coeficientes_absorcion_acustica

Coeficiente de absorción acústica ¿existe con valores superiores a 1?

No hace mucho, en una de las clases que imparto, un alumno me enseñó los datos del fabricante de un material acústico en el que los valores de su coeficiente de absorción acústica eran, para algunas bandas de frecuencia, superior al valor 1.

Como yo les había explicado en clase que el coeficiente de absorción de un material era un valor que podía ir desde el 0 (nada absorbente) hasta el 1 (totalmente absorbente), el alumno me preguntó sorprendido cómo era posible que hubiese materiales con un coeficiente superior.

Como reconozco que no soy ningún experto en acústica (aunque me interesa mucho y últimamente leo todo lo que puedo sobre el tema), la verdad es que no le supe aclarar ese misterio en ese momento. Pero tras investigar un poco, encontré rápidamente la respuesta. Como me parece algo curioso y no demasiado conocido, lo quiero compartir con vosotros.

Así que hoy vamos a hablar sobre coeficientes de absorción acústica, pero empecemos por el principio…




La absorción acústica

Si entramos en una habitación vacía y generamos un sonido (damos una palmada, o simplemente hablamos), escucharemos ese sonido y sus múltiples reflexiones en las paredes. De una forma no demasiado técnica solemos decir que la habitación tiene “eco”: las paredes desnudas son muy reflectantes y muy poco absorbentes.

Si amueblamos esa habitación, o cubrimos con telas gruesas las paredes, al generar el mismo sonido notaremos que la escucha cambia: la energía sonora ha disminuído y ese “eco” ha desaparecido o al menos no está tan presente. Este fenómeno se debe a la absorción acústica, en este caso producida al añadir materiales absorbentes a la habitación.

Dependiendo del tipo de material que haya en las superficies de la habitación, las ondas sonoras van a ser más o menos absorbidas cuando choquen contra ellas.

Siempre que una onda sonora choca contra un obstáculo que separa dos medios (una pared, por ejemplo, ya que está entre un medio de transmisión de sonido como es el aire) ocurren tres fenómenos: absorción, reflexión y transmisión.

Parte de esa energía se reflejará en esa superficie. Otra parte se transformará en energía calorífica mediante el fenómeno que conocemos como absorción y una última parte será transmitida al medio contiguo al obstáculo (transmisión).

Proceso de absorción acústica.

Proceso de absorción acústica. Fuente: http://insonorizacionesacusticas.com/absorcion-acustica-en-la-insonorizacion.html

Cuando una onda sonora choca contra un obstáculo de un tamaño superior a su longitud de onda, una parte de la energía es absorbida, otra transmitida al medio contiguo y otra parte reflejada.

Coeficiente de absorción acústica

Para saber cómo de absorbente es un material utilizamos un valor que es el coeficiente de absorción acústica.

Podemos definir el coeficiente de absorción de un material como la relación entre la energía absorbida y la energía incidente por unidad de superficie. Es por este motivo que, teóricamente, el coeficiente de absorción acústica de un material siempre estará entre 0 y 1 (no es posible que haya más energía absorbida que energía incidente).

Un valor cercano a 1 indicará que ese material es muy absorbente y un valor cercano a 0 será muy poco absorbente.

Debido a que el coeficiente de absorción de un material varía en función de la frecuencia, se suele especificar a las frecuencias de 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz. Algunos fabricantes proporcionan estos coeficientes de absorción en 1/3 de octava.

¿Coeficientes de absorción mayores de 1?

Entonces, si el valor de los coeficientes de absorción está entre 0 y 1… ¿cómo es posible que en alguna ocasión nos encontremos con especificaciones técnicas de materiales con valores superiores a 1?

La solución al misterio está en la propia definición del coeficiente de absorción que hemos dado antes: relación entre la energía absorbida y la energía incidente por unidad de superficie. Y es la superficie la que va a generar esa especie de milagro que hace que un material pueda, en principio, absorber más energía de la que le llega.

Voy a tratar de explicarlo: El método más utilizado para medir el coeficiente de absorción acústica de materiales es lo que se conoce como el método de la sala reverberante.

Como ya sabemos, el tiempo de reverberación de una sala depende de la cantidad y tipo de material absorbente presente en su interior. Por tanto, simplificando mucho, es posible calcular el coeficiente de absorción acústica de un material si conocemos el tiempo de reverberación de la sala antes de añadir el material y medimos su respuesta después de añadir el material a analizar.

