Jorge Rozas
ACONDICIONAMIENTO
ACUSTICO
UNA GUIA PARA EL HOMESTUDIO
Copyright © 2014 por Jorge Rozas. Todos los derechos reservados Publicado en: http://7notasestudio.com
ÍNDICE DE CONTENIDO PARTE I (TEORÍCA) CAPÍTULO 1
Contra el paredón de la teoría CAPÍTULO 2
La reverberación y su utilidad CAPÍTULO 3
La absorción acústica CAPÍTULO 4
Principales problemas acústicos CAPÍTULO 5
Aprendiendo a medir PARTE II (PRÁCTICA) CAPÍTULO 6
Paneles absorbentes CAPÍTULO 7
Trampa de bajos (superchunk) CAPÍTULO 8
Ejemplo de un tratamiento integral
Introducción Si estás leyendo esto es probable que te hayas dado cuenta que los resultados de tus producciones musicales están muy influenciados por la percepción que tenés de los mismos. Es probable que incluso estes al tanto de algunos rudimentos básicos de acondicionamiento acústico y tengas ganas de lanzarte a hacerle un tratamiento a tu sala. Este e-book pretende dar un paseo por la teoría básica de la acústica, necesaria para entender y hacer un tratamiento casero bien hecho. Es importante aclarar que si bien hicimos esta guía con mucho esfuerzo y pasión no podemos asegurar los resultados ni tenemos responsabilidad alguna por la aplicación de lo que aquí se expone. La aplicación de los tratamientos aquí descritos quedan a discreción del lector. Otro punto a aclarar es que esta guía trata de acondicionamiento acústico y no de insonorización que son dos cosas muy distintas. La insonorización es muy difícil de lograr con un bajo presupuesto y por eso decidimos no mencionarla en esta guía. Habiendo dicho esto, los invito a leer y a resolver de una vez por todas todos esos problemas acústicos que no te dejan dormir. Ing. Jorge Rozas 7 Notas Estudio
1
CONTRA EL PAREDÓN DE LA TEORÍA
En el mundo del audio, como en muchos otros rubros, somos constantemente bombardeados con publicidad y ofertas de productos que aseguran poder cambiarnos la vida o hacer que nuestras producciones musicales den un salto de calidad. La realidad es que los equipos por si solos son solo una parte de la ecuación, saber usarlos es más importante que tenerlos y la percepción que tenemos de los resultados es también una parte esencial del proceso. ¿Qué significa esto? Que cuando estamos grabando una fuente, las características del recinto en que la estamos grabando quedan también impresas en la grabación, y desafortunadamente no son posibles de arreglar una vez fue hecha la grabación. Es por eso que es vital un adecuado tratamiento acústico a la hora de grabar y también de escuchar o monitorear nuestras grabaciones. Esta guía pretende orientar e introducir al lector en el mundo de la acústica y específicamente en el tratamiento acústico interior de salas. En la misma aprenderemos de manera simplificada el tratamiento básico para mejorar el desempeño acústico de una sala de grabaciones o de nuestra sala de control. Abordaremos los fundamentos del sonido: la reflexión, difracción,difusión, absorción en altas y bajas frecuencias y reverberación entre otros conceptos.
Además expondremos algunos de los principales problemas con los que nos enfrentamos en nuestra búsqueda por un buen desempeño acústico. Entre ellos: los ecos flotantes, el comb filtering y los modos normales de vibración. Teoría: Ese dolor de cabeza Entendemos tu situación: estuvimos en tu lugar y sabemos lo difícil que es absorber conceptos aburridos de teoría pura y menos si se trata de acústica, que suele ser aún más aburrida que el promedio de las ya aburridas ciencias. Sin embargo, como anunciamos en el artículo la única forma de hacer un trabajo decente es entender por lo menos algo de la teoría acústica. Por esta razón decidimos incluir la parte básica de la teoría acústica en esta guía de manera de facilitar el entendimiento del por qué de algunas cosas. Empecemos por entender el fenómeno del sonido: ¿Qué es el sonido? El sonido es un fenómeno provocado por el movimiento de las partículas de aire que chocan entre sí y se mueven hacia adelante y hacia atrás de su posición de equilibrio. Este movimiento se propaga en todas las direcciones como si fuera una esfera y avanza desde la fuente hacia adelante. La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura ambiente de 20ºC) es de 344 m/s (metros por segundo) aproximadamente. La misma cambia si cambia la temperatura o presión atmosférica. Cuando las partículas del aire chocan se genera una compresión del aire, un montón de partículas se amontonan, y cuando se separan se crea una rarefacción, partículas separadas y dispersas. Esto es muy importante ya que el sonido tiene dos componentes en su propagación: la velocidad y la presión; cuando hay máxima velocidad hay mínima presión y viceversa. Por ejemplo el sonido al llegar a una pared dentro de una habitación tiene máxima presión y mínima velocidad, en otros puntos de la habitación tiene estados intermedios.
Frecuencia: El sonido es un fenómeno periódico (se repite cíclicamente), por lo tanto tiene una frecuencia que es la cantidad de veces que se repite por segundo y se mide en Hertz (Hz). El tiempo que demora en cumplir un ciclo se denomina periodo y es el inverso de la frecuencia (1/f ). Por otro lado el tamaño de un periodo completo de una cierta onda se llama longitud de onda (λ) .Esto es muy importante ya que el sonido se comporta distinto de acuerdo a su longitud de onda, por lo tanto de acuerdo a la frecuencia que estemos hablando. El ser humano tiene un rango de audición que va desde los 20 Hz a los 20.000 Hz (20 kHz), y es en este rango que tiene que actuar el tratamiento acústico. Para tener una idea de los tamaños de las ondas a 20 Hz la longitud de onda es de 17.2 metros aproximadamente mientras que a una frecuencia de 20 kHz es de 1.72 centímetros. Esta es una diferencia muy importante y de este punto provienen muchos de los problemas al momento de hacer el tratamiento. La expresión que relaciona la longitud de onda con la frecuencia y la velocidad del sonido es
Donde λ: Lambda es la longitud de onda en metros (m). v: Es la velocidad del sonido en metros por segundo (m/s), en el aire y a una temperatura ambiente de 20 ºC es de aproximadamente 344 (m/s). f : Frecuencia en Hertz (1/s). Para el ejemplo anterior veamos cómo se calcula la longitud de onda
Pensémoslo así, si el sonido recorre 344 metros cada segundo y la frecuencia mide la cantidad de ciclos que la onda “recorre” por segundo cada ciclo ocupa una cantidad de metros proporcional. En otras palabras la principal problemática se presenta por la enorme diferencia de tamaño de las ondas en el rango audible por el ser humano. Al ser de distinto tamaño se comportan de manera distinta. Reflexión Es el fenómeno que ocurre cuando el sonido llega hasta una superficie o barrera ante la cual parte de la energía sonora se absorbe, parte se transmite al otro lado de la pared y parte regresa por donde llegó primeramente, a esto último se lo denomina reflexión. Dependiendo de la frecuencia el sonido se puede comportar de manera similar a la luz, es decir por ejemplo se refleja con el mismo ángulo de incidencia. Muy similar a lo que pasa cuando vemos una luz en un espejo y si la apuntamos de frente observamos un punto (ya que la luz incide y se refleja con el mismo ángulo). La mayoría de las habitaciones de nuestras casas son cúbicas o rectangulares además cuentan con superficies poco absorbentes. Por tanto, el sonido se refleja entre dos paredes paralelas creando ecos molestos llamados ecos flotantes, que tienen una característica sonora metálica desagradable. Por ejemplo cuando al aplaudir hacia las esquinas en una habitación cúbica pequeña, oímos un eco metálico. Hay que pensar que los recintos tienen seis superficies (2 paredes frontales, 2 paredes laterales, piso y techo) en las que el sonido puede reflejarse, por lo tanto hay que tener en cuenta esto para intentar tratarlas a todas. Un tipo de superficie muy problemática es la que tiene forma cóncava, ya que tiende a focalizar el sonido, todo el sonido que llega a ellas se refleja hacia un lugar de concentración llamado foco. En lo posible tenemos que evitar este tipo de superficies. Por otro lado las superficies convexas tienden a dispersar en múltiples direcciones el sonido incidente por lo tanto ayudan a mejorar la distribución del sonido en el recinto y son preferibles.
