Acondicionamiento acústico de ambientes: materiales y técnicas

Acondicionamiento Acústico de Recintos

Introducción al Acondicionamiento Acústico

UNIDAD 3 ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO. 3.1 INTRODUCCIÓN Materiales y elementos utilizados en el acondicionamiento acustico de recintos El éxito en el diseño acústico de cualquier tipo de recinto, una vez fijado su volumen y definidas sus formas, radica en primer lugar en la elección de los materiales más adecuados para utilizar como revestimientos del mismo con objeto de obtener unos tiempos de reverberación óptimos. Además, en según qué tipo de espacios, resulta necesario potenciar la aparición de 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: debida mayoritariamente a la presencia en el recinto de materia- les absorbentes, de elementos absorbentes selectivos (resonadores), del público y de las sillas.
• Reflexión del sonido: debida a la existencia de elementos reflectores utilizados para la generación de reflexiones útiles hacia la zona de público.
• Difusión del sonido: debida a la presencia de elementos difusores utilizados para dispersar, de forma uniforme y en múltiples direcciones, la energía sonora inciden 0º 1.300 30° -60º 60° -90° 90º Material absorbente 0º -300 30º -60º 60° -90º 90° Reflector 0º -300 30° -60° 60° -90° 90°

Absorción del Sonido en Recintos

3.2 ABSORCIÓN DEL SONIDO En un recinto 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:

• El público y las sillas (más adelante)
• Los materiales absorbentes y/o los absorbentes selectivos (resonadores), expresamente colocados sobre determinadas zonas a modo de revestimientos del recinto. π
• Todas aquellas superficies límite de la sala susceptibles de entrar en vibración (como, por ejemplo, puertas, ventanas y paredes separadoras ligeras).
• El aire (despreciable en pequeñas salas)
• Los materiales rígidos y no porosos utilizados en la construcción de las paredes y techo del recinto (como, por ejemplo, el hormigón).

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

Absorción de Materiales de Construcción

ABSORCIÓN DE LOS MATERIALES UTILIZADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE LAS PAREDES Y TECHO DE UN RECINTO Dichos materiales, por regla general 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 habitual- mente se representa en forma de coeficientes de absorción asignados a dichas superficies.

FRECUENCIA (HZ) 125 250 500 1.000 2.000 4.000 Hormigón macizo 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04 Bloques de hormigón pintados 0,10 0,05 0,06 0,07 0,09 0,08 Ladrillo revestido con yeso 0,02 0,02 0,02 0,03 0,04 0,04

Absorción del Aire

ABSORCIÓN DEL AIRE La absorción producida por el aire es solamente significativa en recintos de grandes dimensiones, a frecuencias relativamente altas (3 2 kHz) y con porcentajes bajos de humedad relativa (del orden de un 10 a un 30%). Dicha absorción se representa por la denominada constante de atenuación del sonido en el aire m.

Absorción de Superficies Vibrantes

°ABSORCIÓN DE LAS SUPERFICIES VIBRANTES 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.

Elementos Absorbentes

Materiales Absorbentes

3.1 ELEMENTOS ABSORVENTES. 3.1.1 MATERIALES ABSORBENTES Existen dos tipos genéricos de elementos específicamente diseñados para producir una determinada absorción: los simplemente denominados materiales absorbentes, descritos en este apartado, y los llamados absorbentes selectivos o resonadores 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.)

En la figura se representa dicho proceso de forma gráfica y simplificada. Se parte de un material poroso y homogéneo, situado delante de una pared rígida. 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. 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 materia- lesabsorbentes comerciales de este tipo se manufacturan básicamente a partir de:

• Lana de vidrio
• Lana mineral
• Espuma a base de resina de melanina
• Espuma de poliuretano π Otros materiales son yeso acústico, aglomerado de corcho, espuma de poliestireno etc

