lunes, 28 de junio de 2010
Aislamiento acústico de cerramientos ligeros de doble hoja
El comportamiento de estos sistemas se rige por el principio de masa-muelle-masa. Según este modelo la frecuencia de coincidencia o frecuencia natural del sistema viene dada por la siguiente expresión:
- m1 y m2 son las masas por unidad de superficie de cada una de las hojas.
- s' es la rigidez dinámica del elemento de relleno en MN/m3.
Como puede observarse la elasticidad del material de relleno es un factor determinante a la hora de calcular la frecuencia de coindicencia del sistema, así valores de s' inferiores a 5 MN/m3 permiten garantizar que su valor se encuentre por debajo de los 100 Hz y que el sistema funcione eficazmente en todo el espectro audible.
Por tanto si se utiliza un material excesivamente rígido el conjunto no se comporta según el principio de masa-muelle-masa.
Por otro lado otro efecto a ser considerado es el de la formación de ondas estacionarias en la cámara de aire entre las dos hojas ligeras. Estas ondas se forman a las frecuencias múltiplos de:
fc=c/2d
Donde:
- c es la velocidad de propagación del sonido en el medio (340 m/s en el caso del aire).
- d es la distancia de separación entre las dos hojas.
El material de relleno de la cámara tiene como misión la disipación de estas ondas estacionarias. Esta disipación se da como consecuencia del rozamiento entre partículas, convirtiendo la energía sonora en energía calorífica. El parámetro que garantiza este comportamiento es el de la resistencia específica al paso del aire. Su valor debe estar entre los 5 kPa s/m2 y los 30 kPa s/m2.
Así un buen material de relleno debe ser elástico por un lado y porosidad abierta para permitir el paso del aire.
Frecuencias inferiores a fo | El sistema masa-muelle-masa no actúa, el comportamiento es como un sistema laminar |
Frecuencias entre fo y fc | Los aislamientos se suman: R=R1+R2+20 log (f d)-29 |
Frecuencias superiores a fc | Los aislamientos se suman y se atenúa la resonancia de a cavidad gracias a la resistencia al paso del aire de aislante R = R1 + R2 + + 0.86 (0.0978 (1.2 f/rs)^(-0.7) + +2 log(0.189(1.2 f/rs))^-0.595 |
- d es la separación entre hojas
- f es la banda de frecuencia
- rs es la resistencia al paso del flujo de aire
- R1 y R2 son los índices de reducción sonora de cada una de las hojas consideradas como particiones simples
Cómo funciona una vuvuzela
Si por algo va a ser recordado la Copa del Mundo de fútbol 2010 es un instrumento, querido por unos y odiado por otros, llamado vuvuzela.
Se trata de un instrumento de viento utilizado durante muchos años y cuyo origen proviene de los antiguos cuernos de caza empleados por las tribus africanas.
Desarrollaremos en este post su principio de funcionamiento.
Este instrumento actúa como un tubo resonador. Mediante el soplido en el extremo más estrecho de la misma se genera una onda longitudinal en su interior que se propaga hasta llegar al extremo del mismo.
Al llegar al extremo de la vuvuzela está onda es reflejada desplazándose por el tubo a la misma frecuencia que la onda incidente y generando nuevas reflexiones. Las ondas reflejadas están desfasadas entre sí y con respecto a la onda incidente, de manera que se superponen entre sí a determinadas frecuencias generando ondas estacionarias con una enorme amplitud.
El perfil de la vuvuzela influye en las frecuencias resonantes y en la amplitud de las ondas estacionarias que se crean en el interior del tubo.
Mediciones acústicas del nivel sonoro emitido por las vuvuzelas aseguran que pueden emitir hasta 115 dBA medidos a 2 m de distancia del extremo de su boca en un espectro de frecuencias entre 250 Hz y 8000 Hz. Estos niveles pueden ser muy dañinos para el oído humano.
Al llegar al extremo de la vuvuzela está onda es reflejada desplazándose por el tubo a la misma frecuencia que la onda incidente y generando nuevas reflexiones. Las ondas reflejadas están desfasadas entre sí y con respecto a la onda incidente, de manera que se superponen entre sí a determinadas frecuencias generando ondas estacionarias con una enorme amplitud.