Imagen: Ejemplo de la reflexión del sonido, vemos el comportamiento especular del sonido. Fuente: http://estudiarsonido.wordpress.com/
Es importante recalcar que el término rebotar no debe usarse para referirse a este fenómeno y en su lugar hay que usar el término reflejar.
Imagen: Reflexión del sonido en superficies de distinto material. A la izquierda el sonido incide sobre un material absorbente y la reflexión tiene menor energía que la onda incidente. Al medio la superficie es reflectante y el sonido se refleja con prácticamente la misma energía. Finalmente a la derecha el sonido incide sobre una superficie difusora y se refleja en múltiples direcciones.
Imagen: Ejemplo de superficie cóncava y la focalización del sonido.
Imagen: Ejemplo de superficie cónvexa y el comportamiento del sonido
Difracción: Es la capacidad que tiene el sonido de rodear obstáculos cuando se encuentra con ellos. Si el sonido encuentra una barrera en su camino de propagación, tenderá a rodear el obstáculo dependiendo si la longitud de onda es suficiente para hacerlo. Esto quiere decir que las frecuencias agudas tienden mucho más a reflejarse que a rodear el obstáculo, salvo que este sea muy pequeño. Lo contrario sucede con las frecuencias graves, ya que al ser de un tamaño muy grande tienden a rodear obstáculos con facilidad. Por este motivo es que muchas veces cuando escuchamos música que pone el vecino del piso inferior solo escuchamos los bajos, frecuencias con mayor longitud de onda que pueden encontrar la manera de rodear los obstáculos, no así los agudos que son de mucho menor tamaño y por lo general se ven reflejadas.
Imagen: Ejemplo de difracción, al existir un obstáculo (orificio) el sonido puede atravesarlo y se vuelve a generar un nuevo frente de onda.
Difusión: Es una propiedad del sonido que habla de la distribución homogénea del mismo dentro de una sala. Para lograr tal distribución se usan superficies con irregularidades en su forma o dispositivos diseñados para tal fin llamados difusores. La distribución o difusión se ha logrado históricamente en salas de concierto por el uso intensivo de ornamentación tanto en paredes como en columnas y en el tipo de construcción artesanal que tiene irregularidades en su terminación. Cuando el hombre mejoró sus técnicas constructivas se optó por recintos mucho más sobrios y de ornamentación más simple, por ejemplo salas rectangulares con paredes lisas Si sumamos esto al perfeccionamiento en la construcción de superficies lisas, tenemos salas con poca difusión y que tienden a tener una gran cantidad de reflexiones especulares que causan alteraciones en el timbre de la señal por el efecto peine, explicado más adelante. No todo lo que brilla es oro Una de las primeras cosas a establecer es ¿Qué tipo de superficies son difusoras?. Con esto nos referimos a que hay mucha información dando vuelta sobre dispositivos que dicen ser difusores pero no lo son del todo. No todas las superficies irregulares son difusoras ya que es necesario que se distribuya la energía espacialmente, es decir que las reflexiones pasen de ser especulares a distribuirse en múltiples direcciones. Además, es necesario que exista una dispersión temporal del sonido para lograr que el sonido reflejado al sumarse con el incidente no cause cambios en el timbre. Es decir de nada sirve que un elemento distribuya espacialmente el sonido si la energía reflejada tiene muy poca o ninguna diferencia en fase con la original ya que al combinarse los problemas del tipo efecto peine permanecerán.
Imagen: Vista de los tres elementos principales usados en tratamientos acústicos y su efecto sobre el sonido tanto en el nivel como espacialmente. En la parte inferior de la imagen se ve el efecto de un difusor QRD que refleja el sonido en múltiples direcciones.
2
LA REVERBERACIÓN Y SU UTILIDAD Seguimos hablando de la teoría acústica aunque debido a su importancia vamos hablar de la reverberación en un capítulo aparte. Reverberación: Es un fenómeno que ocurre en recintos cerrados, en especial con superficies poco absorbentes o reflectantes, cuando una fuente sonora emite sonido y este se refleja en las superficies múltiples veces y en un periodo corto de tiempo. La reverberación se define formalmente como el tiempo que toma al sonido después de emitido en decaer 60 dB que es el equivalente a hacerse inaudible. Se produce por la incapacidad del cerebro de distinguir entre reflexiones muy juntas entre sí, por lo tanto el sonido se toma como una suma de todas las reflexiones. Para entender la reverberación pensemos en el comportamiento del sonido una iglesia de gran tamaño. La voz o la música se escuchan de una manera muy particular en este tipo de salas porque además de la fuente sonora pura o el sonido directo, escuchamos también todas las reflexiones que aporta la sala. Esto nos da la sensación de que el sonido emitido por la fuente duró una mayor cantidad de tiempo de lo que en realidad duró. La reverberación es uno de los parámetros más importantes para el diseño y tratamiento de salas, ya que la misma afecta directamente la inteligibilidad de la música o voz.
Existen ciertos estilos de música que necesitan de un cierto tiempo de reverberación, como la música clásica, y otros en los que es mejor que la reverberación esté controlada o sea muy corta. La reverberación de una sala depende del volumen en metros cúbicos (m3) de la sala y de la absorción total de las superficies que la componen. Mientras menor sea la absorción de las superficies más se refleja el sonido y por tanto hay más reverberación. Lo mismo se puede decir del tamaño de la sala mientras mayor sea más reverberación habrá. En la imagen vemos que la reflexión se compone de varios elementos
Imagen: Vista del fenómeno de la reverberación en la que las primeras barras representan las reflexiones tempranas y el triángulo azul representa el decaimiento o reverberación propiamente dicho.
El parámetro que nos permite cuantificar la reverberación se denomina tiempo de reverberación o T60 y es mediante el cálculo del mismo que podemos determinar el tratamiento acústico necesario para nuestra sala. Pensemos por ejemplo que si tenemos un gran tiempo de reverberación en las frecuencias graves, cuando nuestros parlantes reproduzcan un sonido en esas frecuencias nuestro cerebro nos engaña haciéndonos creer que el sonido original se sostuvo en el tiempo mostrándonos una mezcla embarrada que tendrá que ser compensada en otras frecuencias.
