¡¡¡Cómo y donde los pongo!!! Resonadores de membrana

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Las eternas dudas, viendo lo que por la red se escribe, es ¿necesito un resonador?, ¿es importante la ubicación de mismo?, ¿cómo construyo el resonador? Pasaremos a intentar resolver cada una de las preguntas una a una.

¿Necesito un resonador?

La respuesta es un quizás. “Quizás”, porque la mayoría de las salas donde hoy se mezcla o se graba son salas pequeñas y con formas regulares (paralelepípedos) lo cual facilita la generación de modos propios en nuestra sala que provocan una mala respuesta en la zona de baja frecuencia. “Quizás”, también, porque como nunca nos hartaremos de decir, lo primero que necesitamos será medir la sala para saber qué problemas tenemos y, por tanto, que soluciones hemos de tomar.

¿Es importante la ubicación de mismo?

En este caso diremos “Sí”. Estos dispositivos trabajan para frecuencias por debajo de 500 Hz [1], por lo que lo más seguro es que los utilicemos para reducir la influencia de los modos propios que más nos molesten en nuestra sala. El mecanismo de funcionamiento se basa en que, al incidir la onda sonora sobre la membrana que se encuentra situada en las cercanías de la pared sobre una cámara de aire y fija sobre sus cuatro bordes, y al tener este sistema una frecuencia de resonancia propia en base a las características físicas y la construcción de sistema, éste entrará en resonancia, transformando la energía de la onda incidente en calor y reduciendo, por tanto, la energía de dicha onda.

Para entender esto deberemos tener claras varias cosas. La primera de ellas es que este sistema es más efectivo cuando se sitúa en un máximo de presión de la frecuencia sobre la que se pretende actuar [2]. Cuando dicho sistema tiene una frecuencia de resonancia igual al de la onda incidente su absorción será máxima. Por tanto, deberemos construir nuestro sistema de manera que la frecuencia de resonancia del mismo sea igual a la frecuencia que queremos absorber y situarlo en aquel punto donde la frecuencia que queremos disminuir tenga un máximo de presión dentro de la sala.

De cara a calcular los modos propios de nuestra sala y saber dónde se ubican estos máximos, una muy buena aplicación es “amroc”  [3]

¿Cómo construyo el resonador?

Finalmente, para la respuesta tercera necesitaremos saber cómo se calcula y que características físicas entran en juego a la hora de hacer funcionar estos dispositivos. El siguiente dibujo podemos ver un esquema de cómo es un resonador de membrana.

El material del cual suelen estar hechos estos resonadores es madera. Al final, la construcción consiste en fabricar un cajón de madera. Para los laterales y la tapa trasera del mismo podemos usar contrachapado de 10 mm de espesor, o directamente madera de, por ejemplo, pino. Cabe destacar que el panel trasero no es estrictamente necesario, no obstante es muy importante que la cavidad de aire esté totalmente sellada del exterior de cara a que la masa de aire que queda encerrada actúe como un muelle y no se pueda escapar por ninguna rendija, por lo que podríamos ponerlo directamente contra la pared pero deberíamos sellarlo muy bien.

La tapa delantera, la membrana propiamente dicha, deberá ser un material no poroso y flexible, de manera que pueda entrar en movimiento cuando el sonido incida en él. Lo más habitual es utilizar contrachapado o DM, teniendo en cuenta que deberemos saber su densidad superficial para poder calcular la frecuencia de resonancia a la que actúa. La manera de calcular la frecuencia de resonancia será aplicando la siguiente ecuación:

Siendo d = la profundidad de la cámara de aire en metros, y ms la masa superficial de la membrana en kg/m2.

En caso de que instalemos un material absorbente, ya sea sobre la pared trasera del interior de la cámara de aire o en las paredes laterales, el coeficiente de absorción de la frecuencia de resonancia se reducirá pero, por el contrario, se hará menos selectivo, aumentando el rango de actuación. Por otro lado, el valor de la frecuencia de resonancia se reducirá. Para calcular esta nueva frecuencia deberemos sustituir el 60 por 50 en la fórmula anterior.

Finalmente, estas expresiones son válidas para espesores de membrana de hasta 20 mm, siempre y cuando, la distancia entre puntos de fijación no sea inferior a 80 cm [4].

