Construcción de un home studio. La absorción progresiva

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Cuando una onda, ya sea de naturaleza electromágnetica o mecánica (como son las ondas acústicas), en su camino de propagación, encuentra un cambio en el medio de propagación, se va a producir una separación de la energía de la onda, como una onda incidente que se seguirá propagando por el nuevo medio, y una onda reflejada que regresará por el medio en el cual se estaba propagando previamente.

Esto se debe principalmente a que existe una desadaptación entre las impedancias características de los medios de propagación. Y la relación existente entre las energías asociadas a la onda progresiva y la regresiva, depende directamente del grado de desadaptación o diferencia existente entre las impedancias características. Cuanto mayor sea la desadaptación (cuanto menos se parezcan las impedancias de cada medio) más energía posee la onda regresiva, mientras que cuanto más esten adaptadas las impedancias de cada medio (más se parecen), más energía poseerá la onda progresiva y menos la onda regresiva. Además conviene no olvidar que la velocidad de propagación de una onda en el material depende del material y por tanto de su impedancia.

Cuando se añade un material absorbente de tipo poroso ya sea directamente en sistemas que solo monten este material, o en sistemas más complejos como los resonadores, en donde actuan en el interior disipando la energía, se debe tener en cuenta la desadaptación entre la impedancia característica del aire, y la impedancia característica del medio (material poroso). Para que se produzca una buena absorción, la onda acústica, debe atravesar con su máxima energía posible dicho material, para de esta forma disipar la mayor energía posible en su interior. Si parte de la energía de la onda acústica, se refleja al incidir sobre el material, parte de esta onda, no se verá mermada por la accion del material poroso, y esta energía retornará por el camino en el cual venía, volviendo de esta forma al recinto y desperdiciando en parte la acción del material absorbente.

Resistencia de flujo, porosidad, densidad, entre otros parametros, influyen en el valor de la impedancia caracteristica del material. Quizás de los pocos parametros que suele dar el fabricante del material es la densidad, y la densidad e impedancia están relacionados de una forma proporcional. Así que una primera aproximación para conseguir una absorción progresiva en los materiales acústicos es jugar con las densidades de los materiales.

La absorción progresiva consiste en interponer diferentes materiales con diferentes impedancias características ( y por tanto densidades) y todas ellas crecientes, entre dos materiales o medios cuyas impedancias características son bastantes diferentes entre sí.

Voy a ilustrarlo con un ejemplo muy simple con el que todo el mundo lo entenderá, ejemplo que por otro lado, se basa en los sistemas acústicos que voy a hacer para mi home studio.

El material absorbente que voy a emplear para mi home studio es el acustifiber F25 y el Acustifiber F40, ambos materiales de acústica integral. El acustifiber F25 tiene una densidad de 30 Kg/m^3, mientras que el acustifiber F40 tiene una densidad de 15 Kg/m^3. La absorción en si depende poco de la densidad del material, pero hay algo que es interesante saber: la impedancia no puede ser ni muy pequeña ni muy grande, tiene que ser en su justa medida. Un material que ofrezca mucha resistencia a que la onda entre en él, ocasionará que la onda se refleje en gran medida, por el medio que menos le cuesta propagarse (es decir volverá por donde venía). Un material que ofrezca muy poca resistencia, ocasionará muy pocas perdidas de la onda que lo atraviese. Por lo tanto tendremos que escoger un material que absorba lo suficiente sin que ello implique que la onda reflejada conlleve mucha energía.

Una forma de llegar a esta solución de compromiso de una forma bastante eficiente consiste en ir adaptando paulatinamente las impedancias. Esta idea ya la usaba Jensen en sus diseños (ver el vídeo de Eduardo Pastor). En las cámaras anecoicas también se desarrolla una idea similar, solo que en vez de variar la impedancia, se va variando la sección del material que se expone a la onda acústica, a medida que la onda acústica va progresando por las clásicas pirámides, la sección de la misma va aumentando, con la cual se hace una adaptación progresiva del cambio de impedancias a los que se expone la onda, mediante el incremento paulatino de la sección.

Ilustro con un dibujo la idea. En el caso de un único material absorbente las ondas incidentes las nombrare como I con un subíndice en funcion de sus rebotes, y la onda reflejada con un R seguida de un subíndice en funcion de sus rebotes. Para el caso de dos materiales absorbentes las ondas incidentes las nombraré como I’ o T’ con un subíndice en funcion de sus rebotes, y la onda reflejada con un R’ seguida de un subíndice en funcion de sus rebotes, en este caso sí que existirán varios rebotes, produciendose en determinadas ocasiones ondas que quedaran confinadas dentro del primer material, extinguiéndose ahí dentro.

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Un primer análisis, nos haría pensar que cuando se interpone un material entre dos materiales diferentes, se va a producir una onda reflejada mayor, ya que hay que sumar las ondas reflejadas que surgen a raíz de los cambios de impedancia existentes entre los tres medios, frente a la única onda reflejada cuando solo se usa un material (dos medios). Sin embargo, la verdad es que las diferencias de impedancias entre el aire y el primer material absorbente (15 kg/m^3) y entre el primer material absorbente y el segundo material absorbente (30 kg/m^3) es menor que la diferencia de impedancias entre el aire y el absorbente de 30 kg/m^3 que se obtendría de colocar directamente el material de 30 kg/m^3. Con lo que aunque en un principio se pudiera pensar que la energía de la onda reflejada es mayor en el caso de utilizar dos absorbentes frente a uno solo, debido a que existen más reflexiones, la realidad es que como se está haciendo una adaptación progresiva de impedancias, la energía de la onda reflejada es menor, porque la diferencia de impedancias es menor.

Para mi tratamiento acustico he decidido poner una primera capa de material de 15 kg/m^3 y el resto de capas será de 30 kg/m^3. De esta forma la adaptación de impedancias será más progresiva y se producirá una absorción más eficiente.