En acústica , la absorción se refiere al proceso por el cual un material, estructura u objeto absorbe energía sonora cuando encuentra ondas sonoras , en lugar de reflejarla . Parte de la energía absorbida se transforma en calor y parte se transmite a través del cuerpo absorbente. Se dice que la energía transformada en calor se " pierde ". [1]
Cuando el sonido de un altavoz choca con las paredes de una habitación, parte de la energía del sonido se refleja de vuelta a la habitación, parte se transmite a través de las paredes y parte es absorbida por las paredes. Del mismo modo que la energía acústica se transmitía a través del aire en forma de diferenciales de presión (o deformaciones), la energía acústica viaja a través del material que compone la pared de la misma manera. La deformación causa pérdidas mecánicas a través de la conversión de parte de la energía del sonido en calor, lo que da lugar a una atenuación acústica , debido principalmente a la viscosidad de la pared . Se aplican mecanismos de atenuación similares para el aire y cualquier otro medio a través del cual viaja el sonido.
La fracción de sonido absorbido está gobernada por las impedancias acústicas de ambos medios y es una función de la frecuencia y del ángulo de incidencia. [2] El tamaño y la forma pueden influir en el comportamiento de la onda sonora si interactúan con su longitud de onda, dando lugar a fenómenos ondulatorios como las ondas estacionarias y la difracción .
La absorción acústica es de particular interés en la insonorización , cuyo objetivo es absorber la mayor cantidad posible de energía sonora (a menudo en determinadas frecuencias) y convertirla en calor o transmitirla lejos de una determinada ubicación. [3]
En general, los materiales blandos, flexibles o porosos (como las telas) sirven como buenos aislantes acústicos, absorbiendo la mayor parte del sonido, mientras que los materiales densos, duros e impenetrables (como los metales) reflejan la mayor parte.
La capacidad de absorción del sonido de una sala se cuantifica mediante el área de absorción efectiva de las paredes, también llamada área de absorción total. Esta se calcula utilizando sus dimensiones y los coeficientes de absorción de las paredes. [4] La absorción total se expresa en Sabins y es útil, por ejemplo, para determinar el tiempo de reverberación de los auditorios . Los coeficientes de absorción se pueden medir utilizando una sala de reverberación , que es lo opuesto a una cámara anecoica (ver más abajo).
La absorción acústica es fundamental en áreas como:
Una cámara acústica anecoica es una sala diseñada para absorber la mayor cantidad de sonido posible. Las paredes están formadas por una serie de deflectores con material altamente absorbente dispuestos de tal manera que la fracción de sonido que reflejan se dirige hacia otro deflector en lugar de volver a la sala. Esto hace que la cámara esté casi desprovista de ecos , lo que resulta útil para medir el nivel de presión sonora de una fuente y para varios otros experimentos y mediciones.
Las cámaras anecoicas son caras por varias razones y, por lo tanto, no son comunes.
Deben estar aisladas de influencias externas (por ejemplo, aviones, trenes, automóviles, motos de nieve, ascensores, bombas, ...; de hecho, cualquier fuente de sonido que pueda interferir con las mediciones dentro de la cámara) y deben ser físicamente grandes. El primero, el aislamiento ambiental, requiere en la mayoría de los casos paredes, pisos y techos especialmente construidos, casi siempre macizos y también gruesos. Estas cámaras a menudo se construyen como habitaciones aisladas sostenidas por resortes dentro de un edificio más grande. El Consejo Nacional de Investigación de Canadá tiene una cámara anecoica moderna y ha publicado un video en la Web, en el que se indican estos y otros detalles de construcción. Las puertas deben fabricarse especialmente, el sellado de las mismas debe ser acústicamente completo (sin fugas alrededor de los bordes), la ventilación (si la hay) debe gestionarse con cuidado y la iluminación debe elegirse para que sea silenciosa.
El segundo requisito se deriva en parte del primero y de la necesidad de evitar la reverberación en el interior de la sala, por ejemplo, de una fuente de sonido que se esté probando. La prevención de los ecos se realiza casi siempre con cuñas de espuma absorbente en las paredes, suelos y techos, y para que sean eficaces a bajas frecuencias, deben ser físicamente grandes; cuanto más bajas sean las frecuencias que se van a absorber, más grandes deben ser.
Por lo tanto, una cámara anecoica debe ser grande para acomodar esos absorbedores y esquemas de aislamiento, pero aún así permitir espacio para los aparatos y unidades experimentales bajo prueba.
La energía disipada dentro de un medio cuando el sonido viaja a través de él es análoga a la energía disipada en resistencias eléctricas o la disipada en amortiguadores mecánicos para sistemas de transmisión de movimiento mecánico. Las tres son equivalentes a la parte resistiva de un sistema de elementos resistivos y reactivos. Los elementos resistivos disipan energía (irreversiblemente en calor) y los elementos reactivos almacenan y liberan energía (reversiblemente, despreciando pequeñas pérdidas). Las partes reactivas de un medio acústico están determinadas por su módulo volumétrico y su densidad, análogas respectivamente a un condensador eléctrico y un inductor eléctrico , y análogas, respectivamente, a un resorte mecánico unido a una masa.
Tenga en cuenta que, dado que la disipación depende únicamente del elemento resistivo, es independiente de la frecuencia. Sin embargo, en la práctica, el elemento resistivo varía con la frecuencia. Por ejemplo, las vibraciones de la mayoría de los materiales cambian su estructura física y, por lo tanto, sus propiedades físicas; el resultado es un cambio en la equivalencia de "resistencia". Además, el ciclo de compresión y rarefacción exhibe histéresis de ondas de presión en la mayoría de los materiales, que es una función de la frecuencia, por lo que para cada compresión hay una rarefacción, y la cantidad total de energía disipada debido a la histéresis cambia con la frecuencia. Además, algunos materiales se comportan de una manera no newtoniana , lo que hace que su viscosidad cambie con la tasa de deformación cortante experimentada durante la compresión y la rarefacción; nuevamente, esto varía con la frecuencia. Los gases y los líquidos generalmente exhiben menos histéresis que los materiales sólidos (por ejemplo, las ondas sonoras causan compresión y rarefacción adiabáticas ) y se comportan de una manera, principalmente, newtoniana.
Combinadas, las propiedades resistivas y reactivas de un medio acústico forman la impedancia acústica . El comportamiento de las ondas sonoras que se encuentran con un medio diferente está determinado por las diferentes impedancias acústicas. Al igual que con las impedancias eléctricas, existen coincidencias y desajustes y la energía se transferirá para ciertas frecuencias (hasta casi el 100 %), mientras que para otras podría reflejarse principalmente (de nuevo, hasta porcentajes muy elevados).
En el diseño de amplificadores y altavoces, las impedancias eléctricas, mecánicas y acústicas del sistema deben equilibrarse de modo que la respuesta de frecuencia y fase altere lo menos posible el sonido reproducido en un espectro muy amplio, a la vez que se producen niveles de sonido adecuados para el oyente. El modelado de sistemas acústicos utilizando las mismas técnicas (o similares) que se utilizan desde hace tiempo en circuitos eléctricos proporcionó a los diseñadores acústicos una nueva y poderosa herramienta de diseño.