Calcular el tiempo de reverberación de una sala: ¿Por qué tengo que calcular el tiempo de reverberación de mi sala? Como veremos más adelante, el tratamiento acústico de nuestra sala va a depender directamente del tiempo de reverberación de la misma y por ello debemos calcularlo específicamente de acuerdo a nuestras condiciones para determinar que tipo de tratamiento acústico nos conviene. Para calcular el tiempo de reverberación tenemos: La ecuación para calcular el tiempo de reverberación (Sabine)
Donde: RT60 : Tiempo de reverberación, (segundos). V: Volumen del recinto, (m3). A: Absorción total del recinto, (sabins) . Como podemos ver el tiempo de reverberación depende directamente del volumen de nuestra habitación y del material con el que está construida o el revestimiento de la misma. Procedamos a calcular entonces el tiempo de reverberación para un recinto que consideramos estándar a manera de ejemplo. Calculando RT Calculamos a manera de ejemplo el RT60 de una habitación de 4m (largo) x 3m (ancho) x 2.7m (alto). Haremos un primer cálculo de la habitación con todas las superficies de concreto pintado y un piso de concreto. Este ejemplo no necesariamente representa los materiales con los que está construida tu sala. Más adelante mostramos cómo calcular el RT para salas con distintos materiales de construcción.
Imagen: Vista de sala de concreto con sus respectivas superficies. No se tomaron en cuenta la puerta ni la ventana.
Ejemplo 1 Lo que haremos primeramente será determinar las superficies (S) que componen nuestra habitación. Una superficie se calcula multiplicando el largo por el ancho que compone sus caras. Al ser un rectángulo tenemos 6 superficies de las cuales el piso tiene la misma superficie que el techo, la pared trasera tiene la misma superficie que la frontal y lo mismo sucede con las paredes laterales. Por lo tanto: S1 = S2 Entonces S1= 4 x 3 = 12 S1+S2 =12 x 2 = 24 m2 S3 = S4 Entonces S1= 4 x 2.7 = 10.8 S3+S4= 10.8 x 2 = 21.6 m2 S5 = S6 Entonces S5= 3 x 2.7 = 8.1 S5+S6= 8.1 x 2 = 16.2 m2 Tenemos entonces que las superficies S1 + S2 dan un total de 24 m2.Aplicamos el mismo cálculo para S3 y S4, dándonos en total una sumatoria de 21.6 m2 y de 16.2m2 para S5+S6.
Una vez tenemos las superficies calculadas procedemos a buscar los coeficientes de absorción para los materiales de nuestra habitación. El concepto de absorción es explicado más adelante, por el momento solamente necesitamos conocer los coeficientes para hacer el cálculo del tiempo de reverberación. En este caso es una habitación de paredes de concreto y piso de concreto. Veamos la tabla 1:
Tabla I: Coeficientes de absorción de habitación vacía.
Como vemos en la tabla el coeficiente de absorción no es igual para todas las frecuencias y por ende el tiempo de reverberación varía en función de la frecuencia. Por esta razón lo que hacemos es calcular el tiempo de reverberación en algunas frecuencias: Partimos de 125 Hz y vamos por múltiplos de 2 (1 octava) hasta 4 kHz. Para calcular el tiempo de reverberación que es lo que nos interesa necesitamos calcular la absorción total en primer lugar. Para ello necesitamos sumar la absorción de los materiales (piso de concreto + concreto). La absorción de cada uno de ellos se calcula multiplicando la superficie por el coeficiente de absorción. Por ejemplo: Para 125Hz tenemos que el coeficiente de absorción α es 0.1 para el concreto y 0.01 para el piso de concreto. Multiplicamos entonces la superficie de concreto (49.8 m2) por el coeficiente de absorción para el concreto (0.1) y lo sumamos con lo que obtenemos de multiplicar la superficie del piso de concreto (12 m2) por el coeficiente de absorción para el piso de concreto (0.01).
Entonces: Sα (concreto) = 49.8m2 * 0.1 = 4.98 (Sabines por m2) Sα (piso de concreto) = 12 m2 * 0.01 = 1.2 (Sabines por m2) Sumando 4.98 + 0.12 nos da un total de 5.1 y esa es la absorción que vamos a usar en la ecuación para calcular el tiempo de reverberación de Sabine. Para elaborar la tabla de abajo lo único que se hizo fue repetir el cálculo para las demás frecuencias. Si quieren ahorrarse un poco de trabajo usen las fórmulas en las hojas de cálculos. Al calcular el tiempo de reverberación RT60 en esta habitación veremos que en general es bastante alto: es mayor a 1 segundo en todas las bandas de frecuencia y esto ocurre debido a que el concreto es un material poco absorbente acústico, en especial en bajas frecuencias. Este hecho se ve reflejado en el RT60 a 250 Hz, 2 segundos.
Tabla I: Absorción total de las superficies y tiempo de reverberación.
Ejemplo 2: Pasemos a otro ejemplo de una habitación con las mismas dimensiones pero con el piso alfombrado y cortinas en dos de sus paredes, veamos lo que sucede:
Imagen: Ejemplo de sala con cortinas en las paredes y alfombra en el piso.
Procedemos a calcular las superficies de la misma manera que en el ejemplo uno, como cambiamos los materiales las superficies son iguales. S1 = S2 Entonces S1= 4 x 3 = 12
S1+S2 =12 x 2 = 24 m2
S3 = S4 Entonces S1= 4 x 2.7 = 10.8 S3+S4= 10.8 x 2 = 21.6 m2 S5 = S6 Entonces S5= 3 x 2.7 = 8.1
S5+S6= 8.1 x 2 = 16.2 m2
En este caso la alfombra ocupa una superficie de 12 m2 y las cortinas una superficie total de 21,6 m2. El resto de la habitación se mantiene igual que en el primer ejemplo.
Tabla III: Coeficiente de absorción de materiales ejemplo 2.
Tabla IV: Absorción total de las superficies y tiempo de reverberación.
En este caso vemos que debido a que usamos cortinas y alfombras las mismas absorbieron gran parte de las medias y altas frecuencias, desde 2 kHz en adelante, con un promedio de tiempo de reverberación de 0.2 segundos. Por otro lado las frecuencias graves fueron poco absorbidas (0.9 segundos de tiempo de reverberación a 125 Hz), esto va a provocar que si mezclamos en un lugar así escuchemos todo con muchos graves (que en realidad son debidos a la sala) y compensemos aumentando agudos lo que haría que nuestras mezclas tengan demasiados agudos y por ende terminen sonando distinto de acuerdo al medio en el que las reproduzcamos. Por este motivo no es recomendable alfombrar los pisos o usar cortinas en general como único método de tratamiento acústico.
Si quieren calcular el tiempo de reverberación para los materiales con los que está construida su sala lo único que tienen que hacer es buscar los coeficientes de absorción necesarios en fuentes como esta: http://www.farq.edu.uy/joomla/images/stories/acustico/Tablas/Tablas%20de%20Absorcion.pdf O haciendo una búsqueda de “Coeficientes de absorción de materiales de construcción). Con los coeficientes de absorción a mano los cálculos son exactamente iguales.
3
LA ABSORCIÓN ACÚSTICA Es la propiedad por la cual un material transforma la energía acústica en energía calórica. Cuando el sonido incide sobre una superficie parte de la energía se disipa en forma de calor, otra parte se refleja y otra se transmite hacia el otro lado. Existen dos tipos de absortores o mecanismos de absorción: los materiales porosos, los absortores por resonancia (de panel o Hemholtz). El tratamiento acústico interior de salas por lo general hace uso de una combinación de las dos formas de absorción. Se usan los materiales absorbentes en forma de paneles para cubrir la absorción necesaria en medias-altas frecuencias y por otro lado se usan resonadores de panel o Helmholtz para cubrir las bajas frecuencias.
Tabla V: Absorción con la frecuencia de distintos materiales sobre pared.
