Absorción (acústica)

En acústica , la absorción se refiere al proceso por el cual un material, estructura u objeto absorbe energía sonora al encontrarse con ondas sonoras , en contraposición a la reflexión de dicha 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 ha « perdido ». ^{[ 1 ]}

Cuando el sonido de un altavoz choca con las paredes de una habitación, parte de su energía se refleja de vuelta a la habitación, parte se transmite a través de las paredes y parte es absorbida por ellas. Del mismo modo que la energía acústica se transmite a través del aire como diferencias de presión (o deformaciones), viaja a través del material que compone la pared de la misma manera. La deformación provoca pérdidas mecánicas al convertir parte de la energía sonora en calor, lo que resulta en atenuación acústica , principalmente debido 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 regida 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 ondas estacionarias y difracción .

La absorción acústica es de particular interés en el aislamiento acústico . El aislamiento acústico tiene como objetivo absorber la mayor cantidad posible de energía sonora (a menudo en frecuencias específicas), convirtiéndola en calor o transmitiéndola lejos de un lugar determinado. ^{[ 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) lo reflejan en su mayor parte.

La capacidad de absorción acústica de una sala se cuantifica mediante el área de absorción efectiva de las paredes, también denominada área de absorción total. Esta se calcula a partir de sus dimensiones y los coeficientes de absorción de las paredes. ^{[ 4 ]} La absorción total se expresa en Sabins y resulta útil, por ejemplo, para determinar el tiempo de reverberación de los auditorios . Los coeficientes de absorción pueden medirse utilizando una sala reverberante , que es lo opuesto a una cámara anecoica (véase más adelante).

El coeficiente de absorción de un material se puede determinar utilizando dos métodos principales estandarizados por la Organización Internacional de Normalización :

• Método de la cámara reverberante ( ISO 354 ) : Se coloca una muestra del material en una cámara reverberante y el cambio resultante en el tiempo de reverberación se utiliza para calcular el coeficiente de absorción de incidencia aleatoria. Este método proporciona el coeficiente de absorción acústica práctico, que puede superar 1,0 debido a los efectos de difracción en los bordes. ^{[ 6 ]}
• Método del tubo de impedancia (ISO 10534-2) : Se coloca una pequeña muestra en el extremo de un tubo rígido y se determina el coeficiente de absorción a incidencia normal a partir del patrón de onda estacionaria o la función de transferencia entre dos micrófonos. Este método requiere menos material, pero solo mide la absorción a incidencia normal. ^{[ 7 ]}

La elección del método depende de la aplicación: el método de la sala reverberante representa mejor las condiciones del mundo real, donde el sonido llega desde todas las direcciones, mientras que el método del tubo de impedancia es útil para comparar materiales durante el desarrollo del producto.

La absorción acústica es fundamental en áreas como:

• Insonorización
• Grabación y reproducción de sonido
• Diseño de altavoces

  

• Líneas de transmisión acústica
• acústica de la sala
• Acústica arquitectónica
• Sonar
• Muros de barrera acústica

La energía disipada en un medio a medida que el sonido se propaga a través de él es análoga a la energía disipada en resistencias eléctricas o en amortiguadores mecánicos para sistemas de transmisión de movimiento. Las tres equivalen a la parte resistiva de un sistema de elementos resistivos y reactivos. Los elementos resistivos disipan energía (irreversiblemente en forma de calor) y los elementos reactivos almacenan y liberan energía (de forma reversible, si se desprecian las pequeñas pérdidas). Las partes reactivas de un medio acústico están determinadas por su módulo de compresibilidad y su densidad, análogas respectivamente a un condensador eléctrico y a un inductor eléctrico , y análogas respectivamente a un resorte mecánico unido a una masa.

Cabe señalar que, dado que la disipación depende exclusivamente 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 modifican su estructura física y, por consiguiente, sus propiedades físicas; el resultado es un cambio en la equivalencia de "resistencia". Además, el ciclo de compresión y rarefacción presenta histéresis de las ondas de presión en la mayoría de los materiales, la cual es función de la frecuencia; así, por cada compresión se produce una rarefacción, y la cantidad total de energía disipada debido a la histéresis varía con la frecuencia. Asimismo, algunos materiales se comportan de forma no newtoniana , lo que provoca que su viscosidad cambie con la tasa de deformación por cizallamiento experimentada durante la compresión y la rarefacción; esto también varía con la frecuencia. Los gases y líquidos generalmente presentan menos histéresis que los materiales sólidos (por ejemplo, las ondas sonoras provocan compresión y rarefacción adiabáticas ) y se comportan, en su mayoría, de forma newtoniana.

La combinación de las propiedades resistivas y reactivas de un medio acústico conforma la impedancia acústica . El comportamiento de las ondas sonoras al interactuar con un medio diferente está determinado por las distintas 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 se reflejará mayoritariamente (de nuevo, hasta porcentajes muy elevados).

En el diseño de amplificadores y altavoces, las impedancias eléctricas, mecánicas y acústicas del sistema deben equilibrarse de manera que la respuesta en frecuencia y fase altere lo menos posible el sonido reproducido en un amplio espectro, a la vez que se consiguen niveles de sonido adecuados para el oyente. La modelización de sistemas acústicos mediante técnicas similares a las empleadas durante mucho tiempo en circuitos eléctricos proporcionó a los diseñadores acústicos una nueva y potente herramienta de diseño.

• Insonorización
• Atenuación acústica
• Coeficiente de atenuación
• Cámara anecoica
• Onda acústica
• Impedancia acústica