Ejemplo práctico

Con el objetivo de ver qué diferencias y similitudes tiene la teoría con la práctica se expondrá un caso real. Para ello, vamos a realizar unos cálculos para saber qué frecuencia de resonancia y coeficientes de absorción obtendríamos en caso de construir un resonador de membrana con las siguientes características:

  • Cámara de aire de 45 mm
  • Membrana a base de DM de 3 mm de espesor
  • Densidad de la membrana 950 kg/m3

Con estos datos, la frecuencia de resonancia del sistema sería f0=168 Hz.

En cuanto al coeficiente de absorción aproximado que podemos calcular (el cual es bastante más complejo de calcular) sería el que se presenta en la siguiente tabla:

Como vemos, el pico de absorción se encuentra en el tercio de 160 Hz y efectivamente, parece un sistema bastante selectivo.

Para la parte práctica se pasa a exponer algunos datos extraídos de un trabajo realizado en la UPM por parte de los profesores Vladimir Ulin y Juan Sancho [5].

En él, se construyen 9 resonadores idénticos, con el fin de cumplir con las especificaciones de muestra de la norma UNE-EN ISO 354:2004 y poder, así, estudiar su coeficiente de absorción.
Los resonadores de membrana bajo estudio están fabricados mediante un tablero de DM unido a un marco de madera de pino mediante puntas clavadas cada 10 cm en el centro del marco. Además, cada uno de los paneles tiene unas dimensiones de 1,3 m de largo por 0,91 m de ancho y 0,003 m de espesor.

La densidad del tablero de DM es de 945 kg/m3. Finalmente, decir que la cámara de aire tiene una profundidad de 0,045 m.

En la siguiente imagen se puede ver una fotografía de la disposición de ensayo en el interior de la cámara reverberante.

Para calcular el coeficiente de absorción de los paneles, se mide el tiempo de reverberación antes y después de introducir los resonadores en el interior de la cámara reverberante obteniendo el resultado que se puede ver en la gráfica de la Figura 2.

Figura 2 Comparación ente tiempos de reverberación antes y después de la introducción de los paneles resonadores en el interior de la cámara reverberante.

Y a partir de esto, y algún otro, obtenemos el coeficiente de absorción medio por tercio de octava, que es el dato que nos interesa. Se presenta en la siguiente tabla:

Vemos claramente como el pico de absorción se produce, indiscutiblemente, en el tercio de octava de 160 Hz, como se había calculado anteriormente. Por tanto, teoría y práctica van totalmente de la mano.

Finalmente se muestra en la Figura 4, en naranja, los coeficientes de absorción medios de las mediciones reales en cámara reverberante, y en azul, los cálculos teóricos.

Figura 3 Datos de absorción de las medidas reales (naranja) frente a los datos teóricos (azul).

En conclusión, podemos decir que los datos obtenidos mediante cálculo se aproximan bastante a la realidad, no obstante este en un caso ideal, y es posible que cuando hagamos cálculos en otras ocasiones la frecuencia de resonancia calculada y la real se encuentren desplazadas una d otra, y que hay que tener en cuenta numerosos factores. Además, cuando realizas un diseño es posible que algunos de los elementos de la construcción trabajen como resonadores y se deberá tener en cuenta.

 

[1] DÍAZ SANCHIDRIÁN, Cesar. “Cuadernos de acústica en la edificación, Aislamiento acústico I”. Escuela de arquitectura de la UPM.

[2] ALTON EVEREST, F & POHLMANN, Ken C.  “Master Handbook of acoustic”. Mc Graw Hill.

[3] http://amroc.andymel.eu/amroc_andymel_eu_calculator.php

[4] CARRIÓN ISBERT, Antoni. “Diseño acústico de espacios arquitectónicos”. Ediciones UPC.

[5]  SANCHO, Juan & ULIN, Vladimir. “Absorción sonora de un resonador de placa a partir su comportamiento vibratorio”. UPM.

29 Comentarios

  1. Yo necesitaría un par de ellos,pero la verdad no soy nada manitas,alguna empresa o particular que fabricara algunas unidades con un minimo de calidad?
    Gracias por el articulo.

