Los materiales y las estructuras se pueden caracterizar por la cantidad de energía absorbida o reflejada de las ondas acústicas que inciden sobre estos. Pueden funcionar para aislamiento acústico y acondicionamiento de la siguientes maneras.
Sólo una parte de la energía que incide sobre el material es reflejada y además hay que añadir la energía radiada por el material, debido a sus vibraciones elásticas. En contraposición, la energía restante se propaga por el material mediante vibraciones y escapando parte de ella por otras partes distintas del material. También se puede producir pérdidas por la fricción en el material de los poros, conductividad calorífica del material , deformación irregular de sus elementos o deformación residual.
El aislamiento por lo tanto consiste en impedir la propagación de una señal sonora, mediante obstáculos reflectores, o usando materiales que absorban una mayor energía acústica.
Se pueden aislar ciertas vibraciones mediante sistemas que vibren en concordancia de fase, es decir, con cuerpos de dimensiones pequeñas frente a la longitud de onda.
Para que un material absorba la energía acústica es necesario que la superficie sea transparente al sonido y que sea capaz de transformar más o menos completamente la energía vibratoria en energía calorífica de fricción. La transparencia se consigue con un material altamente poroso, o mediante membranas ligeras y fléxibles. Las pérdidas de absorción acústica de un material se puede caracterizar mediante el coeficiente acústico α.
Son de estructura granular o fibrosa, siendo importante el espesor de la capa
y la distancia entre esta y la pared. El espesor del material al menos debe
ser de 1,25 cm de ancho, se elige de acuerdo con el valor de absorcón
deseado, ya que si es demasiado delgado, se reduce el coeficiente de absorción
a bajas frecuencias, mientras que si es muy grueso resulta muy caro.
Estos materiales se tratan de yesos absorbentes sonoros con una estructura granular o fibrosa, también de tela o esterilla hechas de mineral orgánico lana artificial, o de losetas acústicas y bloques comprimidos de fibras con la adicción de aglutinantes. Estos materiales sueles presentarse en forma de paneles o tableros acústicos de fácil adaptación e instalación, tanto en edificios de nueva y vieja construcción. La mayoría de estos materilaes se colocan como un techo suspendido por medio de elementos metálicos. Hay que tener cuidado con las humedades que pueden dañar el sistema.
Un panel acústico se puede describir como un material rígido autosustentante, presentado en unidades prefabricadas de un tamaño y espesor definidos.
Por lo tanto podemos obtener en los materiales poroso rígidos las siguientes propiedades:
Si el material absorbente tiene un esqueleto que no es rígido, pero si elástico, no sólo el aire de los poros está sujeto a vibraciones sino también el esqueleto elástico. Por lo tanto para estos materiales se cumplen las siguientes propiedades.
Son materiales acústicos que se aplican en estado húmedo para formar superficies continuas de un espesor deseado. Estos materiales están compuestos de una mezcla de ingredientes secos, a los cuales se les añade aglutinante líquido. Los morteros acústicos se aplican normalmente a una capa de cemento o sobre cualquier otro material. La aplicación puede ser en dos capas, empleado métodos normales de fratasado, aunque hoy en díase está utilizando más el método a pistola.
Los huecos entre las partículas del agregado proporcionan la porosidad necesaria para la absorción sonora.
Los morteros acústicos se utilizan para la reducción de ruido cuando no se requiere de una absorción sonora muy alta. Existe otro tipo de material el cual se aplica de forma pulverizada, haciendo de consistencia a fibras minerales. Estos materiales alcanzan mayor espesor y además su estructura fibrosa hace que tengan gran absorción acústica.
Los sistemas de paneles perforados consisten en paneles separados, tales que rompan la impresión de continuidad en la superficie de tratamiento decorativo de las paredes o los techo. Para separar los puntos entre paneles se usan listones de madera oi metal delgado entre las filas de las aberturas. El producto más usado son los paneles metálicos perforados con relleno de fibra mineral. También se suele usar lana de vidrio para el relleno.
