La combinación de ondas incidentes y reflejadas en una sala da lugar a interferencias constructivas y destructivas o, lo que es lo mismo, a la aparición de las denominadas ondas estacionarias o modos propios (resonancias) de la sala. Cada modo propio va asociado a una frecuencia, igualmente denominada propia, y está caracterizado por un nivel de presión sonora SPL que varía en función del punto considerado tal y como se puede ver en la figura que se muestra a continuación.
El estudio analítico de los modos propios se realiza mediante la denominada acústica ondulatoria que, conjuntamente con la acústica geométrica y la estadística anteriormente comentadas, constituyen las tres teorías clásicas que hacen posible conocer con rigor el comportamiento del sonido en un recinto cualquiera.
El número de modos propios es ilimitado, si bien su distribución a lo largo del eje frecuencial es discreta, aumentando su densidad con la frecuencia. La presencia de todos ellos provoca en cada punto una concentración de energía alrededor de las diversas frecuencias propias, lo cual confiere un sonido característico a cada sala. Dicho sonido recibe el nombre de "coloración" y normalmente se pone de manifiesto en espacios de dimensiones relativamente reducidas, como por ejemplo los estudios de grabación.
Los valores de las frecuencias propias asociadas a los diferentes modos propios dependen de la geometría y de las dimensiones del recinto y, en general, su determinación resulta muy compleja.
Únicamente cuando se trata de recintos de forma paralelepipédica con superficies totalmente reflectantes es posible calcularlos de una forma muy sencilla, mediante la denominada fórmula de Rayleigh :
Cada combinación de valores k, m, n da lugar a una frecuencia y modo propio asociado, que recibe el nombre de modo propio k, m, n. Por ejemplo, la combinación:
k = 2, m = 1, n = 1
da lugar al modo propio 2, 1, 1.
Partiendo de que la existencia de modos propios es inevitable, conviene elegir una relación entre las dimensiones de la sala tal que la distribución de los mismos en el eje frecuencial sea lo más uniforme posible. De esta manera se consigue evitar concentraciones de energía en bandas estrechas de frecuencias o, lo que es lo mismo, coloraciones intensas del sonido.
A título de ejemplo, en la siguiente figura se representa la distribución de los modos propios más significativos de dos salas: la primera, con una relación óptima entre sus dimensiones (6,25 x 3,75 x 2,5 m), y la segunda, de forma cúbica (4 x 4 x 4 m).
Se observa claramente que, en el primer caso, la distribución es uniforme, mientras que en el segundo existe una concentración de modos propios que provocará, sin lugar a dudas, la aparición de coloraciones.
En la figura que aparece a continuación se representa una zona sombreada indicativa del conjunto de relaciones recomendadas entre la longitud y la anchura de una sala rectangular (suponiendo una altura normalizada de valor 1), con objeto de obtener una distribución lo más uniforme posible de sus frecuencias propias.
Por otra parte, y como se ha mencionado anteriormente, la densidad de modos propios aumenta con la frecuencia. Ello significa que, a partir de una cierta frecuencia, el concepto de coloración del sonido deja de tener sentido, ya que una gran densidad de modos propios es equivalente a la ausencia de éstos, por el hecho de que dejan de existir concentraciones discretas de energía.
La fórmula empírica que permite calcular, para cada sala, la frecuencia límite superior a partir de la cual los modos propios tienen una influencia prácticamente nula, es la siguiente:
De la anterior expresión se desprende que el efecto de los modos propios tiene una mayor incidencia cuanto más pequeña es la sala en consideración, como es el caso de los locutorios y las salas de control pertenecientes a estudios de grabación.
La manera práctica de minimizar dicho efecto es mediante la utilización de sistemas electrónicos de ecualización, o bien a través de la instalación de elementos resonadores.
En general, las frecuencias propias cuyo efecto se pretende atenuar suelen estar situadas por debajo de los 200 Hz.
En el caso de recintos grandes, como teatros y salas de conciertos, la coloración del sonido a causa de los modos propios es prácticamente nula y, por tanto, no se tiene en cuenta en la fase de diseño.