Tipos de materiales absorbentes: a) Materiales Porosos: Son aquellos que tienen una superficie rugosa y obligan al sonido incidente a tomar diversos caminos dentro del material donde mediante mecanismos de fricción dentro del mismo se produce una resistencia al flujo de las partículas de aire en movimiento. Esta fricción es la que transforma el sonido en calor y produce la absorción. Este tipo de materiales tiende a absorber mejor las frecuencias medias- altas ya que su mecanismo de absorción se basa en la velocidad. Mientras aumenta la frecuencia aumentan la cantidad de veces que el sonido pasa por un máximo y mínimo de presión. Recordemos que en las frecuencias altas la longitud de onda es mucho más chica y por ende las ondas viajan mucho más rápido. Esto quiere decir que mientras más componente de velocidad haya mayor absorción habrá por parte del material. Como mencionamos al comienzo cuando el sonido llega a una barrera (ej. pared) tiene un máximo de presión y al mismo tiempo minimo en su componente de velocidad. Es por esto que en muchas ocasiones vemos los paneles absorbentes espaciados de las paredes ya que se busca con esto un punto de mayor velocidad para lograr más eficiencia en el material, a cambio de la pérdida de espacio físico. Absorción en bajas frecuencias La teoría dice que el máximo de velocidad para una frecuencia dada está en el cuarto de la longitud de onda (1/4 ), por ejemplo para una frecuencia de 100 Hz, el cuarto de longitud de onda es en 0.86 metros.
Por tanto para que un material poroso sea eficiente a esta frecuencia hay que espaciar el dispositivo de la pared por 0.86 metros. Es este el motivo por el cual a veces vemos paneles colgados del techo separados por una cierta distancia, para mejorar la absorción del material en bajas frecuencias. Si bien el separar a 1/4 la longitud de onda da como resultado máxima absorción del material a dicha frecuencia se pueden lograr resultados muy buenos a menores distancias de separación. Para que el material absorba aproximadamente en un 50-60% de su capacidad es necesario seguir la siguiente expresión
Es decir:
Donde: d: Distancia del material absorbente a la pared. ƒc: Frecuencia a la que se quiere absorber.
Si no se tiene el espacio suficiente para la absorción a 1/4 de la longitud de onda, esta es una buena opción. Por ejemplo para absorber a 100 Hz : d= 10/100= 0.1 (metros) o 10 cm. En otras palabras si separamos el material absorbente 10 cm de la pared vamos a tener aproximadamente 50-60% de eficiencia para 100 Hz. Lo cual es bastante útil. Otros materiales: Tanto las cortinas como las alfombras tienden a absorber hacia las frecuencias agudas principalmente, lo que ocasiona que al colocar mucho de cualquiera de estos dos materiales se obtenga una sala con demasiada absorción en agudos en comparación con las bajas frecuencias. Por este motivo no es recomendable usar alfombras o cortinas en tratamientos en los que busquemos que la absorción esté balanceada respecto a la frecuencia.
Tabla VI: Absorción en la frecuencia de materiales porosos, sobre pared.
Tabla VI: Absorción en la frecuencia de materiales porosos, espaciados a 40 cm de pared. (E-4004).
Si bien en la tabla presentada las densidades son distintas, aún cuando la densidad fuese la misma el coeficiente aumentaría y por ende necesitariamos menos material para llegar a la misma cantidad de absorción. b) Absortores selectivos en frecuencia (Resonadores) Además de los materiales absorbentes existen técnicas constructivas y configuraciones que aprovechan el fenómeno de las resonancias para absorber bajas frecuencias esencialmente. Estos dispositivos llevan el nombre de resonadores y existen en diversas configuraciones. La idea básica consiste en la creación de un sistema resonante del tipo masa-resorte. Un ejemplo de este tipo de sistema se observa cuando colgamos una masa de un resorte, si la estiramos y logramos una vibración con la frecuencia de resonancia del resorte, el sistema tiende a seguir en movimiento. Si alguna vez soplaron en una botella a medio llenar o vacía habrán notado que se escucha un sonido de bajas frecuencias. Este sonido es la resonancia que se genera por el aire que contiene la botella y la masa de aire que se forma en el cuello de la misma. La frecuencia que escuchemos será más baja mientras más vacía este la botella o sea de dimensiones más grandes. El fenómeno ocurre porque el aire tiene una cierta elasticidad y al estar encerrado en un volumen actúa como un resorte.
Al mismo tiempo el cuello de la botella desplaza una cierta cantidad de aire, y por ello actúa como una masa que al soplar forma un sistema masa-resorte como el antes mencionado. Absortor de panel diafragmático En la práctica se usan derivaciones de la técnica masa-resorte, como por ejemplo el uso de un panel de algún material fijo, con un volumen de aire detrás del mismo. El panel actúa como la masa y el volumen de aire contenido en el espacio como resorte. Para entender de manera más práctica lo que hace un resonador pensemos en él como una especie de caja negra que absorbe la energía excedente de las frecuencias en las que nuestra sala también “resuena”. Veámoslo de otra manera: Tenemos una sala que tiene un énfasis particular en 250 Hz esto implica que la sala nos va a “mentir” mostrándonos más información en esa frecuencia cuando escuchemos algo por nuestros monitores. Entonces lo que necesitamos es un resonador sintonizado a esa frecuencia para que absorba la energía que “sobra”. La frecuencia de resonancia en este tipo de resonador va a depender de la masa superficial del panel y del volumen de aire contenido. Además se usan por lo general materiales porosos al interior de estos volúmenes cerrados para aumentar el ancho de banda de la absorción del dispositivo, es decir que absorban un conjunto de frecuencias. En nuestro caso vamos a usar como material absorbente la lana de vidrio. Expresión para calcular la frecuencia de resonancia de un absortor diafragmático:
Donde: ƒ0: Frecuencia de resonancia, en (Hz). m: Densidad superficial del panel, en (kg/m2). d: Separación del panel, en (m).
Imagen: Vista en corte de un resonador diafragmático de panel, también conocido como resonador de membrana, para esquina relleno parcialmente de lana de vidrio .
Para calcular la frecuencia de resonancia usando la fórmula necesitamos conocer la densidad superficial del material. Para ello podemos pesar 1 m2 de nuestro material, la tapa de madera en nuestro caso. Ese peso es la densidad superficial, porque usamos 1 metro cuadrado. La otra opción es acudir a las tablas para buscar la densidad superficial del material.
Imagen: Vista lateral del resonador de panel o diafragmático terminado.
Resonadores de Helmholtz Llevan su nombre en honor al físico Hermann Von Helmholtz, son otro tipo de dispositivo que funcionan bajo el principio de resonancia o sistema masa-resorte, como en el ejemplo de la botella dado con anterioridad. Se usan para controlar o mejorar los problemas en bajas frecuencias de las salas, tanto este tipo de absortores como los de panel para ser efectivos necesitan ser colocados en lugares de máxima presión es decir en las paredes o donde se juntan dos o tres paredes como en una esquina.
Una derivación de los mismos es el resonador acoplado que funciona empleando múltiples orificios de igual diámetro en un volumen fijo, esto funciona como un conjunto de resonadores actuando al mismo tiempo. Por otro lado los resonadores se pueden diseñar para que funcionen en un frecuencia / rango de frecuencias variando el diámetro de los orificios o la cantidad de los mismos. Otra derivación de este principio son los resonadores del tipo slat, que funcionan bajo el mismo principio solo que en vez de orificios tienen unos listones de madera separados por una distancia fija. Expresión para calcular la frecuencia de resonancia de un resonador perforado de Hemholtz:
Donde: ƒ0: Frecuencia de resonancia, Hz. p: Porcentaje de perforación. (Area con orificio / Area del panel)*100 p = 78,5 * (dS)2 (S es la separación entre los orificios) t: largo efectivo del orificio con el factor de corrección aplicado (en pulgadas) t = (grosor del panel) + (0.8)*(diámetro de orificio en pulgadas) d: espacio de aire (en pulgadas) Ejemplo de diseño de un resonador
Imagen: Porcentaje de perforación para orificios equidistantes.