El acabado de estos materiales es en esmaltes de alta calidad, para facilitar su lavado. Su aplicación más frecuente es en techos acústicos suspendidos, por su facilidad de montaje y coordinación con los sistemas de iluminación y aire.
Todos estos materiales tienen un alto coeficiente de absorción según la perforación de los paneles, su densidad y espesor, además del espacio de aire detrás de él. El diseño de estos sistemas trata de resolver el problema del aunmento del coeficiente de absorción, que es particularmente crítico en el diseño de grandes auditorios.
Cada panel de este sistema consiste en una abertura y en un espacio de aire detrás de ella, sin divisiones entre los paneles, comportándose como un resonador.
El resonador más simple es el de Helmholtz. Consiste en un volumen dentro de una cavidad, conectada al aire del recinto, mediante una pequeña abertura, denominada cuello del resonador. Una onda sonora hace vibrar el aire cercano al cuello del resonador y seguidamente la vibración se transmite a la cavidad, donde sufrirá unas compresiones y enrarecimientos periódicos.
La frecuencia de resonancia de un resonador sin amortiguamiento está dada por:
donde C es la velocidad del sonido ( m/s ), S el area de la sección del cuello ( m²), V el volumen de la cavidad ( m³) y l la longitud de la cavidad ( m ).
Podemos sacar las siguientes conclusiones de los sistemas de paneles perforados:
Los paneles rígidos tienen un gran número de ventajas artísticas y de construcción comparados con los materiales porosos como son la resistencia a los golpes, duración y la posibilidad de aceptar alguna clase de superficie tratada y redecorada; pueden barnizarse, pulirse o pintarse.
La absorción de cada elemento de sistema se determina mediante los datos de la construcción tales como, tipo de material, dimensiones de los sistemas, distancia a la que está colocada la pared, forma de ensamblaje, debiendo prestar gran atención ya que repercute en el parámetro sonoro.
Los sistemas de paneles rígidos, aparte de los que se emplean para corregir la absorción a bajas frecuencias, también crean en el recinto un campo sonoro más difuso, ya que una onda plana reflejada desde una superficie vibrante pierde sus propiedades direccionales.
Para la sujeción de los paneles rígidos, es preferible emplear arandelas amortiguadas, que no perderán sus propiedades elásticas con el tiempo. Estas arandelas no se comprimirán demasiado durante el montaje.
La capacidad de absorción sonora de estos sistemas vibratorios, cuyo empleo para usos prácticos es relativamente reciente, es conocido desde hace mucho tiempo. En los estudios iniciales de este fenómeno, a finales del siglo pasado se observó que la absorción de una onda sucede cuando encuentra en su camino con cuerpos capaces de vibra a su propio ritmo. La energía de la onda disminuye al establecerse ondas estacionarias en los cuerpos que encuentra, los cuales se convierten así en fuentes de estas ondas.
Si el cuerpo que encuentra tiene unos modos de vibración discretos, absorbe sólo algunas de estas frecuencias, por lo que la absorción se vuelve selectiva, siendo más elevada siempre que se origine vibraciones fuertes.
Se pueden resumir las propiedades de estos materiales como sigue:
Este es el nombre general dado a un tipo de materiales y estructuras acústicas que están suspendidas como unidades individuales del techo de un recinto, en vez de estar construidas como una pared o techo continuos. Normalmente toman la forma de láminas planas o pantallas de material absorbente, colgadas verticalmente en hileras continuas, o bien de unidades con forma de cajas vacías suspendidas singularmente. Su principal aplicación es en zonas donde un tratamiento acústico del techo de tipo convencional es impracticable.
La efectividad de los absorbentes suspendidos en una zona del techo dada, en comparación con un tratamiento total en la misma zona del techo , se puede determinar dividiendo el número de m² suministrados por cada absorbente por el área de techo ocupada por cada absorbente. El coeficiente de absorción del techo equivalente resultante de los absorbentes, es una medida de su efectividad en la zona y es directamente comparable con el coeficiente de un tratamiento de techo continuo.
