SESION 3

Hay dos conceptos fundamentales en acústica, que deben saber diferenciarse claramente, para comprender en que consiste el tratamiento de los sonidos y evitar errores o malos entendidos en lo que respecta al correcto uso de los materiales que se emplean para ese fin: uno es la aislación acústica y el otro es la absorción acústica ó fono-absorción. Son conceptos diferentes que requieren también materiales diferentes.

El concepto de aislación acústica es más simple de entender y además es el que más se conoce en general por ser el más difundido,…cuanto aísla un determinado material o cuantos decibeles menos de sonido pasa a través de un material…, a lo sumo quedará por saber a nivel no especializado si lo que se logra con eso es mucho o es poco, pero el concepto en sí podemos decir, que es fácilmente entendido y no requiere mayores explicaciones.

El otro concepto que queremos profundizar aquí, porque es más abstracto y más difícil de entender, pero no menos importante que el anterior para el tratamiento y control de los ruidos, es el concepto de la absorción acústica, que por ser un concepto menos difundido, requiere ser tratado con mayor profundidad y mas cuidadosamente, sobretodo en términos de fácil comprensión pero que claramente expresen la esencia misma del concepto.

El ruido, proveniente de una o más fuentes sonoras (máquinas, equipo de audio o personas) se propaga por el espacio en forma esférica en todas direcciones. Cuando se encuentra o choca con una superficie “dura”, una parte la atraviesa y otra parte es reflejada. Cuanto mas masa y rigidez tiene la superficie sobre la que incide, mayor es el porcentaje de sonido reflejado y a la vez menor es el sonido que la atraviesa, por lo tanto podríamos decir, que es como si se produjera una concentración del sonido, en el interior de un espacio. Así, una misma fuente sonora y de igual intensidad, generará un ruido mucho mayor dentro de un espacio cerrado, que si estuviera en un gran espacio al aire libre, donde no existen reflexiones.

El sonido así encerrado, mientras no encuentra una superficie “blanda y permeable”, continúa reflejándose por un determinado tiempo hasta que llega a perderse y desaparecer, por lo tanto, dentro de un espacio, el sonido escuchado es la suma del que incide directamente desde la fuente hacia nosotros, más el que nos llega reflejado en paredes, piso y techo. Al tiempo que perdura el ruido dentro del espacio se lo llama “tiempo de reverberación” y se mide en segundos.

Para entender mejor esta idea, supongamos que damos una palmada fuerte y nos quedamos escuchando hasta que dejamos de percibir totalmente el sonido de la palmada. Ese espacio de tiempo en el que continuamos escuchado la palmada como un eco, es el tiempo de reverberación.Veamos de que modo incide el volumen del espacio en el tiempo de reverberación, analizando la siguiente tabla con espacios de diferentes tamaños:

Dimensiones del área interior(m)

Volumen(m3)

Tiempo de reverberación (seg.)

2 x 2 x 2 8 1,1

4 x 4 x 4 64 2,1

8 x 8 x 4 256 3,2

10 x 20 x 5 1.000 4.8

20 x 40 x 8 6.400 8

50 x 50 x 12 30.000 13

Hemos supuesto que el interior del área interior tiene todas superficies duras y reflejantes en paredes, piso y techo (por ejemplo revoques, Hº Aº, vidrio, baldosas). Vemos que a mayor volumen el tiempo de reverberación aumenta, esto se debe a que las reflexiones son más largas (mayores distancias entre paredes y techo) y el eco, producto de la reflexión, nos vuelve más retardado en función de la velocidad del sonido (1200 km/h).

Esto lo podemos percibir claramente sobretodo en ambientes de gran tamaño donde sentimos que el eco perdura durante más tiempo, pero que inconvenientes nos trae dicha situación?. Por un lado, como dijimos, se está incrementando el nivel sonoro y eso ya provoca incomodidad o hasta puede llegar a ser perjudicial para la salud; pero hay otro problema muy importante que es la distorsión que se produce de los sonidos emitidos; sobretodo a medida que aumenta el tamaño del espacio interior.