4
LOS PRINCIPALES PROBLEMAS ACÚSTICOS Ecos Flotantes (Flutter echo)
Es un fenómeno que sucede cuando una sala tiene paredes paralelas y poco absorbentes, lo que provoca que el sonido que se genera se refleje múltiples veces de tal manera que persiste en el tiempo y es percibido como un eco. Este fenómeno es muy molesto ya que dificulta la inteligibilidad del mensaje y de la música. Además las reflexiones cambian el timbre del sonido por el efecto peine. La manera de solucionar este problema es evitando las paredes paralelas o bien tratandolas con material absorbente o una combinación de material absorbente y difusores. De esa forma las reflexiones se ven atenuadas lo suficiente como para que el oído no las perciba como eco.
Imagen: Ejemplo de un eco flotante al producirse sonido entre dos paredes paralelas y reflectantes.7
Efecto peine (Comb filtering) Es un fenómeno acústico que se produce cuando se suman dos sonidos iguales pero separados en el tiempo y por lo tanto se generan interferencias constructivas y destructivas
Un ejemplo de cuando se produce este problema es cuando tenemos una fuente dentro de una sala y un micrófono a una distancia de la fuente.El sonido de la fuente recorre la distancia más corta al micrófono primero, pero luego se refleja contra la pared más cercana y llega al micrófono con un pequeño retraso. Recordemos que la velocidad del sonido es de 344 m/s aproximadamente. El retraso hace que la segunda señal esté fuera de fase con la primera y por lo tanto se produzcan superposiciones constructivas y destructivas dependiendo de la distancia recorrida por el sonido debido a las reflexiones. Este problema no es posible de solucionar una vez hayamos grabado el sonido. Tenemos que pensar que a veces no es solo una sola reflexión sino múltiples reflexiones con las distintas paredes del recinto. La manera de solucionar este problema es que las reflexiones de las paredes estén o atenuadas, mediante el uso de absorción, o bien hayan sido distribuidas homogéneamente y con cambios de fase por el uso de difusores. La cantidad de atenuación debe estar cercana a los 10 dB ya que cuando dos sonidos se suman y uno de ellos tiene 10dB menos de nivel la suma es igual al primer sonido únicamente.
Imagen: Vista de la interferencia constructiva y destructiva producida por el efecto peine, el nombre proviene de la forma similar a un peine.8
Modos normales de vibración Son un fenómeno directamente relacionado con las resonancias, que son la capacidad que tiene un cuerpo de vibrar cuando se le aplica una fuerza periódica con un periodo de vibración similar o igual al del cuerpo en cuestión.
La resonancia provoca que el cuerpo vibre con una amplitud en crecimiento y esta vibración puede continuar incluso indeterminadamente. En recintos cerrados existen numerosas frecuencias de resonancia, para las cuales se refuerza la amplitud del sonido, suena más fuerte o se producen cancelaciones y en algunos lugares suena muy despacio. Este fenómeno es especialmente importante en bajas frecuencias, 20500 Hz aproximadamente, ya que determina la respuesta en frecuencia del recinto a estas frecuencias, creando picos y valles en la misma y por lo tanto cambiando la forma en la que escuchamos el sonido dentro de la sala. Además el fenómeno provoca que a las frecuencias de resonancia, exista un mayor tiempo de decaimiento a comparación con el resto de las frecuencias. Las resonancias existen en los tres ejes es decir a lo largo, ancho y alto de un recinto cualquiera. Dependiendo de la cantidad de superficies involucradas en el fenómeno reciben distinto nombre, cuando las resonancias se producen entre dos superficies se llaman axiales.
Imagen: Los distintos tipos de modos normales.
Dado que los modos axiales involucran sólo dos superficies son los que más energía aportan al resultado final. Esto porque los otros tipos de modos normales se reflejan en más superficies y por lo tanto parte de la energía acústica es absorbida por las mismas. Es por eso que si una habitación presenta dimensiones cúbicas, igual tamaño en los tres ejes, las resonancias van a estar ubicadas en las mismas frecuencias y se van a ver reforzadas empeorando el problema.
Imagen: Modos axiales para largo, ancho y alto.
Imagen: Vista del comportamiento de un modo axial del largo dentro de una habitación.
Lo que se busca en el diseño de salas es una distribución lo más homogénea posible de las frecuencias de resonancia, mediante la cuidadosa elección de las dimensiones de la sala. Por ejemplo se busca que no existan resonancias que coincidan en varios ejes y se refuercen. Además se busca que tampoco las resonancias estén demasiado espaciadas entre sí respecto a la frecuencia. En la práctica lo que se percibe debido a este fenómeno son lugares dentro de la sala donde los bajos suenan mucho más fuerte que en otros y lugares en donde no se escuchan estas frecuencias incluso cuando nos movemos unos cuantos centímetros. El otro problema que se produce es que además de sonar más fuerte las frecuencias de resonancia suenan por más tiempo enmascarando otras cosas. Esto puede provocar que los bajos dentro de la sala suenen como si sólo tuvieran una nota.
La expresión para el cálculo de los modos normales en recintos rectangulares:
Donde: L, W, H: Largo, ancho y altura de la habitación, m. p, q, r: Números enteros 0, 1, 2, 3…. c: Velocidad del sonido 344 m/s. Los modos normales de primer orden se calculan reemplazando el número 1 en p, q o r. Los modos de segundo orden se calculan reemplazando el número 2 y así sucesivamente. Por otro lado los modos axiales se calculan reemplazando un solo término de la ecuación, por ejemplo (1, 0, 0) o (0, 0, 3), etc. Los modos tangenciales se calculan reemplazando dos términos en la ecuación por ejemplo: (1, 1, 0) o (0, 3, 3), etc. En el caso de los modos oblicuos se reemplazan los 3 términos por ejemplo: (1, 1,1) o (3, 3, 3). Un ejemplo de esto sería: Si reemplazamos p=1, q=0, r=0, los términos de ancho y altura se anulan y tenemos el modo (1, 0, 0) del largo de la habitación.
Del resultado podemos observar que las frecuencias de los modos normales van a depender directamente de las dimensiones de la sala. Los modos axiales para el ancho (0, 1, 0) y alto (0, 0, 1) se calculan de la misma manera, reemplazando el número correspondiente y anulando los términos que sean cero. Lo mismo aplica para los sucesivos modos 2, 3, etc. En nuestro caso puntual no extenderemos demasiado sobre los modos normales de vibración porque estos requieren mayor especificidad. Necesitariamos calcular y medir de acuerdo a las dimensiones y forma de la habitación y no es demasiado práctico para el objetivo de la guía.
