Una cámara anecoica ( anecoica significa "no reflectante" o "sin ecos") es una habitación diseñada para detener los reflejos o ecos de las ondas sonoras o electromagnéticas . También suelen estar aisladas de la energía que entra desde su entorno. Esta combinación significa que una persona o un detector escucha exclusivamente sonidos directos (no sonidos reflejados ), simulando en efecto estar afuera en un campo libre.
Las cámaras anecoicas, término acuñado por el experto en acústica estadounidense Leo Beranek , se utilizaban inicialmente exclusivamente para referirse a las cámaras anecoicas acústicas. Recientemente, el término se ha extendido a otras cámaras anecoicas de radiofrecuencia (RF) y de sonar , que eliminan la reflexión y el ruido externo causado por las ondas electromagnéticas.
Las cámaras anecoicas varían desde pequeños compartimentos del tamaño de hornos microondas domésticos hasta otros tan grandes como hangares de aviones . El tamaño de la cámara depende del tamaño de los objetos y de los rangos de frecuencia que se están probando.
El requisito de lo que posteriormente se denominó cámara anecoica se originó para permitir la prueba de altavoces que generaban niveles de sonido tan intensos que no podían probarse al aire libre en áreas habitadas. [1]
Las cámaras anecoicas se utilizan habitualmente en acústica para realizar experimentos en condiciones nominalmente de " campo libre ", lo que significa que no hay señales reflejadas. Toda la energía sonora se alejará de la fuente y casi ninguna se reflejará de vuelta. Los experimentos habituales en cámaras anecoicas incluyen la medición de la función de transferencia de un altavoz o la directividad de la radiación de ruido de la maquinaria industrial. En general, el interior de una cámara anecoica puede ser muy silencioso, con niveles de ruido típicos en el rango de 10 a 20 dBA . En 2005, la mejor cámara anecoica midió -9,4 dBA. [2] En 2015, una cámara anecoica en el campus de Microsoft batió el récord mundial con una medición de -20,6 dBA. [3] El oído humano normalmente puede detectar sonidos por encima de 0 dBA, por lo que un humano en una cámara de este tipo percibiría el entorno como desprovisto de sonido. Como anécdota, a algunas personas puede no gustarles ese silencio y pueden desorientarse. [2]
El mecanismo por el cual las cámaras anecoicas minimizan la reflexión de las ondas sonoras que inciden sobre sus paredes es el siguiente: En la figura incluida, una onda sonora incidente I está a punto de incidir sobre una pared de una cámara anecoica. Esta pared está compuesta por una serie de cuñas W con altura H. Después del impacto, la onda incidente I se refleja como una serie de ondas R que a su vez "rebotan hacia arriba y hacia abajo" en el espacio de aire A (delimitado por líneas de puntos) entre las cuñas W. Dicho rebote puede producir (al menos temporalmente) un patrón de onda estacionaria en A. Durante este proceso, la energía acústica de las ondas R se disipa a través de la viscosidad molecular del aire, en particular cerca de la esquina C. [4] Además, con el uso de materiales de espuma para fabricar las cuñas, ocurre otro mecanismo de disipación durante las interacciones onda/pared. [5] Como resultado, el componente de las ondas reflejadas R a lo largo de la dirección de I que escapa de los huecos A (y regresa a la fuente de sonido), denominado R', se reduce notablemente. Aunque esta explicación es bidimensional, es representativa y aplicable a las estructuras de cuña tridimensionales reales utilizadas en cámaras anecoicas. [6]
Las cámaras anecoicas completas tienen como objetivo absorber energía en todas las direcciones. Para ello, todas las superficies, incluido el suelo, deben estar cubiertas con cuñas de forma adecuada. Normalmente, se instala una rejilla de malla sobre el suelo para proporcionar una superficie sobre la que caminar y colocar el equipo. Este suelo de malla suele colocarse al mismo nivel que el resto del edificio, lo que significa que la propia cámara se extiende por debajo del nivel del suelo. Este suelo de malla está amortiguado y flota sobre amortiguadores absorbentes para aislarlo de las vibraciones externas o las señales electromagnéticas.
Por el contrario, las cámaras semianecoicas o hemianecoicas tienen un suelo sólido que actúa como superficie de trabajo para sostener objetos pesados, como automóviles, lavadoras o maquinaria industrial, que no podrían ser soportados por la rejilla de malla en una cámara completamente anecoica. Los estudios de grabación suelen ser semianecoicos.
La distinción entre "semianecoico" y "hemianecoico" no está clara. En algunos usos son sinónimos, o solo se utiliza un término. [7] Otros usos distinguen uno por tener un suelo idealmente reflectante (creando condiciones de campo libre con una única superficie reflectante) y el otro por tener simplemente un suelo plano sin tratamiento. [8] [9] Otros usos los distinguen por tamaño y rendimiento, siendo uno probablemente una habitación existente modernizada con tratamiento acústico, y el otro una habitación construida especialmente que probablemente sea más grande y tenga un mejor rendimiento anecoico. [10]
La apariencia interna de la cámara anecoica de radiofrecuencia (RF) a veces es similar a la de una cámara anecoica acústica; sin embargo, las superficies interiores de la cámara anecoica de RF están cubiertas con material absorbente de radiación (RAM) en lugar de material absorbente acústico. Los usos de las cámaras anecoicas de RF incluyen la prueba de antenas y radares, y se utilizan típicamente para alojar las antenas para realizar mediciones de patrones de radiación de antena e interferencia electromagnética .
Las expectativas de rendimiento (ganancia, eficiencia, características del patrón, etc.) constituyen desafíos primarios en el diseño de antenas independientes o integradas . Los diseños se están volviendo cada vez más complejos con un solo dispositivo que incorpora múltiples tecnologías como celular , WiFi , Bluetooth , LTE , MIMO , RFID y GPS .