  2. Enhorabuena por el pedazo de web y por este artículo en particular.

    Quería que me aseguraras un dato que aparece. Dices en la parte de construcción del resonador que la fórmula para calcular la frecuencia de resonancia es para tapas inferiores a 80 cm entre puntos de apoyo. Tenía entendido que era para iguales o mayores de 80 cm, es decir, justo al contrario. Podrías comprobarlo?
    Además también me gustaría que me indicaras, si es posible, en qué manual o quien ha comprobado lo de utilizar el número 50 en vez de 60, en la misma fórmula que hablamos, cuando el resonador se llene de algo absorbente. Precisamente estoy fabricando algunos, y me acabo de “acojonar”, pues yo lo calculé con el 60 pero la caja resonadora y la he “petado” de lana mineral, evidentemente dejando hueco de sobra para que la tapa vibre.

    De nuevo mil gracias.
    Un saludo.

    • Buenas Eddie Nesta. Las dos cosas que indicas están sacadas de la referencia [4], no obstante, como bien, has dicho la primera de ellas está mal puesta. Efectivamente, la condición de los puntos de fijación indica que no deberán ser inferiores a 80 cm, por lo tanto, es una errata por mi parte.

      En cuanto a la fórmula de cálculo de la frecuencia de resonancia está bien. El caso de 60 en el numerador es para el caso de que no haya material absorbente en el interior, y el caso de 50, es para cuando sí se introduce, ya que la frecuencia de resonancia se reduce.

      Un saludo.

  3. Hola.
    Tengo una duda, a ver si alguien me la aclara.
    Con los resonadores de membrana se trata de controlar la reverb o los modos resonantes?
    No tengo muy claro esto pues hay mucha información de la red que mezcla el tiempo de reverberación con la respuesta en frecuencia.
    Gracias

    • Ambas cosas, un control en el tiempo de reverberacion implica un control en la respuesta en frecuencia en la sala, y un control en la respuesta en frecuencia de la sala, necesita de un control sobre el tiempo de reverberacion. La situacion ideal se cumple cuando el tiempo de reverberacion tiende a cero, saludos

    • Técnicamente, si estás en la zona en que los modos mandan no puedes llamar reverberación al proceso de decaimiento de la energía, ya que no es un campo reverberante sino oscilatorio. En la práctica el resonador quita energía que es lo que te interesa.

  4. Efectivamente ambas cosas están relacionadas. El echo de que haya modos propios en la sala afecta al tiempo de reverberación, por ejemplo, si hay un máximo en una frecuencia provoca que al excitar la sala esa frecuencia se excite más de la cuenta, por lo que el tiempo de reverberación será mayor a dicha frecuencia.

    Por otro lado, lo que ha dicho Fourier sobre que la situación ideal es cuando el tiempo de reverberación tiende a cero no es correcta para estudios de grabación, sería lo ideal en una cámara anecoica. En cuanto a una sala de control dependerá del volumen de la sala, si bien es cierto que deberían ser tiempos bajas, en torno a la décima de segundo. En cuanto a salas de grabación ya depende del propósito de ésta.

    Un saludo

    • Perdón, lo expresé mal, en salas de control (no de grabaciones) lo ideal es que tienda a cero, para que la influencia de esta reverberación frente a la señal directa del altavoz sea mínima, siendo la respuesta en frecuencia del sistema altavoz-recinto, lo más similar posible a la del altavoz, siendo la coloración del recinto casi nula.

      Efectivamente un tiempo de reverberación que tiende a cero es una sala anecoica, sin embargo, tiempos de reverberación que para cada tercio de octava no supere los 0,3-0,4 segundos, para una sala de control son hasta donde me han comentado ideales, entre una baja influencia de la acústica de la sala, y para tener un mínimo de reverberación que no de la sensación mareante de una cámara anecoica.