5
APRENDIENDO A MEDIR Dejamos un apartado para mostrar herramientas básicas de un programa de medición y cómo podemos usarlas. Para la demostración hemos elegido un programa de descarga gratuita, previa inscripción en el foro Home Theater Shack, llamado R.E.W. Si bien pueden existir programas con funciones similares o mejores, creo que para nuestro caso es una muy buena opción además que es gratuita. Entre las mediciones que se pueden realizar en Room Eq Wizard, esta la respuesta en frecuencia y fase, la respuesta al impulso, el RT60, RT30, RT20 y el análisis en cascada o waterfall, entre otros. Todos las posibilidades de análisis son importantes y cumplen funciones específicas pero nos vamos a centrar en el gráfico de cascada o waterfall principalmente, ya que nos brinda información sobre lo que sucede en las bajas frecuencias. Información importante para saber el comportamiento de nuestra sala en estas frecuencias problemáticas. Equipamiento necesario: • Descargar el programa Room Eq Wizard: Se lo puede conseguir desde este enlace: http://www.roomeqwizard.com/ • Un micrófono de medición: Son micrófonos con respuesta en frecuencia extendida y muy planos,además son generalmente de patrón polar omnidireccional. Un micrófono recomendable por la relación calidad precio es el Behringer ECM 8000. Si nos podemos costear algo de mayor calidad aún mejor. • Interfaz de audio con preamplificador: Se precisa una interfaz de audio con salida de monitores y un preamplificador de micrófono al menos, también es necesario que el preamplificador disponga de Phantom Power.
Procedimiento para medir Una vez abrimos el programa tenemos que ir a la sección de preferencias o Preferences para poder seleccionar los ruteos de la señal. En esta sección podemos escoger el canal de entrada y de salida, la frecuencia de muestreo del programa y la posibilidad de calibrar el sistema. De las anteriores opciones se recomienda mantener las que vienen establecidas de fábrica. Calibración de la tarjeta de sonido/audio La calibración del sistema consiste en tomar en cuenta la respuesta en frecuencia de la interfaz de audio y restarla de la ecuación. Para ello es necesario hacer un loop con una entrada y salida de la interfaz. El loop se hace conectando con un cable la salida con la cual se va a medir, normalmente la derecha, a la entrada con la que se va a medir. Usualmente la derecha también. El programa genera una señal sinusoidal con la que calibra el sistema y luego genera un archivo de calibración que se puede guardar y llamar para futuras mediciones.
Imagen: Vista de las preferencias dentro de R.E.W. En celeste la sección de calibración de la tarjeta de sonido
Medición o measure Para medir tenemos que ir a la pantalla principal y hacer click en Measure, luego aparecerá una nueva pantalla en la que se puede especificar la frecuencia de comienzo de la medición así como el final, entre otras cosas. Recomendamos usar los parámetros de fábrica para las mediciones. Luego tenemos la posibilidad de revisar los niveles, en la sección check levels, tanto del parlante como de la entrada del micrófono. Es importante ajustar los niveles de tal manera que los monitores/ parlantes generen un nivel importante de presión sonora y la entrada de micrófono esté preamplificada con un nivel bueno, sin clipear o distorsionar. El programa avisa cuando el nivel es el adecuado con una señal de “Level is Ok”, el tipo de ruido que genera el programa para revisar los niveles es ruido rosa. Finalmente podemos empezar a medir con el botón start measuring, a continuación lo que deberíamos escuchar es un barrido de frecuencias empezando en las bajas frecuencias y terminando en las altas. Una vez termina el barrido el programa toma unos segundos para calcular la respuesta en frecuencia y nos la muestra en el centro de la pantalla. Se puede navegar entre los distintos modos de mediciones en las pestañas superiores. Como mencionamos antes vamos a centrarnos en la medición del decaimiento visto como cascada o waterfall.
Imagen: Sección measure de R.E.W. En celeste resaltadas las opciones para revisar los niveles de entrada, salida y para comenzar la medición.
Imagen: Vista de la pantalla de R.E.W una vez realizada la medición. En celeste resaltado las pestañas para visualizar los diferente información que se obtiene de la medición. Entre las más importantes están la respuesta en frecuencia y fase, la respuesta al impulso y el gráfico de cascada o waterfall.
Gráfico de decaimiento en el tiempo, cascada o waterfall Para ello es necesario ir a la pestaña waterfall y generar el gráfico en primera instancia, con el botón generate. Una vez generado el gráfico debemos ir hacia controls y escoger un time range de 400 ms y un window de 300 ms. Esto para poder visualizar con más precisión el gráfico. Posteriormente debemos limitar el rango de frecuencias que nos muestra el programa, para ello primero debemos fijarnos cuál fue la parte de la señal con más nivel, especificado en dB y colocar ese valor como top. En el valor bottom debemos colocar el valor máximo -40 dB. Es decir si el valor máximo era 100 dB, el valor mínimo es 60 dB. Tenemos que colocar un márgen izquierdo de frecuencias en left que puede ser 40Hz y en el márgen derecho 500 Hz. Se colocan estos límites ya que el efecto de los modos normales de vibración es hasta aproximadamente 500 Hz.
Imagen: Vista de la pestaña waterfall o gráfico de cascada. En rojo se resalta la pestaña que hay que seleccionar y en verde la opción generate para generar el gráfico.
Imagen:En azul resaltados los controles que nos permiten tomar más o menos tiempo del decaimiento, con la función time y window.
Imagen: En azul resaltado la parte de límites del gráfico tanto en amplitud como en frecuencia. Es importante acotar el gráfico para poder ver con precisión lo que sucede en las bajas frecuencias. Los límites recomendados son desde 40Hz hasta 500Hz en frecuencia y en amplitud el valor que de como resultado al menos 40 dB de diferencia
Imagen: En la imagen se ha desactivado la vista del eje x para facilitar la visualización de las frecuencias problemáticas. Se pueden visualizar moviendo el cursor que aparece en pantalla.en frecuencia y en amplitud el valor que de como resultado al menos 40 dB de diferencia
¿Qué buscar en los gráficos? Lo que tenemos que prestar atención en este tipo de análisis es a las frecuencias que más permanencia en el tiempo tienen, estos son en primera instancia los modos normales más persistentes y problemáticos. Luego debemos observar si hay alguno que sobresalga por tener demasiado nivel respecto del resto. Para tener una mejor perspectiva de las frecuencias que estamos buscando se aconseja quitar la vista del eje x en las preferencias de gráfico. En los gráficos que mostramos aquí podemos observar que hay múltiples frecuencias de resonancias que se observan como picos de montañas y otros tantos valles o depresiones. Lo que se va a buscar al tratar esta región de frecuencias es hacer que las diferencias en cuanto a nivel y a persistencia en el tiempo se emparejen lo más posible. Para tratar un modo normal persistente podemos usar resonadores de panel o Hemholtz sintonizados a la frecuencia problemática.
Imagen: Se resaltan las dos problemáticas que tenemos que buscar. En azul resaltamos una frecuencia especialmente persistente en el tiempo, se observa que sale del gráfico. Por otro lado en celeste resaltamos una frecuencia que tiene mayor amplitud que el resto por lo que va a resaltar también.
Con esto vamos a tener una sala más neutral en respuesta en frecuencia y en decaimiento. Conclusiones mediciones programa R.E.W Si bien los programas de medición acústica como Room Eq Wizard nos permiten evaluar un conjunto de descriptores acústicos tales como la respuesta en frecuencia, la respuesta al impulso, la curva de energía en el tiempo (ETC), la reverberación RT60 y el análisis de gráfico de cascada se recomienda analizar las bajas frecuencias con el gráfico de cascada en primera instancia. Esto ya que las bajas frecuencias son en muchos casos las que mayores problemas representan en una sala, sobre todo si las dimensiones de esta son pequeñas, en comparación con la longitud de onda. Una vez aprendemos a analizar y descubrir los problemas a estas frecuencias de nuestra sala, podemos pasar a evaluar otros parámetros de ser necesario. Hemos mencionado a lo largo de la guía la importancia de la reverberación, pero tenemos que tener en cuenta que en muchas salas de dimensiones pequeñas la reverberación se ve dominada por los modos normales así que el decaimiento se ve fuertemente alterado por algunos modos que persisten en el tiempo y que son el foco primordial de atención al realizar un tratamiento acústico.
