Coeficiente de Absorción, Materiales Absorbentes

Domando el Sonido: Entendiendo el Coeficiente de Absorción y los Materiales Absorbentes

Cuando el sonido incide sobre una superficie, una parte de su energía es reflejada, otra es transmitida a través del material y otra es absorbida, convirtiéndose en calor. El coeficiente de absorción acústica (α) de un material cuantifica la eficiencia con la que dicho material absorbe la energía sonora. Se define como la relación entre la energía sonora absorbida por el material y la energía sonora incidente sobre él.

Matemáticamente, esto se puede expresar como:

Dado que la energía absorbida nunca puede ser mayor que la energía incidente, el valor del coeficiente de absorción siempre se encuentra entre 0 y 1:

• α = 1: Indica una absorción total. Toda la energía sonora que incide sobre el material es absorbida, y no se refleja nada. Un ejemplo teórico sería un agujero negro acústico.

• α = 0: Indica una reflexión total. Toda la energía sonora que incide sobre el material es reflejada, y no se absorbe nada. Una superficie perfectamente rígida y lisa en un medio sin pérdidas se acercaría a este valor.

Es crucial entender que el coeficiente de absorción de un material no es una constante, sino que varía significativamente con la frecuencia del sonido incidente. Por esta razón, los fabricantes de materiales acústicos proporcionan los valores de α en diferentes bandas de frecuencia, generalmente en resolución de octava (por ejemplo, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, 2000 Hz, 4000 Hz) en la Tabla 1.

Conociendo los materiales presentes en una sala y sus coeficientes de absorción en diferentes frecuencias, podemos predecir cómo sonará la sala en cada rango espectral. Además, utilizando fórmulas como la de Sabine, podemos calcular el tiempo de reverberación (T60) de la sala por frecuencias, un parámetro fundamental para evaluar su acústica.

La Necesidad de Materiales Absorbentes en Acústica

Los materiales de construcción convencionales y los revestimientos tienen propiedades absorbentes muy diversas. En muchos casos, especialmente en salas de espectáculos, estudios de grabación, salas de control y aulas, es necesario realizar tratamientos acústicos específicos para optimizar las condiciones sonoras. Esto se logra mediante el uso de materiales absorbentes acústicos, diseñados específicamente para tener una alta capacidad de absorción sonora en las frecuencias deseadas. El objetivo principal es controlar la reverberación, reducir las reflexiones tempranas que pueden emborronar el sonido y minimizar los problemas de las salas pequeñas.

Tipos Comunes de Materiales Absorbentes

Existe una amplia variedad de materiales absorbentes acústicos, cada uno con sus propias características, ventajas y desventajas:

1. Lana de Vidrio (Fibra de Vidrio):

• Descripción: Un material fibroso y poroso, disponible en forma de fieltro (mantas flexibles) y paneles rígidos.

• Absorción: Generalmente ofrece una absorción muy alta, especialmente en frecuencias medias y altas. La absorción aumenta con el espesor y la densidad del material.

• Consideraciones: Requiere ser protegida del ambiente acústico mediante paneles protectores, típicamente planchas perforadas de Eucatex u otros materiales celulósicos. Esto tiene dos propósitos: proteger la lana de vidrio de daños y evitar la liberación de partículas que pueden ser irritantes para la piel y peligrosas si se inhalan. Es importante destacar que las planchas perforadas delgadas aplicadas directamente sobre la pared tienen una absorción limitada; su efectividad aumenta cuando se utilizan como recubrimiento para materiales absorbentes más densos como la lana de vidrio, actuando como un resonador de Helmholtz en ciertas frecuencias si se diseña adecuadamente.

2. Espumas Acústicas (Poliuretano, Melamina):

• Descripción: Materiales poliméricos porosos que a menudo se fabrican con superficies perfiladas, como las cuñas anecoicas (Figura 1a).

• Absorción: La estructura superficial de las cuñas anecoicas actúa como una "trampa de sonido" (Figura 1b). Las ondas sonoras que inciden en la superficie se reflejan múltiples veces dentro de la estructura de la cuña y en las cuñas adyacentes, aumentando significativamente la superficie efectiva de absorción (hasta tres veces o más). Son muy efectivas en frecuencias medias y altas.

• Consideraciones: Las espumas de melamina son inherentemente ignífugas, lo que las hace preferibles en algunas aplicaciones. La efectividad de las espumas depende de su espesor y la complejidad de su perfilado.

Figura 1a. Una muestra de material absorbente a base de espumas puliuretánicas con terminación superficial en cuñas anecoicas. Figura 1b. Mecanismo por el cual las cuñas anecoicas logran gran absorción sonora.

3. Plafones Fonoabsorbentes para Cielorrasos:

• Descripción: Paneles acústicos diseñados para instalarse en cielorrasos, basados en fibras minerales (basalto), fibra de vidrio, fibras celulósicas, corcho, etc. Vienen con diversas terminaciones superficiales estéticas.