Si por ejemplo hay un orador o se está reproduciendo música, veremos que en cada punto de la sala el auditor percibe primero el sonido directo del orador o del ejecutante, luego la primera reflexión, en seguida la segunda y así sucesivamente todas las demás reflexiones que se siguen con escasas fracciones de segundo. Mientras tanto el orador o ejecutante continúan emitiendo sonidos, que se mezclan con las reflexiones que nos van llegando de sonidos anteriores y terminamos no entendiendo lo que se está diciendo o la música que estamos escuchando. Esta distorsión es producto de la reverberación del sonido dentro de la sala.

Como se corrigen esas distorsiones? Precisamente con absorción acústica, que lo que hace es ir eliminando total o parcialmente las reflexiones sonoras, por lo que se dice que se “chupa el sonido”, con lo cual se logra por un lado reducir el tiempo de reverberación haciendo mas comprensible la audición y por otro atenuar el nivel sonoro dentro de la sala, que se veía incrementado por las reflexiones y con esto se consigue un mayor confort acústico en el ambiente.

La comprensión de este concepto es fundamental para encarar las tareas correctivas y saber seleccionar los materiales adecuados que puedan resolver el problema, pero esto será motivo de una segunda nota como continuación del tema, los materiales absorbentes acústicos.

DE QUÉ FACTORES DEPENDE LA ABSORCIÓN ACÚSTICA?

a) Del tipo de material b) De la geometría del espacio

interior (forma) c) De la frecuencia

El éxito en el diseño acústico de cualquier tipo de espacio, una vez fijado su volumen y definidas sus formas, radica en primer lugar en la elección de los materiales adecuados para utilizarlos como revestimientos del mismo con el objeto de obtener resultados óptimos en el acondicionamiento acústico.

Además, según el tipo de espacios, resulta necesario potenciar la aparición de las primeras reflexiones (es el caso de teatros y salas de conciertos) y/o conseguir una buena difusión del sonido (exclusivamente en el caso de salas de conciertos).

En este capítulo se describen los diferentes tipos de materiales y elementos utilizados a tal efecto así como sus características básicas. Cada uno de ellos produce principalmente uno de los siguientes efectos sobre la energía sonora:

Absorción del sonido: debido mayoritariamente a la presencia en el espacio de materiales absorbentes, de elementos absorbentes selectivos (resonadores), del público y de las sillas.

Reflexión del sonido: debido a la existencia de elementos reflectores utilizados para la generación de reflexiones útiles hacia la zona de público.

Difusión del sonido: debido a la presencia de elementos difusores utilizados para dispersar, de forma uniforme y en múltiples direcciones, la energía sonora incidente.

En un espacio cualquiera, la reducción de la energía asociada a las ondas sonoras, tanto en su propagación a través del aire como cuando inciden sobre sus superficies límite, es determinante en la calidad acústica final del mismo.

Básicamente, dicha reducción de energía, en orden de mayor a menor importancia, es debida a una absorción producida por los siguientes factores:

El público y las sillas Los materiales absorbentes y/o los absorbentes

selectivos (resonadores), expresamente colocados sobre determinadas zonas a modo de revestimientos del recinto.

Todas aquellas superficies límite de la sala susceptibles de entrar en vibración, como por ejemplo: puertas, ventanas y paredes separadoras ligeras

El aire Los materiales rígidos y no porosos utilizados en la

construcción de las paredes y techo del espacio como, por ejemplo, el hormigón.

Antes de exponer con detalle y por separado las diferentes características de absorción de los elementos anteriores, es preciso seguir la recomendación de tipo práctico expuesta a continuación. Las características de absorción de los materiales absorbentes y de los resonadores dependen no sólo de sus propiedades físicas, sino también en gran parte de un sinfín de condicionantes y de detalles constructivos, que varían sustancialmente de un caso a otro y que no se pueden representar mediante una expresión matemática

Es por ello que, para realizar cualquier diseño acústico, resulta imprescindible disponer de los coeficientes de absorción (α) obtenidos mediante ensayos de laboratorio, según un procedimiento homologado (norma ISO 354 / UNE-EN 20354). Dichos coeficientes deberán ser solicitados, en cada caso, al correspondiente proveedor, que tendrá que acreditar su validez mediante el pertinente certificado.

