MATERIALES ABSORBENTES

Los materiales de construcción y los revestimientos tienen propiedades absorbentes muy variables. A menudo es necesario, tanto en salas de espectáculo como en estudios de grabación y monitoreo realizar tratamientos específicos para optimizar las condiciones acústicas. Ello se logra con materiales absorbentes acústicos, que son todos aquellos materiales o sistemas que disponen de elevados coeficientes de absorción sonora en todo o en parte del espectro de frecuencias audibles.

Existen varios tipos de materiales de esta clase; los clasificaremos de acuerdo con el siguiente esquema:

• Absorbentes porosos
  • De esqueleto rígido
  • De esqueleto flexible
    
    
• Resonadores
  • Simples
    • Tipo Helmholtz
    • De membrana
      • Propiamente dichos
      • Tipos de Bekesy
  • Acoplados
    • En serie
    • En paralelo: paneles perforados
      
      
• Mixtos: Combinación de los anteriores (Constituyen la mayor parte de los materiales comerciales)
  
  
• Anecoicos (variación gradual de características físicas)
  • Por transmisión real
  • Por configuración geométrica

Los más típicos, y desde luego los únicos, de entre los considerados aquí, con características de verdadero material, son los materiales porosos; siendo, los demás, dispositivos o estructuras absorbentes.

Los materiales porosos están constituidos por un medio sólido (esqueleto), recorrido por cavidades más o menos tortuosas (poros) comunicadas con el exterior.

La degradación de la energía acústica se produce por fricción viscosa del fluido en el seno de las cavidades.

Desde el punto de vista del comportamiento acústico, conviene distinguir entre materiales de esqueleto rígido y flexible. En los primeros el coeficiente de absorción aumenta con la frecuencia, mientras que en los segundos se presentan resonancias (máximos) de absorción a frecuencias bajas y medias.

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.

Hay diversas fórmulas para el cálculo de la frecuencia central de resonancia, y así poder utilizar el más adecuado en cada caso.

Los absorbentes anecoicos, también llamados dispositivos de absorción con variación progresiva de las características físicas, hacen uso del hecho por el que la reflexión de una onda acústica se produce cuando encuentra una variación de las características físicas del medio en que se propaga. Con la variación gradual de éstas, se pretende reducir al mínimo el obstáculo que presenta el material.

Con estos absorbentes se logran coeficientes de absorción a incidencia normal superiores al 99%, a partir de una determinada frecuencia llamada de corte. Su utilización es específica en cámaras anecoicas.

En la práctica son tres los materiales o sistemas utilizados:

• Materiales porosos
• Resonadores de placa
• Resonadores de Helmholtz

MATERIALES POROSOS

Los materiales porosos están constituidos por una estructura que configura una elevada cantidad de intersticios o poros, comunicados entre sí. Los materiales de estructura fibrosa se ajustan exactamente a esta configuración.

Al incidir una onda acústica sobre la superficie del material, un importante porcentaje de la misma penetra por los intersticios; haciendo entrar en vibración a las fibras, con lo que se produce una transformación en energía cinética de parte de la energía acústica.

Por otra parte, el aire que ocupa los poros entra en movimiento; produciéndose unas pérdidas de energía por el rozamiento de las partículas con el esqueleto, que se transforma en calor.

Como quiera que la sección de que dispone la onda acústica está limitada por el esqueleto o elemento sólido; se comprende que el comportamiento del material dependerá de la porosidad del mismo. Efectivamente, la elevada absorción acústica de los materiales constituidos por fibras de vidrio o roca es explicable a su elevada porosidad que puede rebasar el 99%.

No obstante, los espesores de capa que normalmente se utilizan son muy limitados, por problemas de espacio y costo, la absorción acústica con materiales porosos es muy elevada a las altas frecuencias y limitada a las bajas. Efectivamente, para obtener un grado de absorción del 99%, es necesario un espesor de aislamiento para una determinada frecuencia equivalente a l/4 (l, longitud de onda)

Absorción acústica de paneles de lana de roca «ROCIAINE» de densidad 70 kg/m³ apoyados sobre una superficie rígida.

En la figura aparecen las curvas de absorción acústica de un panel de lana de roca con diferentes espesores. Observando las mismas, puede apreciarse lo anteriormente expuesto: la influencia del espesor sobre el coeficiente de absorción. Efectivamente, así como para las altas frecuencias el comportamiento está muy en línea para los cuatro espesores considerados, en las medias y especialmente en bajas frecuencias, se aprecia claramente la ganancia obtenida al aumentar el espesor.

Otros factores de influencia son los espacios vacíos entre el material absorbente y la pared rígida (cámara) y los revestimientos.

La cámara actúa como un implementador del espesor real del material, de modo que se consiguen absorciones más elevadas para un mismo producto según su disposición esté más alejada de la pared rígida.

Este hecho tiene especial relevancia en las bajas y medias frecuencias, pero no en las altas, ya que en éstas los coeficientes de absorción son de por sí muy elevados.

El otro aspecto importante es el revestimiento con el que se presentan habitualmente estos productos para su comercialización como «techos acústicos». Los revestimientos pueden ser de dos clases: porosos e impermeables.

Si el revestimiento es poroso, no presenta una impedancia importante al paso del aire, por lo que los valores de absorción del material base no resultan modificados prácticamente. Es el caso de los revestimientos de tejidos de fibra de vidrio u otros materiales y las aplicaciones de pinturas con pistola.

Los revestimientos impermeables (láminas plásticas o metálicas) modifican sustancialmente el espectro absorbente acústico del material de base, sobre todo a partir de las frecuencias en que la resistencia de masa de la lámina supera la impedancia del aire.