Factores que Influyen en la Absorción del Material

Cuatro factores influyen en la absorción del material

1. El espesor.
2. La porosidad
3. La densidad
4. La distancia a la pared

Variación de la Absorción en Función del Espesor

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 En primer lugar, es preciso tener en cuenta que la absorción es baja a todas aquellas fre- cuencias para las que se cumple que el espesor D es mucho menor que la longitud de onda À' del sonido dentro del material: D u 1 / Al ser dicha velocidad tan baja en todos los puntos del material absorbente, la fricción de las partículas de aire con las paredes de los canales del material es reducida y, en consecuencia, la transformación de energía sonora en energía calorífica es mínima. En cambio, a medida que la frecuencia aumenta, la longitud de onda À' disminuye, con lo cual el espesor D será cada vez mayor en comparación con N'. Ello significa que la velocidad "u" dentro del material irá aumentando, la energía disipada se verá incrementada y, por lo tanto, la absorción será mayor. . P :D UA '34- Otra forma de justificar el aumento de absorción con el espesor consiste en tener presente que el camino recorrido por la onda sonora en el interior del material de mayor grosor es también mayor y, además, que la velocidad de las partículas de aire en el interior del nuevo tramo de material adquiere valores más elevados. Tabla para lana de vidrio. 1,0 Coeficiente de absorción 548 80 mm 0,8 60 mm 0,6 40 mm 0,4 0,2 0,0 125 250 500 1.000 2.000 4.000 Frecuencia (Hz) 1 PAPELES ANDIA = ------ espuma de poliestireno de 25 50 0 100 mm Los valores máximos tendrán lugar a todas aquellas frecuen- cias para las cuales el espesor D del material sea igual a '/4, o a un múltiplo impar de ë'/4

Variación de la Absorción en Función de la Porosidad

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 sonora incidente es mayor a medida que se incrementa el grado de porosidad.π 1,0 SAB Porosidad alta Coeficiente de absorción 0,8 0,6 Porosidad media 0,4 0,2 Porosidad baja 0,0 125 250 500 1.000 2.000 4.000 Frecuencia (Hz) Fig. 2.11 Variación de la absorción en función de la frecuencia de un material absorbente con distintos grados de porosidad

Variación de la Absorción en Función de la Densidad

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 recintos tengan una densidad situada entre, 3 3 aproximadamente, 40 y 70 Kg/m , no debiéndose superar en ningún caso los 100 Kg/m . , 1,0 100 Kg/m3 Coeficiente de absorción 0,8 40 Kg/m3 0,6 0,4 0,2 0,0 125 250 500 1.000 2.000 4.000 Frecuencia (Hz) Fig. 2.12 Coeficientes de absorción de una lana de roca de 60 mm de espesor y densidades de 40 y 100 Kg/m3= ----- - densidades de 20, 30 42, 50 60,

Variación de la Absorción por Distancia a la Pared

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, sabiendo que la máxima absorción se producirá a aquella frecuencia para la cual la distancia "d" del material a la pared sea igual a ë/4 (en este caso, ë es la longitud de onda del sonido cuando se propaga a través del aire existente entre el material y la pared). Ello es debido a que la amplitud de la velocidad de las partículas de aire es máxima para d = ë /4 (figura 2.13). Dicha mejora se ve contrarrestada por una disminución de absorción a frecuencias más elevadas 1,0 Coeficiente de absorción SAR Con plenum de 50 mm 0,8 0,6 Sobre la pared 0,4 0,2 0.0 125 250 500 1.000 2.000 4.000 Frecuencia (Hz) 1,0 Coeficiente de absorción SAB 0,8 a b 0,6 0,4 0,2 0.0 125 250 500 1.000 2.000 4.000 Frecuencia (Hz) Fig. 2.16 Coeficientes de absorción en función de la frecuencia de una cortina fruncida al 180% montada: a) sobre la pared; b) separada, en promedio, 14 cm de la misma Por otro lado, en la práctica, se recomienda colocar el material en forma de zigzag con objeto de tener una distancia variable entre el mismo y la pared y, de esta forma, suavizar las irregularidades del coeficiente de absorción

Materiales Absorbentes Suspendidos

Materiales absorbentes suspendidos del techo En aquellos recintos donde no existe suficiente superficie disponible para el montaje de la cantidad de material absorbente necesaria, o bien donde es imprescindible aumentar la super- ficie de absorción más allá de la estrictamente asociada a las superficies límite, se suele recurrir a la utilización de materiales absorbentes suspendidos del techo.