• Absorción: Generalmente se instalan suspendidos mediante bastidores a cierta distancia de la losa del techo. Cuanto mayor sea la separación (plenum), mejor será la absorción, especialmente en frecuencias bajas, ya que el espacio hueco actúa como un resonador. La absorción se puede mejorar aún más intercalando lana de vidrio en el plenum.

4. Materiales Granulares y Porosos (Lana de Roca, Celulosa Proyectada):

• Descripción: Materiales fibrosos o granulares con una estructura porosa abierta que disipa la energía sonora por fricción interna. La celulosa proyectada se aplica directamente sobre las superficies.

• Absorción: Ofrecen una buena absorción en un amplio rango de frecuencias, dependiendo del espesor y la densidad de la capa aplicada.

Advertencias Importantes sobre Materiales Inadecuados

Es fundamental desmitificar algunas creencias erróneas sobre materiales y su capacidad de absorción acústica:

• Poliestireno Expandido (Telgopor): Si bien es un excelente aislante térmico, el poliestireno expandido tiene características acústicas muy pobres. Su estructura de celdas cerradas dificulta la absorción del sonido y tiende a reflejarlo. No debe utilizarse en aplicaciones donde la absorción o el aislamiento acústico son importantes.

• Cajas de Huevos: La práctica común de recubrir cielorrasos con cajas de huevos no es efectiva como tratamiento absorbente de sonido. Carecen de la porosidad y el volumen necesarios para disipar la energía sonora de manera significativa. La similitud visual con las cuñas anecoicas es engañosa; su mecanismo de absorción es completamente diferente. No son recomendables para ninguna aplicación acústica seria.

Tratamiento Acústico de Pisos (suelos)

El tratamiento de pisos se realiza comúnmente con alfombras. Su efectividad aumenta significativamente cuando se colocan sobre bajo alfombras porosos hechos de fibra vegetal (arpillera, yute) o poliéster, ya que estos materiales adicionales contribuyen a la absorción. El beneficio de las alfombras no se limita a la absorción sonora; también atenúan los ruidos de impacto, como pisadas o la caída de objetos, y reducen el ruido de arrastre (por ejemplo, de cables). A igualdad de estructura, una alfombra más gruesa ofrecerá mayor absorción. El tipo de fibra (lana, nylon, sintéticas) tiene un impacto menor en el coeficiente de absorción en comparación con el espesor y la densidad.

Cortinados como Absorbentes Sonoros

Los cortinados pueden ser aprovechados como elementos absorbentes, especialmente cuando forman parte del diseño arquitectónico. Varios factores influyen en su efectividad:

• Separación de la Pared: A mayor distancia entre la cortina y la pared, mejor será la absorción, especialmente en frecuencias bajas. El espacio detrás de la cortina actúa como un resonador.

• Porosidad: Una cortina de tela densa pero porosa (que permite el paso del aire a través de sus fibras) será más absorbente que una cortina plástica impermeable, que principalmente reflejará el sonido.

• Tipo de Tejido: Telas gruesas como el terciopelo y materiales con texturas pesadas tienden a ser más absorbentes.

• Plegado o Fruncido: El drapeado o plegado de la cortina aumenta significativamente su superficie efectiva, lo que a su vez incrementa su coeficiente de absorción. Una cortina fruncida al 50% (es decir, el ancho de la cortina estirada es el doble del ancho que ocupa colgada) puede casi duplicar su capacidad de absorción.

Una aplicación práctica de las cortinas es la obtención de una acústica variable. Al colocar una cortina absorbente frente a una pared reflectora y permitir su apertura y cierre, se puede modificar la absorción total de la sala, adaptándola a diferentes usos (por ejemplo, una sala de usos múltiples que necesita ser más viva para presentaciones habladas y más amortiguada para conciertos).

Coeficientes de Absorción de Materiales Comunes

Tabla 1. Esta tabla ilustra claramente cómo el coeficiente de absorción de un mismo material puede variar drásticamente con la frecuencia. Por ejemplo, una alfombra sobre hormigón tiene una absorción muy baja en bajas frecuencias (125 Hz) pero una absorción significativa en altas frecuencias (4000 Hz).

Materiales Acústicos Controlados

Hoy en día, el mercado ofrece una amplia gama de materiales de construcción y revestimiento específicamente diseñados para el control acústico. Estos materiales proporcionan coeficientes de absorción notables en rangos de frecuencia específicos. La combinación estratégica de estos materiales permite a los diseñadores acústicos lograr una absorción equilibrada en todo el espectro audible, lo que es crucial para evitar la "coloración musical", un fenómeno que altera el balance tonal original de la música y resulta molesto para la escucha crítica.

Tabla 2.

En conclusión, la selección y aplicación adecuada de materiales absorbentes acústicos, basada en la comprensión del coeficiente de absorción y su variación con la frecuencia, es esencial para crear espacios sonoros funcionales y agradables, ya sea para la palabra hablada, la interpretación musical o la escucha crítica.