El perfil de la vuvuzela influye en las frecuencias resonantes y en la amplitud de las ondas estacionarias que se crean en el interior del tubo.
Mediciones acústicas del nivel sonoro emitido por las vuvuzelas aseguran que pueden emitir hasta 115 dBA medidos a 2 m de distancia del extremo de su boca en un espectro de frecuencias entre 250 Hz y 8000 Hz. Estos niveles pueden ser muy dañinos para el oído humano.
domingo, 27 de junio de 2010
Aislamiento acústico en paredes simples
Se considera una pared simple la formada por una sola capa de material o por varias capas rígidamente unidas entre sí de foma que se comporten como un único cuerpo vibratorio.
Para cualquier pared simple existe una determinda frecuencia, denominada frecuencia natural o de coincidencia, a la que tiende a vibrar libremente cundo es excitado por una onda sonora. Esta frecuencia es función del tipo de material y de su espesor.
La frecuencia natural se puede estimar con la siguiente expresión:
En la siguiente tabla se indican las velocidades de propagación del sonido en distintos materiales:
| Materiales | Velocidad de propagación (m/s) |
Ladrillo hueco | 2000 |
Ladrillo perforado | 2500 |
Hormigón armado | 3500 |
Placa de yeso laminado | 2000 |
Acero | 5200 |
Vidrio | 5000 |
Poli metacrilato | 1600 |
Plomo | 1200 |
A la hora de diseñar es conveniente que esta frecuencia de coincidencia no se encuentra en la zona de bajas y medias frecuencias, ya que estas frecuencias son las más perjudiciales desde el punto de vista del aislamiento acústico.
Según el caso resultará más interesante aumentar el espesor del cerramiento para disminuir la frecuencia crítica(hormigón, ladrillo...) o disminuirlo para que se presente en la zona de altas frecuencias (placas de yeso laminado, vidrios..).
Así las frecuencias de resonancia de algunos elementos comunes en la construcción son:
| Elemento | Frecuencia crítica (Hz) |
Ladrillo perforado 12cm | 215 |
Tabicón ladrillo hueco 7 cm | 458 |
Hormigón armado de 12 cm | 152 |
Placa de yeso laminado de 15 mm | 2140 |
Vidrio de 6 mm | 2140 |
Doble placa de yeso de 15 mm | 2140 |
A la hora de establecer un modelo para la predicción del aislamiento acústico a ruido aéreo en paredes simples se distinguen tres zonas de evaluación:
Frecuencias inferiores a fc | R=20 log(m f)-48 |
Frecuencias próximas de fc | El aislamiento disminuye sensiblemente tanto como más bajo sea el factor de pérdidas del material (fp) |
Frecuencias superiores a fc | R=20 log(m f)-48+10 lof(f/fc)+ 10 log(fp)+5.5 |
domingo, 20 de junio de 2010
Conceptos de acústica arquitectónica: tiempo de reverberación
El tiempo de reverberación de un recinto se define como el tiempo que transcurre desde que cesa una fuente sonora hasta que la energía sonora contenida en el mismo disminuye a una millonésima parte de la original.
Esto es equivalente a decir que es el tiempo que el nivel de presió sonora tarda en disminuir 60 dB. El siguiente gráfico ilustra este concepto.
Este fenómeno fue estudiado por el físico Wallace Clement Sabine, el cual formuló la siguiente expresión para el cálculo del tiempo de reverberación de un recinto:
V: es el volumen del recinto
Aa: es el área de absorción
En recintos con un tiempo de reverberación elevado éste se percibe como ecos sucesivos. Esto se debe a que el oído es capaz de percibir las sucesivas reflexiones de las ondas sonoras sobre las superficies reflectantes del recinto.
A partir de la expresión anterior puede deducirse que se puede actuar para disminuir el tiempo de reverberación de un recinto aumentando el área de absorción del mismo, ya sea por la introducción de mobiliario o por el tratamiento de las superficies de la sala.
El tiempo de reverberación influye en la calidad acústica de la sala, ya que valores elevados hacen que no se lleguen a entender las conversaciones. Se recomiendan valores entre 0.4 y 1 segundo en salas con uso predominante de la palabra hablada y entre 1 y 2 segundos en salas de conciertos.