Estos absorbentes suelen tener diferentes formas como láminas, tablones, cajas vacias, cono de doble vacio, los cuales proporcionan diversos coeficientes de absorción según frecuencia y distancia a la que se provoca la perturbación.
Es útil en edificios con pocas superficies para colocar materiales absorbentes sonoros. Se colocan absorbentes suspendidos libremente en el recinto a cierta distancia de sus límites. Como la energía sonora llega a todos los lados de estas unidades, su eficacia es alta. Son especialmente usadas estas unidades en gimnasios, piscinas, tiendas, oficinas,etc...
La forma más usada en la de láminas planas colgadas verticalmente en hileras. La absorción de estos sistemas se calcula en función de la absorción de cada uno de los absorbentes , por el número de absorbentes que hay.
Existen absorbentes sonoros electrónicos que constan de un micrófono, un amplificador y un altavoz conectado de forma que para un sonido incidente, la presión sonora en el microfono se reduzcade 10 a 25 dB en un rango de frecuencias de tres octavas en la parte baja del espectro de frecuencias. Pero este tipo de absorbente es de aplicaciones muy específicas.
En zonas industriales o zonas propensas a la actividad acústica la transmisión de ruido en una dirección dada es posible bloquearla construyendo una barrera o tabique parcial en el medio donde el sonido se transmite directamente. Cualquier oyente que este en el mismo lado de la fuente de ruido recibirá más ruido debido a la reflexión del sonido en la barrera. El lado de la barrera que mira a la fuente debería estar cubierta de una superficie absorbente sonora.
Cuando se contruye una superficie en un espacio, debemos tener en cuenta la reflexión del sonido, que de otra manera hubiera seguido su camino. Se pueden usar materiales absorbentes sobre estas superficies para mantener las componentes reflectactes al mínimo. Se aplica en cerramiento parciales y cabinas. Aunque elimine el ruido de fuera del cerramiento de manera eficaz en el interior el ruido es más acusado.
Los métodos más simples de defensa son el uso de materiales aislantes en la estructura de los edificios y el uso de rellenos de materiales densos o plásticos (plomo,corcho). Otro método más efectivo para luchar contra los ruidos que penetran a través de los elementos de la construcción de un edificio es tener una separación total entre la estructura del edificio y la pared del recinto que debe protegerse del ruido. Esta forma se usa cuando se quiere obtener un aislamiento acústico muy bueno.
Este sistema de protección acústica es conocido como "flotantes", mantiene el recinto totalmente aislado de los elementos sustentadores de la construcción y descansando sobre artificios de plástico o suspendidos en ellos.
Si es necesario aislar el recinto de ruido de gran maquinaria, se recomienda montar esta en unos cimientos separados y además en un recinto separado. Las paredes de este recinto han de hacerse de un material opaco al sonido con un tratamiento absorbente acústico.
La paredes interiores no pueden ser macizas debido a su elevado costo económico y a la imposibilidad de colocar cargas pesadas en las partes de soportede carga de la estructura. Por lo tanto se trata de aumentar el aislamiento sonoro de las paredes que poseen una menos masa. Esto se consigue con construcciones de capas múltiples y materiales porosos.
Los suelos no son diferentes en cuanto a las paredes y su aislamiento aumenta con el aumento de su masa.Sin embargo, este aislamiento no es suficiente para protegerlo de impactos sonoros y se tienen que tomar medidas adicionales.
Los suelos flotantes presentan una protección contra los impactos de ruido, debiendo estar el suelo completamente aislado de la pared y del verdadero suelo sorporte de carga. El falso suelo se coloca sobre rellenos blandos resistentes( fibra de vidrio, corcho o caucho) separado de la pared por rellenos similares. La transmisión del impacto sonoro se puede reducir todavía más si la superficie del suelo se cubre de materiales blandos.