La determinación de los coeficientes de absorción se lleva a cabo en una sala denominada cámara reverberante. Dicha sala es asimétrica, presenta unas superficies límite revestidas con materiales totalmente reflectantes y dispone de un conjunto de elementos convexos suspendidos en el cielo falso con una orientación y distribución completamente irregulares, cuya misión es la de crear un campo sonoro difuso.

Cámara reverberante del laboratorio de acústica del Departamento de Teoría de la Señal y Comunicaciones, Universidad Politécnica de Cataluña (Barcelona, España) y montaje típico de un conjunto de sillas para la medida de sus coeficientes de absorción

Dichos materiales, por regla general son muy rígidos y con porosidad nula, dan lugar a una mínima absorción del sonido. Si bien, desde un punto de vista físico, la disipación de energía en forma de calor, y por tanto la absorción del sonido, se produce en las capas de aire adyacentes a cada una de las superficies consideradas, a efectos prácticos, dicho fenómeno habitualmente se representa en forma de coeficientes de absorción asignados a dichas superficies.

Su efecto es únicamente apreciable cuando no existe ningún material absorbente en el área interior, ya sea en forma de revestimiento de alguna de sus superficies, o bien de público presente en el mismo. Es el caso, por ejemplo, de las mencionadas cámaras reverberantes, especialmente diseñadas para obtener tiempos de reverberación muy altos.

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

Pared de hormigón 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.04

Pared bloque pintado 0.10 0.05 0.06 0.07 0.09 0.08

Pared ladrillo revestido 0.02 0.02 0.02 0.03 0.04 0.04

En la tabla se indican los valores de los coeficientes de absorción αSAB de una serie de materiales utilizados comúnmente en la construcción de áreas interiores.Según se observa, si bien todos los valores son extremadamente bajos, el material conuna mayor rugosidad presenta unos coeficientes de absorción ligeramente más elevados. Ello es debido a que su superficie es mayor y, por tanto, la capa de aire adyacente donde se produce la disipación de energía también lo es.

La absorción producida por el aire es solamente significativa en espacios de grandes dimensiones, a frecuencias relativamente altas (≥ 2 kHz) y con porcentajes bajos de humedad relativa del orden de un 10 a un 30%.

La presencia en una sala de superficies límite susceptibles de entrar en vibración, como por ejemplo, puertas, ventanas y paredes separadoras ligeras, también da lugar a una cierta absorción que en principio conviene tener presente.

En el caso de los materiales absorbentes la mayor absorción se produce de una forma totalmente controlada y va asociada a un proceso de disipación de energía, es decir, de conversión de energía sonora en calor. En cambio, en el caso de una superficie vibrante, una parte de la energía vibracional es radiada hacia el exterior. Aunque en realidad la energía no es disipada, el efecto es equivalente a una verdadera absorción, ya que dicha energía es sustraída de la energía sonora incidente. En este sentido, una ventana abierta puede considerarse como un absorbente muy efectivo, ya que actúa a modo de sumidero de toda la energía sonora incidente.

La absorción que sufren las ondas sonoras cuando inciden sobre los distintos materiales absorbentes utilizados como revestimientos de las superficies límite de áreas interiores, así como su dependencia en función de la frecuencia, varían considerablemente de un material a otro. En consecuencia, la correcta elección de los mismos permitirá obtener, en cada caso, la absorción más adecuada en todas las bandas de frecuencias de interés.

Según se ha comentado anteriormente existen dos tipos genéricos de elementos específicamente diseñados para producir una determinada absorción: los simplemente denominados materiales absorbentes, que se los describe en este capítulo, y los llamados absorbentes selectivos o resonadores, que se los describirá en el siguiente capítulo

Los materiales absorbentes se utilizan generalmente para conseguir uno de los siguientes objetivos:

Obtención de los tiempos de reverberación más adecuados en función de la actividad (o actividades) a la cual se haya previsto destinar el espacio objeto de diseño.