El tiempo de reverberación influye en la calidad acústica de la sala, ya que valores elevados hacen que no se lleguen a entender las conversaciones. Se recomiendan valores entre 0.4 y 1 segundo en salas con uso predominante de la palabra hablada y entre 1 y 2 segundos en salas de conciertos.
viernes, 18 de junio de 2010
Insonorización locales: suelos flotantes
Al considerar la insonorización de un local de actividad el último aspecto a tener en cuenta es el suelo del mismo.
Se recomienda la instalación de suelos flotantes bien para evitar la transmisión de ruidos de impacto tales como arrastre de mobiliario, golpes diversos, pasos de las personas o ruido aéreo procedente de la ambientación del local: música, conversaciones, etc...
A la hora de realizar un adecuado diseño para un suelo acústico deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:
Masa: aportada principalmente por la capa compresora de hormigón, contribuyendo también en buena medida el pavimento de terminación y el soporte rígido.
Elasticidad: la colocación de tacos elásticos de caucho evita la propagación de ondas longitudinales a través de la estructura, reduce las vibraciones de la fuente y el ruido de impacto al tratarse de uniones que permiten la unión elástica entre superficies rígidas. Al tratarse de una superficie sometida a variaciones de carga es importante que tenga capacidad de recuperación y que las deformaciones no resulten excesivas, ya que podrían dañarse las superficies rígidas.
- Resonancias en la cámara: al colocar el suelo sobre los tacos de caucho se crea una cámara o cavidad en la que aparece el fenómeno de la resonancia a ciertas frecuencias debido a la formación de ondas estacionarias. Este hecho provoca una disminuación imporatnte del aislamiento, debido a esta circunstancia se colocan materiales absorbentes en el interior de esta cavidad.
- Estanquidad: para evitar el contacto directo entre el suelo flotante y los paramentos verticales que provoque la transmisión de ruido y vibraciones desde el suelo al resto de elementos estructurales. Por ello se debe colocar elementos elásticos como bandas de caucho perimetrales en los encuentros entre el mortero del suelo y los paramentos verticales.
Una posible solución constructiva para un suelo flotante de un local de actividad sería la siguiente:
Para realizar un óptimo diseño de un suelo flotante sobre elementos elásticos es necesario considerar las cargas a soportar por el mismo, calculando así la carga por unidad de superficie. Las cargas a soportar provienen de:
- Peso propio de los elementos constructivos: pavimento,capa de mortero de compresión.
- Uso: mobiliario, aforo del local...
En función de estos parámetro se seleccionarán los tacos elásticos antivibratorios, a mayor carga prevista se deberán emplear elementos de mayor dureza. ´
Una vez seleccionado el tipo de elementos antivibratorio se calculará la distancia entre los mismos, para formar la retícula sobre la que se apoyará el resto de elementos del suelo flotante. Se diseñará considerando la carga óptima aconsejada por el fabricante de los mismos.
Por otro lado es importante cuidar los encuentros con otros elementos constructivos para conseguir un óptimo rendimiento acústico del conjunto.
Así por ejemplo se deberá evitar en la medida de lo posible apoyar directamente sobre el suelo los paramentos verticales de separación, procurando que estos apoyen directamente sobre el suelo original. El siguiente detalle constructivo ilustra este aspecto:
Así se puede observar como las montantes metálicas verticales transmiten el ruido generado en el recinto a insonorizar. Se está cargando el suelo con una carga no prevista inicialmente no dejando que actúe completamente como un suelo flotante.
El siguiente detalle constructivo muestra cómo debería ejecutarse, apoyándose los elementos verticales sobre aisladores elásticos que a su vez apoyan directamente sobre el suelo original.
De esta manera se evitan las vías de transmisión de ruido y vibraciones entre recintos. Es importante emplear bandas elásticas en los encuentros entre el suelo y los paramentos verticales para garantizar la estanqueidad del conjunto, como puede observarse en el detalle anterior.
El correcto diseño y ejecución del suelo de un local de actividad constituye un aspecto de vital importancia para garantizar el cumplimiento de las especificaciones de aislamiento acústico de sus cerramientos.
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