La RAM está diseñada y moldeada para absorber la radiación de RF incidente (también conocida como radiación no ionizante ) de la manera más eficaz posible, desde tantas direcciones incidentes como sea posible. Cuanto más eficaz sea la RAM, menor será el nivel resultante de radiación de RF reflejada . Muchas mediciones de compatibilidad electromagnética (CEM) y patrones de radiación de antena requieren que las señales espurias que surgen de la configuración de prueba, incluidas las reflexiones, sean insignificantes para evitar el riesgo de causar errores y ambigüedades en las mediciones.
Las ondas de frecuencias más altas tienen longitudes de onda más cortas y son más altas en energía, mientras que las ondas de frecuencias más bajas tienen longitudes de onda más largas y son más bajas en energía, de acuerdo con la relación donde lambda representa la longitud de onda, v es la velocidad de fase de la onda y es la frecuencia. Para proteger contra una longitud de onda específica, el cono debe tener el tamaño apropiado para absorber esa longitud de onda. La calidad del rendimiento de una cámara anecoica de RF está determinada por su frecuencia de prueba de operación más baja, en la que las reflexiones medidas de las superficies internas serán las más significativas en comparación con las frecuencias más altas. La RAM piramidal es más absorbente cuando la onda incidente tiene una incidencia normal en la superficie interna de la cámara y la altura de la pirámide es aproximadamente igual a , donde es la longitud de onda del espacio libre . En consecuencia, aumentar la altura de la pirámide de la RAM para el mismo tamaño de base ( cuadrada ) mejora la efectividad de la cámara a bajas frecuencias, pero da como resultado un mayor costo y un volumen de trabajo sin obstrucciones reducido que está disponible dentro de una cámara de tamaño definido.
Una cámara anecoica de RF suele construirse en una sala protegida, diseñada según el principio de la jaula de Faraday . Esto se debe a que la mayoría de las pruebas de RF que requieren una cámara anecoica para minimizar los reflejos de las superficies internas también requieren las propiedades de una sala protegida para atenuar las señales no deseadas que penetran hacia el interior y causan interferencias en el equipo bajo prueba y evitar fugas de las pruebas que penetran hacia el exterior. El absorbedor RAM piramidal también se puede construir mediante fabricación aditiva, lo que permite explorar patrones internos, con el fin de mejorar los efectos de absorción. [11]
En el caso de frecuencias radiadas más bajas, la medición de campo lejano puede requerir una cámara grande y costosa. A veces, por ejemplo, para las mediciones de la sección transversal del radar, es posible reducir la escala del objeto en prueba y el tamaño de la cámara, siempre que la longitud de onda de la frecuencia de prueba se reduzca en proporción directa al realizar la prueba a una frecuencia más alta. [ cita requerida ]
Las cámaras anecoicas de RF normalmente están diseñadas para cumplir con los requisitos eléctricos de una o más normas acreditadas . Por ejemplo, la industria aeronáutica puede probar equipos para aeronaves según especificaciones de la empresa o especificaciones militares como MIL-STD 461 E. Una vez construidas, se realizan pruebas de aceptación durante la puesta en servicio para verificar que se cumplen las normas. Si es así, se emitirá un certificado a tal efecto. La cámara deberá volver a probarse periódicamente.
Las configuraciones de los equipos de prueba y soporte que se utilizarán en cámaras anecoicas deben exponer la menor cantidad posible de superficies metálicas (conductoras), ya que pueden causar reflejos no deseados. A menudo, esto se logra utilizando estructuras de madera o plástico no conductor para sostener el equipo en prueba. Cuando las superficies metálicas son inevitables, se pueden cubrir con piezas de RAM después de la instalación para minimizar dichos reflejos en la medida de lo posible.
Puede ser necesario realizar una evaluación cuidadosa para determinar si el equipo de prueba (en contraposición al equipo que se está probando) debe colocarse dentro o fuera de la cámara. Normalmente, la mayor parte del equipo se ubica en una sala separada protegida junto a la cámara de prueba principal, con el fin de protegerlo tanto de la interferencia externa como de la radiación dentro de la cámara. El cableado de la red eléctrica y de la señal de prueba que ingresa a la cámara de prueba requiere un filtrado de alta calidad .
A veces se utilizan cables de fibra óptica para el cableado de señales, ya que son inmunes a la RFI ordinaria y también causan poca reflexión dentro de la cámara.
Los siguientes riesgos para la salud y la seguridad están asociados con las cámaras anecoicas de RF:
Normalmente no se permite el ingreso de personal a la cámara durante una medición, ya que esto no solo puede provocar reflejos no deseados en el cuerpo humano , sino que también puede representar un peligro de radiación para el personal involucrado si se realizan pruebas con potencias de RF altas. Dichos riesgos se deben a la radiación de RF o no ionizante y no a la radiación ionizante de mayor energía .
Como la RAM absorbe en gran medida la radiación de radiofrecuencia, la radiación incidente generará calor dentro de la RAM. Si esto no se puede disipar adecuadamente, existe el riesgo de que se desarrollen puntos calientes y la temperatura de la RAM pueda aumentar hasta el punto de combustión . Esto puede ser un riesgo si una antena de transmisión se acerca demasiado a la RAM por descuido. Incluso para niveles de potencia de transmisión bastante modestos, las antenas de alta ganancia pueden concentrar la potencia lo suficiente como para provocar un flujo de alta potencia cerca de sus aperturas . Aunque la RAM de fabricación reciente normalmente se trata con un retardante de fuego para reducir dichos riesgos, son difíciles de eliminar.
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