Prevención o eliminación de ecos Reducción del nivel de campo

reverberante en espacios ruidosos (restaurantes, fábricas, estaciones, etc.)

Estos materiales presentan un gran número de canales a través de los cuales la onda sonora puede penetrar. La disipación de energía en forma de calor se produce cuando la onda entra en contacto con las paredes de dichos canales. Cuanto mayor sea el número de canales, mayor será la absorción producida. El correspondiente coeficiente de absorción α es asignado a la superficie del material.

La onda sonora incidente es parcialmente reflejada. La energía sonora no reflejada penetra en el material, se atenúa y alcanza de nuevo su superficie después de reflejarse en la pared rígida posterior. La energía remanente se divide, nuevamente, en una parte que atraviesa la superficie del material y otra que vuelve a la pared posterior a través del material. Desde un punto de vista teórico, este proceso continúa indefinidamente. Esta explicación cualitativa sirve para demostrar que la onda sonora reflejada por el material puede imaginarse como compuesta por un número ilimitado de componentes sucesivas, cada una más débil que la precedente a causa de la considerable atenuación que tiene lugar en el interior del material.

El mencionado mecanismo de absorción del sonido es propio de todos los materiales porosos, siempre y cuando los poros sean accesibles desde el exterior. Normalmente tales materiales están formados por sustancias fibrosas o granulares a las que se les confiere un grado suficiente de compacidad a través de un proceso de prensa o de tejeduría. Los materiales absorbentes comerciales de este tipo se manufacturan básicamente a partir de:

Lana de vidrio Lana mineral Espuma a base de resina de melamina

Espuma de poliuretano

Coeficiente de reducción acústica NRC En ocasiones, en lugar de hacer uso de todos

los valores de los coeficientes de absorción por bandas de frecuencias, el grado de absorción acústica de un material absorbente se indica con

un único coeficiente. Dicho coeficiente, denominado coeficiente de reducción acústica NRC (“Noise Reduction Coefficient”), se define como la media aritmética de los coeficientes de

absorción correspondientes a las bandas centradas en 250 Hz, 500 Hz,

Variación de la absorción en función del espesor del material

Siguiendo con la hipótesis anterior de que el material absorbente está colocado delante de una pared rígida y partiendo de que su espesor inicial es D, al aumentar dicho espesor también aumenta la absorción que produce, especialmente a frecuencias bajas y medias.

Variación de la absorción en función de la porosidad del material

Partiendo de la misma hipótesis anterior en cuanto a la situación del material, al aumentar su porosidad también aumenta la absorción a todas las frecuencias. Este efecto era de esperar, ya que la penetración de la onda incidente es mayor a medida que se incrementa el grado de porosidad

Variación de la absorción en función de la densidad del material

Si la densidad del material es baja, existen pocas pérdidas por fricción y, en consecuencia, la absorción es pequeña. A medida que la densidad va aumentando, se produce un incremento progresivo de absorción hasta llegar a un valor límite, a partir del cual la absorción disminuye,

debido a que existe una menor penetración de la onda sonora en el material, es decir, una mayor reflexión de energía

Desde un punto de vista práctico, es aconsejable que los materiales absorbentes utilizados en el acondicionamiento acústico de espacios interiores tengan una densidad situada entre, aproximadamente, 40 y 70 Kg/m3

Variación de la absorción en función de la distancia del material a la pared rígida

Si se pretenden obtener coeficientes de absorción elevados a bajas frecuencias, no es imprescindible hacer uso de materiales muy gruesos.

Basta con utilizar un material con un espesor medio y colocarlo a una cierta distancia de la pared rígida,

Cuanto mayor sea “d”, menor será la frecuencia a la que la absorción será máxima. Por lo tanto, para aumentar la absorción a bajas frecuencias, es preciso incrementar la separación entre el material y la pared. De todas formas, dicha mejora se ve contrarrestada por una disminución de absorción a frecuencias más elevadas