Normalmente, para este cálculo, lo que se hace es añadir unos 10m2 en el suelo de la sala con el material a analizar.

medición de coeficiente de absorción acústica

Medición típica de coeficiente de absorción de un material colocado en el suelo en una cámara reverberante. Fuente: http://www.akustikforschung.de/wp-content/uploads/2012/07/messung_schallabsorptionsgrad_schrankrueckwand_hallraum_02_ed3_ws.jpg

Las fórmulas matemáticas a utilizar serían las siguientes:

ΔA=0.16V(1/T2 – 1/T1), siendo T2 el tiempo de reverberación de la sala con el material a analizar y T1 el tiempo de reverberación con la sala vacía.

ΔA=S(α1-α0), siendo S el área del material medido en metros cuadrados, α1 el coeficiente de absorción del material a medir y α0 el coeficiente de absorción de la superficie tapada por el material a medir.

α1=α0+0,16V/S x (1/T2 – 1/T1)

Como podemos ver en las fórmulas, la superficie es algo importante para calcular el coeficiente de absorción.

Ahora bien, ¿qué puede suceder cuando el material a medir no es plano, es decir, tiene bastante grosor o incluso formas o rugosidades que hacen que ocupe más superficie que la que realmente ocupa en el suelo? Pues pueden pasar dos cosas: que se calcule cuanta superficie real está ocupando, o que simplemente se tome como superficie la cantidad de suelo que se tapa (superficie aparente), sin contar con que está ocupando una superficie mayor debido a su volumen.

En el primer caso, si contabilizamos la superficie REAL que ocupa el material, el coeficiente de absorción siempre estará entre 0 y 1.

Pero si se da el segundo caso, y simplemente se contabiliza la superficie aparente que ocupa, pero realmente está ocupando más, es cuando el coeficiente de absorción puede dar resultados ligeramente superiores al valor 1.

Un ejemplo de coeficiente de absorción superior a 1

Imaginemos que cubrimos 10m2 del suelo de la cámara de medición reverberante con unas placas de lana de roca de las que el fabricante nos da los siguientes datos:

  • Material
  • Lana de roca 100kg/m2 50mm
  • 125Hz
  • 0.19
  • 250Hz
  • 0.74
  • 500Hz
  • 0.95
  • 1000Hz
  • 0.98
  • 2000Hz
  • 0.96
  • 4000Hz
  • 1.04

Vemos como el coeficiente de absorción en 4000Hz es superior a 1. Pero también vemos que en este caso es un material con un grosor de 50mm, es decir, un grosor significativo que hace que realmente ese material ocupe más espacio debido a su volumen. Si cubrimos 10m2 con ese material, realmente la superficie ocupada sería de 10,7m2 en lugar de 10m2 (hay que tener en cuenta los 5 centímetros de grosor del material).

Por tanto, si se desprecia ese aumento de superficie es cuando los coeficientes de absorción pueden ser superiores a 1.

Este fenómeno en ocasiones se denomina efecto de borde o efecto de difracción, debido a que se produce por la difracción de onda en los bordes del material a medir.

Podéis encontrar información más detallada en este documento de la web de Sengpielaudio: http://www.sengpielaudio.com/AbsorptionsgradGroesserEins.pdf

3 comentarios
  1. Pablo Daniel Acuña
    Pablo Daniel Acuña Dice:

    El valor 1 es una superficie totalmente absorbente, según la frecuencia. A efectos prácticos no es necesario un valor superior a 1. Ya que las reflexiones no existirían mas allá de esa estimación. Y el efecto psicoacústico, es el de una sala apagada. Saludos !!!

    Responder
    • Jorge Sastrón
      Jorge Sastrón Dice:

      Claro, Pablo, pero en ocasiones, al mirar las especificaciones de material acústico, te encuentras coeficientes de absorción con valores superiores a 1. En este artículo sólo trataba de explicar por qué puede suceder eso y qué significa.

      Responder
    • Javier Ruiz
      Javier Ruiz Dice:

      Un coeficiente de absorción, real y efectivo, sólo se consigue con un vano vacío; todo material refleja o disipa la energía sonora, en mayor o menor cantidad, para cada gama de frecuencias; los mas altos coeficientes de absorción sonora los ofrecen los materiales porosos, para las frecuencias altas. Los únicos coeficientes confiables son aquellos que se obtienen luego de una aplicación.

      Responder

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