En acústica , la absorción se refiere al proceso mediante el cual un material, estructura u objeto absorbe energía sonora cuando se encuentra con ondas sonoras , en lugar de reflejar la energía. Parte de la energía absorbida se transforma en calor y otra parte se transmite a través del cuerpo absorbente. Se dice que la energía transformada en calor se " perdió ". [1]
Cuando el sonido de un altavoz choca con las paredes de una habitación, parte de la energía del sonido se refleja de regreso a la habitación, parte se transmite a través de las paredes y parte se absorbe en las paredes. Así como 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 constituye la pared de la misma manera. La deformación provoca pérdidas mecánicas al convertir parte de la energía sonora en calor, lo que provoca una atenuación acústica , debida principalmente a la viscosidad de la pared . Mecanismos de atenuación similares se aplican al aire y a 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 función de la frecuencia y el 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 tiene especial interés en la insonorización . La insonorización tiene como objetivo absorber la mayor cantidad posible de energía sonora (a menudo en determinadas frecuencias) convirtiéndola en calor o transmitiéndola lejos de un lugar determinado. [3]
En general, los materiales blandos, flexibles o porosos (como la tela) sirven como buenos aislantes acústicos: absorben la mayor parte del sonido, mientras que los materiales densos, duros e impenetrables (como los metales) reflejan la mayor parte.
La eficacia con la que una habitación absorbe el sonido se cuantifica mediante el área de absorción efectiva de las paredes, también denominada área de absorción total. Éste se calcula a partir de sus dimensiones y de 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 crítica en áreas como:
Una cámara acústica anecoica es una habitación diseñada para absorber la mayor cantidad de sonido posible. Las paredes constan de una serie de deflectores con material altamente absorbente dispuestos de tal manera que la fracción del sonido que reflejan se dirige hacia otro deflector en lugar de regresar a la habitación. 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 otros experimentos y mediciones.
Las cámaras anecoicas son caras por varias razones y, por tanto, no son comunes.
Deben estar aislados 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 e igualmente gruesos. Estas cámaras suelen construirse 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 vídeo en la Web en el que se observan estos y otros detalles constructivos. Las puertas deben estar hechas especialmente, el sellado acústico debe ser completo (sin fugas alrededor de los bordes), la ventilación (si la hay) debe gestionarse cuidadosamente y la iluminación debe ser silenciosa.
El segundo requisito se deriva en parte del primero y de la necesidad de evitar la reverberación dentro de la habitación procedente, por ejemplo, de una fuente de sonido que se está probando. La prevención de ecos se hace casi siempre con cuñas de espuma absorbente en paredes, suelos y techos, y para que sean efectivas en bajas frecuencias, éstas deben ser físicamente grandes; cuanto más bajas sean las frecuencias a absorber, mayores deben ser.
Por lo tanto, una cámara anecoica debe ser grande para acomodar esos absorbentes y esquemas de aislamiento, pero aún así dejar espacio para los aparatos y unidades experimentales bajo prueba.
La energía disipada dentro de un medio a medida que el sonido lo atraviesa es análoga a la energía disipada en resistencias eléctricas o a la disipada en amortiguadores mecánicos para sistemas mecánicos de transmisión de movimiento. Los tres equivalen 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 las pequeñas pérdidas). Las partes reactivas de un medio acústico están determinadas por su módulo volumétrico y su densidad, de forma análoga a, respectivamente, un condensador eléctrico y un inductor eléctrico , y análoga, 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 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 función de la frecuencia, por lo que por 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 por corte experimentada durante la compresión y la rarefacción; Nuevamente, esto varía con la frecuencia. Los gases y líquidos generalmente exhiben menos histéresis que los materiales sólidos (por ejemplo, las ondas sonoras causan compresión y rarefacción adiabáticas ) y se comportan, en su mayoría, de manera newtoniana.
Combinadas, las propiedades resistivas y reactivas de un medio acústico forman la impedancia acústica . El comportamiento de las ondas sonoras al encontrarse con un medio diferente está dictado por las diferentes impedancias acústicas. Al igual que con las impedancias eléctricas, hay coincidencias y desajustes y la energía se transferirá para ciertas frecuencias (hasta casi el 100%), mientras que para otras podría reflejarse en su mayor parte (nuevamente, hasta porcentajes muy grandes).
En el diseño de amplificadores y altavoces, las impedancias eléctricas, las impedancias mecánicas y las impedancias acústicas del sistema deben equilibrarse de manera que la respuesta de frecuencia y fase altere lo menos posible el sonido reproducido en un espectro muy amplio y al mismo tiempo produzca niveles de sonido adecuados para el oyente. El modelado de sistemas acústicos utilizando las mismas técnicas (o similares) utilizadas durante mucho tiempo en los circuitos eléctricos brindó a los diseñadores acústicos una nueva y poderosa herramienta de diseño.