      En las salas de grabación, depende del tipo de salas que se busque, en las salas de control hasta donde me han explicado, lo ideal es eso 0,3-0,4 y si no se puede bajar hasta estos tiempos, pues que sea el mínimo posible

  5. Hola. Como llevo toda la semana de ensayo-error, me gustaría que conocierais mis resultados. Al principio diseñe dos mega resonadores para 42 hz, que tenían profundidad de 25,6 y con un resonador muy pesado. Medí antes y después y no hacía nada. En verdad con Arta no es posible saberlo, ya que no baja de 63, pero es que ni soltando senos desde 35 hz aquello vibraba. Entonces cambie la tapa a un DM 3 mm, previamente lo pesé en la báscula y saqué la densidad de superficie exacta, en mi caso 2,36 kg/m2. La tapa la puse por dentro dejando ahora una cámara de 23,8 cm.
    Si se aplica la fórmula con estos datos, la frecuencia teórica es 80,1 hz sin absorbente dentro (60 en la fórmula) y 66,75 hz lleno de absorbente.
    El caso es que los he montado y sí que actúan, y aunque Arta tampoco me refleja nada, es obvio que poniendo la mano se nota claramente, y puedo decir que la frecuencia en la que más actúa es 43 hz. Por tanto, según este experimento creo que lo de usar el 50 en vez del 60 no es del todo correcto, o por lo menos las pruebas así me lo demuestran. En la web
    http://www.mh-audio.nl/ACalculators.asp#showcalc

    ya indica en la parte de Panel Resonator, que si se llena de absorbente la frecuencia puede bajar hasta en un 50%, que es claramente lo que me ha pasado a mi.

    De todos modos he tenido suerte, pues mi primer modo está justo ahí, así que estos dos se quedan así, y aunque Arta no me diga que reverb tengo en 43 hz, estos funcionan, pues se nota.
    Ahora voy intentar construir algo que funcione a 63 hz y a 125 hz, pues en estas bandas aún supero el 0.6 s de reverb.
    Alguien tiene experiencia en estas frecuencias, para que pueda partir de algo??

    De todos modos, conforme vaya construyendo y midiendo, os contaré qué puedo deducir de mi propia experiencia.

    • 1º) Que la tapa vibre no significa que esté disipando energía
      2º) Esa ecuación es muy simple y en cuanto se usa fuera de unos determinados límites falla más que las escopetas de la feria. Mi recomendación: copia resonadores documentados y no inventes
      3º) ARTA no te da T30 <63 Hz pero te da espectrogramas, ahí sí deberías ver diferencias pero mucho ojo con las ventanas que usas

      • La tapa anterior era de 6mm, ahora son de 3.

        Me hice otros dos resonadores grandes pero menos profundos y uno de agujeros de 60×60 como el de E. Lozano.

        De momento me gusta cómo suena, evidentemente no será profesional, pero bueno, poco a poco lo iré mejorando.

        Nearfield, ya me gustaría saber alguna receta clara de resonador, solamente he encontrado la de E. Lozano para 125 hz y no creas que está tan clara.
        Un saludo.

    • Ahh vale, el Everest-Polhmann… es que no se quién es Eduardo Lozano. Entiendo que para la banda de 30 a 120 Hz lo suyo es usar diafragmaticos, los Helmholtz los he visto ubicados mas en la banda de 120-500 Hz

  6. Hola, como están? estoy interesado en construir un resonador para 100hz. Podrían darme un breve ejemplo de cómo sería la formula para esa frecuencia, dado que el único dato conocido por mi es el de 100hz. Les pido disculpas, soy un lego total. Pero prefiero pasar por el calor antes que aparentar entender lo que no entiendo.
    Muchas Gracias

    Emilio

  7. Muy buenas. Cuando se hace un falso techo o una pared, de pladur o madera, estanco, con absorbente detrás y camara de aire hasta el paramento. Este sistema trabaja como un resonador diafragmágico? Sabéis que fórmula puedo utilizar para calcular la frecuencia donde actúa dicho sistema?

    Gracias

  8. Sí, sería un diafragmático, pero tienes que tener cuidado con los falsos techos, no se hasta que punto actúa como un diafragmático cuando va colgado con tirantes del techo, aparte de que es necesario que el absorbente no esté apoyado sobre él

    La fórmula es exactamente la misma, el sistema masa-muelle, en estos casos es siempre el mismo. Lo único que tienes que tener en cuenta es que esto es la solución a un modelo matemático. Debido a los cambios de fase a la frecuencia de resonancia y a que es un modelo bastante simple, puede ser que estés absorbiendo en algunas frecuencias y liberando energía en otras, a veces construyes un resonador para 30 Hz y el TR te sube en 60 Hz….

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