absorción, se rellena la separación entre el panel y la pared rígida con alguna sustancia fibrosa barata.

Este tipo de material absorbente se usa sólo para bajas frecuencias y aún así es difícil de utilizarlo en la práctica, ya que es necesario mantener una estanqueidad perfecta de la cámara de aire y esto es difícil.

La figura de la izquierda representa la variación de coeficiente de absorción de estos materiales con cada frecuencia.

 

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