PARTE II:
PONIENDO TODO EN PRÁCTICA
¿Insonorización o tratamiento acústico? Primero debemos de aclarar que lo que muchas veces se menciona como insonorización es el aislamiento acústico, el mismo busca evitar que los sonidos externos (ruidos) entren a nuestro recinto y que los sonidos que producimos salgan al exterior y molesten a la comunidad. Tenemos también lo que llamamos tratamiento acústico, que es las medidas que tomamos en el interior de la sala para mejorar las condiciones dentro de la misma. Para tal fin usamos diversos materiales, configuraciones y técnicas de colocación para optimizar el sonido de la sala. En esta guía vamos a hablar sobre el tratamiento interno de la sala, que es lo que se podemos hacer con materiales relativamente accesibles sin tener que hipotecar nuestra casa para lograrlo. El aislamiento requiere de técnicas de construcción especiales del tipo caja dentro de otra caja (box in a box ) que conlleva cierta complejidad para alcanzar niveles de aislamiento adecuados. Tratamiento básico La guía está basada en el tratamiento de una sala de control de un home estudio tipo, abordaremos los puntos clave para mejorar la reproducción del sonido y de esta manera la escucha de nuestros trabajos. La primer medida a considerar es el tratamiento mediante absorción de los puntos de primera reflexión de los parlantes, tanto las reflexiones laterales, frontales, trasera y superior. Para ello necesitaremos material absorbente que puede ser del tipo panel auralex listo para su colocación o lana de vidrio u algún material similar, para la fabricación de paneles con el mismo. En Argentina se consigue por ejemplo en http://www.isover.com.ar a través de los distribuidores en ferreterias o casas especializadas. Para saber cuánto tenemos que comprar tenemos que hacer el cálculo de la cantidad de metros cuadrados de absorción que necesitamos y comprar el material absorbente en consecuencia.
Seguramente conseguiremos rollos completos de lana de vidrio y puede que nos sobre porque no se suele vender en cantidades pequeñas. Otra posibilidad es conseguir paneles de lana de vidrio semi-rígida que tienen dimensiones fijas.
Imagen: Usaremos lana de vidrio como material absorbente
Empecemos entonces!
6
CONSTRUCCIÓN DE PANELES ABSORBENTES Vamos a construir paneles absorbentes para atacar los problemas en las frecuencias medias y altas. En esencia necesitamos hacer un marco de madera con un soporte para la lana de vidrio. Por lo general eso se logra atravesando un listón de madera a la mitad del marco. La madera no es demasiado importante, la idea es que sea lo más liviano posible (para fines prácticos). Podemos usar pino, MDF o lo que consigamos en nuestra zona.Lo importante es que soporten el peso de la estructura con la lana de vidrio. El tamaño del marco en si dependerá de nuestras necesidades, en mi caso particular armé marcos de 0.8 x 1.2 m para fines prácticos. Sin embargo tengan en cuenta que lo importante es la cantidad de superficie de material absorbente que vamos a tener en toda la habitación. La idea es cubrir la superficie de absorción que calculamos, con estos dispositivos. No es tan importante el tamaño en si, sino la cantidad que vamos a necesitar. Es necesario distribuir los paneles para mejorar la absorción y contribuir a una mejor difusión. El espesor de la madera puede ser de 15 mm o algo en ese rango. Para elaborar el marco vamos a necesitar también uniones angulares para madera que son como un codo que nos permite fabricar uniones a 90 grados además de agregar rigidez estructural. Para hacer el marco necesitamos en primera instancia untar con cola de carpintero las caras que se van a tocar de los primeros dos listones que van a formar un ángulo de 90º. Posteriormente las ubicamos juntas y en lo posible con la ayuda de alguien, colocamos el angular en la unión dejándolo fijo.
Imagen: Vista de la esquina de un panel terminado.
La idea es que la esquina del angular coincida lo más posible con la esquina de nuestros listones. Una vez tenemos hecho eso necesitamos usar tornillos autoclavantes que conseguiremos en cualquier ferretería, que no sean demasiado largos para no perforar la madera transversalmente, para asegurar la unión. La gracia de estos tornillos es que pueden perforar la madera y solamente necesitamos de un destornillador para ajustarlos. Para hacer más preciso este proceso lo mejor es usar un punzón que es una herramienta que nos sirve para marcar un pequeño agujerito que nos servirá de guía para saber donde irá el tornillo.
Una vez tenemos los dos listones formando una “L” necesitamos asegurar aún más la unión y en la cara superior externa ponemos otro tornillo autoclavante que atraviese ambos listones. La idea es que la unión se asegure externa e internamente. Para terminar el marco repetimos el proceso poniendo otro listo para formar una C y finalmente hacemos lo mismo con el ultimo para formar el marco en sí. También podemos hacer dos “L” por separado y unirlas. El liston de madera que va al medio puede traernos complicaciones porque la madera no nos va a quedar perfectamente recta ya que se flexiona un poco. Por ejemplo si quiero que mi bastidor mida 80cm de ancho y la madera que consigo tiene un espesor de 15mm (1.5cm), el listón que va al medio tendria que tener 80cm - (1.5cm*2) =77cm. En realidad vamos a necesitar hacerlo de un poco menos de 77 ya que el marco se flexiona para adentro.
Imagen: Ejemplo de la construcción de un bastidor para los paneles.
El siguiente paso lógico una vez tenemos el marco con el listón que va al medio es rellenar todo con lana de vidrio o el material absorbente que consigamos. Para hacer este proceso bien necesitamos que la lana de vidrio no se pueda escapar por ningún lado y por ello cubriremos la cara interna con una tela. No importa la calidad ni el color porque su función es hacer de soporte para la lana de vidrio y evitar que la misma se escape.
Para hacerlo necesitamos tela y una engrampadora de costura. Cortamos la tela con las dimensiones necesarias de acuerdo al tamaño del panel que decidimos. La idea es que la tela se “pegue” a la cara interna de cada uno de los listones por tanto si tenemos un panel de 0.8m x 1.2m lo ideal sería que la tela tenga una medida aproximada de 0.79mx1.19 es decir que quitamos un poco para que no sobresalga. Una vez cortada procedemos a ubicarla, un listón a la vez. Idealmente necesitamos que alguien nos ayude para ir tensionado la tela a medida que la vamos ubicando, como ya mencionamos necesitamos grampas, no es tan importante el tamaño pero tampoco algo demasiado grande.
Imagen: Vista del bastidor con la tela para soportar la lana de vidrio. Una vez tenemos la tela procedemos a rellenar el bastidor con la lana de vidrio. Podemos cortar el material en un par de pedazos para ubicarlo con mayor facilidad. La idea es que el material absorbente cubra toda la superficie que sea posible del bastidor. Para poder colgar nuestros paneles usaremos un gancho perforante que se coloca al medio en la parte superior de nuestro panel
Imagen: Tornillo autoperforante para madera
El último paso es forrarlo con tela, la tela que usemos aca va a ser visible en nuestro estudio y por ende se recomienda elegir un color que nos guste. No vamos a entrar en los detalles de cómo se forra porque eso escapa al alcance de nuestra guía pero hay mucha información al respecto en internet. Una vez tengamos nuestros paneles listos procedemos a colocarlos.
