Fenómeno e Índices
El sonido proviene de la vibración de partículas de aire. Con el uso de absorbentes esta vibración (energía mecánica) es disipada en forma de energía calórica de bajo nivel.
Si cogiéramos la energía sonora de millones de personas hablando para conseguir calentar una taza de café, deberíamos abandonar cualquier esperanza ecológica de calentar nuestro hogar con sonido.
Coeficientes de Absorción
Los coeficientes de absorción son usados para calificar la efectividad de un material absorbente al sonido. Si el 55% de la energía incidente es absorbida en una frecuencia dada, el coeficiente de absorción α, es 0,55 para esa frecuencia.
Un absorbente perfecto absorbe el 100% de sonido incidente. Así el α debería ser igual a 1. Una superficie reflectante perfecta debería tener un α = 0
La absorción al sonido A, se obtiene por la multiplicación del coeficiente de absorción (α) por el área del material expuesto al sonido ( S ).
A= S α
A es medido en Sabines en honor a Wallace Sabine.
Cuando la absorción en una o más bandas de frecuencia es muy elevada, puede ocurrir que el coeficiente de absorción medio sea superior a 1. Esto no debe conducir a la interpretación totalmente errónea y carente de sentido desde el punto de vista físico de que la energía absorbida en dichas bandas es superior a la energía incidente. La justificación proviene de la existencia de un efecto de difracción, que hace que la superficie efectiva de la muestra de material utilizada para la medida sea mayor que la superficie real.
Una ventana abierta es considerada un absorbente perfecto. El sonido pasando a través de esta nunca retorna a la habitación. Por lo cual debería tener un coeficiente de absorción de 1 y por definición 1 m2.
En la siguiente tabla podemos ver los coeficientes de absorción de distintos materiales:
Para clasificar los materiales usamos un numero singular, así tenemos el NRC (Noise reduction coeficient), este coeficiente de reducción acústica es la media aritmética de los coeficientes para las bandas centradas en 250, 500, 1000 y 2000 Hz.
La ISO 11654 especifica un ponderado de coeficientes de absorción sonora de materiales de 100 a 5000 Hz, llamado Alpha medio.
Sonido en Recintos
Cuando un altavoz se enciende, este emite un sonido que rápidamente alcanza cierto nivel; cuando apagamos el altavoz, se necesita una longitud finita de tiempo para que el sonido decaiga hasta la inaubilidad, este fenómeno de sonido en el recinto, después que la señal de excitación ha sido removida, es la “reverberación” y es importante relevancia en las condiciones de calidad acústica de salas.
Si presionas el acelerador de un coche, este aumenta su velocidad., si permanecemos presionando con una fuerza constante, el motor producirá suficiente energía para superar fuerzas aerodinámicas y de fricción, resultando un estado estacionario. Si quitamos el pie del acelerador, el coche ira gradualmente más despacio, finalmente deteniéndose. El sonido en un recinto se comporta de la misma manera.
Consideramos una fuente de sonido (S), y un receptor (R) en un recinto. El sonido generado viaja en todas direcciones desde (S) hasta (L). El sonido llega por vía directa (D) al oyente (L), y por indirecta a través de las reflexiones (R1+…R4), entonces la presión sonora resultante será D+R1+…R4.
Por ejemplo si ponemos el caso del techo, cortamos el altavoz (S) y R2 es la única vía hacia el techo. Esta misma reflexión golpeará la pared, suelo, haciendo cada vez más débil, lo mismo ocurre con R2, R3, R4.
Campo Reverberante
Es el campo difuso o aleatorio en aquel donde existen ondas sonoras viajando en todas direcciones.
Reflexión
Cuando un frente de onda incide en alguna superficie, este es reflejado siguiendo un Angulo similar al de incidencia. La cantidad de energía reflejada depende del coeficiente de absorción de la superficie donde incide.
Tiempo de Reverberación
Se mide como la tasa de caída del sonido. Se define como el tiempo en segundos requeridos para que la intensidad sonora en un recinto caiga 60 dB desde su nivel original.
El largo del trazado de la caída depende de la potencia de la fuerza de la fuente y el ruido de fondo.
Ecuación de Sabine
Sabine realizo pruebas en una sala de conferencias, poniendo y quitando cojines de asientos de forma uniforme, así clarifico el rol de la absorción en una sala reverberante. Dio cuenta que el tiempo de reverberación depende del volumen y de las absorciones de la sala. Mientras más absorción, menor tiempo de reverberación y viceversa (debido a las reflexiones). Usando este tipo de teoría estadística y geometría de rayos ideo la siguiente ecuación para recintos reverberantes:
TR60 = tiempo de reverberación (s)
V = volumen del recinto (m3)
A = área de absorción total en Sabines
La cantidad A es la absorción total del recinto, se calcula como la sumatoria de la absorción de cada superficie con su respectivo Alpha “α” (índice de absorción) y multiplicando por sus metros cuadrados “S”:
donde i, representa cada una de las áreas de las superficies y su respectiva absorción.
Podemos calcular el coeficiente de absorción media, mediante el valor αmed
Si las áreas absorbentes de un recinto están cubiertas por distintos tipos de material, la absorción total del recinto está dada por la sumatoria:
A=S1α1+ S1α1+ S1α1……… etc.
Los coeficientes de absorción de prácticamente todos los materiales varían con la frecuencia. La ecuación de Sabine funciona para salas difusas, pero tiene ciertas limitaciones en recintos muy absorbentes.
Para demostrar esto realizaremos un cálculo empírico, tenemos un recinto de 71 x 5 x 3 m, con un volumen de 1065 m3 y una superficie de 142 m2. Si asumimos que todas las superficies son perfectamente absorbentes (α = 1), notaremos que la absorción total es de 355 Sabines. Sustituyendo estos valores.
Claramente desde un RT60 correcto el valor de la absorción perfecta es cero, al ser perfectamente absorbentes no tiene reflexiones.
La bibliografía recomienda tiempos de reverberación de acuerdo a los usos de los recintos.
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