 

w  - Frecuencia angular [w=2pf] (Hz)

M - Masa de la lámina (kg/m²)

r  - Densidad del aire (kg/m³)

c  - Velocidad del sonido del aire (m/seg).

 

De acuerdo con esta relación, una lámina plástica de 50 mm o de aluminio de 25 mm puede considerarse permeable al sonido hasta los 1.000 Hz. Para frecuencias más altas, disminuye lentamente la permeabilidad al sonido, y por lo tanto, la absorción de acuerdo con la ley de masa.

Absorción acústica de panales de fibra de vidrio 30 mm, con revestimiento poroso o lámina impermeable.

En la figura se encuentran representados estos aspectos.

Las curvas 1, 2 y 3 corresponden al mismo material base con revestimiento poroso. Los valores de absorción acústica directamente apoyados sobre superficie rígida son menores a frecuencias bajas y medias, que si la cámara es de 10 ó 20 cm.

La curva 4 corresponde al mismo material base, pero revestido con lámina impermeable de permeabilidad acústica hasta frecuencias de 250-400 Hz, debido a que la masa de la lámina es importante en este caso. A partir de esas frecuencias, la lámina refleja buena parte del sonido incidente, por no ser permeable al mismo, lo que reduce el coeficiente de absorción sonora, actuando como un sistema de resonador de placa.

A continuación se muestra una tabla donde están agrupados tipológicamente diversos materiales:

 

NATURALEZA	ASPECTO	FORMA DE COLOCACION	PROCESO DE ABSORCION	OBSERVACIONES
Placas de fibras minerales comprimidas -          Lana de roca. -          Lana de vidrio	Placas rígidas con superficie uniforme o fisurada o ranurada	Encoladas	La absorción es debida a la porosidad de las placas	Estos materiales son imputrescibles y no combustibles. Pueden encelarse sobre paramentos verticales. No es conveniente pintar estas placas, salvo, eventualmente, con pintura al agua que no tape los poros.
		Suspendidas	Al efecto de porosidad se añade un efecto de diafragma que aumenta la absorción de los graves
Placas de fibras minerales poco comprimidas con una lámina plástica -          Lana de vidrio	Placas semirrígidas autoportantes	Suspendidas	La absorción es debida a la porosidad y al efecto diafragma de la placa suspendida. La película plástica modera la absorción de los agudos en favor de los medios	Estos materiales son interesantes por su poder absorbente casi uniforme. lmputrescible y no combustible.
Placas de fibras vegetales comprimidas -          Fibra de madera -          Fibra de caña de azúcar -          Paja, caña	Superficie uniforme fisurada, estriada, ranurada o perforada	Encoladas	La absorción es debida a la porosidad	Es un material combustible. Es conveniente no pintarlas. Pueden encelarse sobre paramentos verticales.
		Suspendidas	La absorción es debida a la porosidad y al efecto de diafragma
Placas de fibras de madera	Fibras de madera aglomeradas con cemento. El aspecto es poco decorativo si queda a cara vista	Encoladas o clavadas	La absorción es debida a los grandes poros del material	El poder absorbente aumenta con el espesor. Sólo pueden aplicarse sobre paramentos planos. Es un material combustible.
		Suspendidas	la absorción aumenta por el efecto de diafragma
Enrejados o tejidos		Suspendidos o fijados sobre arrnadura	Se obtiene el resultado que corresponde al material que recubren. Una placa de lana de vidrio colocada sobre un tejido de gran malla da el resultado de la lana de vidrio	Pueden ser colocados en revestimientos de muros con materiales combustibles, pero pueden ignifugarse.
Poliestireno expandido	Placas blancas	Encoladas	Las células están cerradas y la porosidad tiene poco efecto	Sólo el poliestireno cortado mecánicamente tiene una ligera eficacia. Es un material combustible
		Suspendidas	Efecto de membrana ligera
Proyecciones de fibras minerales	Superficie rugosa irregular		Absorción por porosidad	El revestimiento es bastante frágil, se debe proyectar sobre superficies accesibles para poder efecturar reparaciones
Enlucidos porosos con base de yeso, vermiculita	Pueden teñirse en la rnasa		Eficaz solamente en frecuencias agudas
Pinturas absorbentes	Colorido variado		Eficacia débil y sobre todo en los graves y medios

 

RESONADORES DE PLACA

Si, de acuerdo con el espectro del ruido producido, debe realizarse el tratamiento especialmente en bajas frecuencias y si no se dispone del espacio suficiente, la solución más idónea es la aplicación de resonadores de placa.

Estos consisten en una placa u hoja que vibra sobre un colchón de aire. Si la placa es suficientemente grande y no demasiado rígida, la fuerza de retroceso vendrá definida por la rigidez de la capa de aire.

Considerando que la placa u hoja vibra con la misma amplitud en toda su superficie (lo cual en la práctica es válido), la frecuencia de resonancia del resonador viene dada por la expresión:

c   - Velocidad del sonido en el aire (m/seg).

r  - Densidad del aire (kg/m³).

r’ - Densidad de la placa u hoja (kg/m³).

d  - Espesor de la capa de aire (m).

d' - Espesor de la placa u hoja (m).

 

El grado de absorción de estos resonadores depende de las pérdidas internas del material de placa u hoja y de las pérdidas por frotamiento en puntos de sujeción.

Dicho grado de absorción, más bien limitado, puede aumentarse rellenando el espacio de aire con un material absorbente de lana mineral (ver figura).

donde:

c  - Velocidad del sonido en el aire (m/seg).

e  - Relación superficie perforada/superficie total (m²/m²).

l'  - Profundidad efectiva del agujero (m).

d - Espesor de la capa de aire (m).