Imagen: Vista de un panel de lana de vidrio terminado forrado con tela, para evitar el desprendimiento de las partículas de la lana de vidrio. En este caso la tela de la cara interna se ve de color marrón.
Colocación de los paneles Una vez tenemos los paneles tenemos que buscar los puntos de primera reflexión para colocarlos vamos a necesitar de un espejo de mano y la ayuda de una persona. El método consiste en que el asistente vaya recorriendo la pared lateral con el espejo contra la pared y nosotros sentados en el punto de escucha, la mitad del triángulo equilátero formado entre nuestros parlantes, observamos el espejo hasta que vemos el reflejo del primer parlante, el izquierdo si el asistente está recorriendo esa pared.
En este punto hay que colocar una marca para después poner el panel en el mismo. Ya que la disposición de los monitores es simétrica se copia la distancia en el otro lado. Luego se procede a buscar el punto de reflexión en el techo empleando el mismo método y se repite para las paredes trasera y delantera de ser posible. Este punto es necesario si nuestro techo nos permite colgar paneles, no todos los techos resisten el peso o si vamos pegar material absorbente del tipo Auralex o similares. El resto de los paneles debe ser lo más homogénea posible es decir que deben estar distribuidos de la mejor manera posible para cubrir la superficie de absorción calculada. Si necesitan ayuda con este punto, sírvanse de ver este video, está en inglés pero es muy didáctico: https://www.youtube.com/watch?v=B9u7k2V4YPw
7
CONSTRUCCIÓN DE TRAMPAS DE BAJO (SUPERCHUNK)
Para mejorar la respuesta en bajas frecuencias vamos a usar un absortor de esquina del tipo súper chunk, estos dispositivos no son tan efectivos para la absorción a bajas frecuencias como los resonadores de Helmholtz que nosotros recomendamos Para fabricar el bastidor que lo contiene existen muchos métodos. Uno de los más sencillos es hacer un marco que tenga la altura de la pared de la esquina y cuyo ancho sea apropiado de acuerdo a la esquina de nuestra habitación. Recordemos que mientras más ancho sea más profundidad tendrá y por tanto más superficie de absorción tendremos, pero existe un equilibrio que tendremos que buscar nosotros de acuerdo a nuestra habitación. En mi caso yo elegí un ancho de aproximadamente 60cm. La profundidad irá en consecuencia puesto que son triangulos rectangulos. ¿Se acuerdan del teorema de Pitágoras? Para que el marco se sostenga contra la pared podemos ajustar los listones que van contra la pared con clavos y estos quedaran en un ángulo, finalmente podemos tomar los listones que van arriba y abajo y lijarlos o cortarlos con el mismo ángulo que se forma para poder usar tornillos perforantes. También podríamos usar un esquinero como en el ejemplo anterior para asegurar mayor rigidez estructural. Luego se corta la lana de vidrio con forma triangular, la altura de cada triángulo será la misma que el espesor de nuestra lana de vidrio por ende tenemos que calcular la cantidad de triángulos a cortar en función del alto de nuestro techo. Supongamos que nuestro techo mide 3m y nuestra lana de vidrio tiene un espesor de 50mm vamos a necesitar cortar aproximadamente 60 triángulos para cubrir toda la esquina con material absorbente.
Imagen: Marco para el bastidor del superchunk.
Imagen: Corte de un bastidor para trampa de bajos tipo superchunk con relleno de lana de vidrio para ser colocado en las esquinas de la habitación.
Una vez colocamos los triángulos de material absorbente hasta llegar al techo procedemos a forrar nuestra estructura con tela para que el material no sea visible y para evitar daños a nuestros pulmones.
Ejemplo de una habitación ya tratada
Imagen: Vista superior de una habitación tratada con paneles de lana de vidrio distribuidos y colocados en los puntos de primera reflexión frontal, lateral y traseros. En las esquinas se observan las trampas de bajos desde el suelo hasta el techo.
7
EJEMPLO DE UN TRATAMIENTO INTEGRAL Ya demostramos cuales son los pasos a seguir para el tratamiento acústico. Sabemos la importancia del tiempo de reverberación, como lo vamos a reducir y vimos cómo se construyen los paneles absorbentes, los absortores superchunk, además de los resonadores de Helmholtz y panel. Ahora procedemos a ver como se hacen los cálculos tomando una habitación ficticia. En sus casos solamente tienen que replicar estos cálculos. Vamos a dar un ejemplo de tratamiento para una sala con dimensiones: 6m (largo) x 5m (ancho) x 3m (alto) y que tiene piso y paredes de concreto. Calcularemos el tiempo de reverberación con estos materiales, para posteriormente proponer una solución usando como material absorbente lana de vidrio de 14 kg/m3 de 50 mm de espesor, más resonadores de helmholtz de esquina sintonizados para ayudar en las bajas frecuencias. Primeramente tienen que fijarse que material absorbente consiguen y revisar las tablas de absorción, dadas por el fabricante, y hacer los cálculos acá mostrados en función del material que ustedes consigan. Si el fabricante no tiene disponibles los datos es mejor buscar otro fabricante. Esto nos dará una idea de cómo tenemos que hacer para calcular en nuestra sala particular el tiempo de reverberación y cómo hacer para llevarlo a un valor más cercano al óptimo usando materiales sencillos. Primero que nada fijaremos el tiempo de reverberación que consideramos óptimo como 0.6 segundos, este es un buen compromiso entre el tiempo recomendado para la voz y música.
Luego calcularemos el tiempo de reverberación de la sala vacía con los materiales antes mencionados y la absorción que se necesita para llevarlo al tiempo deseado. Recomiendo hacer los cálculos para por lo menos 0.6 segundos de reverberación para que el tratamiento valga la pena. Si el presupuesto no permite la compra de materiales necesarias lo mejor es hacer el tratamiento por etapas para llegar en lo posible a que el RT sea de 0.6. Otra de las opciones es colocar los paneles a una distancia de la pared con lo cual aumentará la absorción a bajas frecuencias Cálculos: Dimensiones [m]: 6, 5, 3 (expresadas en metros) Volumen [m3] = 6 x 5 x 3 = 90 [m3] Materiales y absorción en las frecuencias: Paredes y techo de concreto pintado:
Piso de concreto :
Superficie por material: Paredes y techo: 96 [ m2] Piso: 36 [ m2] Ejemplo de cálculo 1: Calculemos las superficies en cuestión: Techo = piso = 6m x 5m = 30 [ m2] Paredes laterales = 6m x 3m = 18 [ m2] Paredes frontales= 5m x 3m =15 [ m2] (Se multiplica por dos ya que son iguales)
En la tabla siguiente resumimos el cálculo, en el que se multiplican las superficies por el coeficiente de absorción del material α; resultando la absorción Sα. Se calcula en ambos materiales para luego sumar la absorción (por frecuencia) y obtener la absorción total con la que se calcula el tiempo de reverberación. Recordemos que el tiempo de reverberación RT60 se calcula con la siguiente fórmula:
Tabla 6 : Coeficientes de absorción materiales.
Tabla 7 : Absorción total y tiempos de reverberación
Observamos que el tiempo de reverberación con la sala original es alto, en especial en las frecuencias medias que son muy importantes. Tomaremos el tiempo a 1kHz (2 seg.) como referencia para el tratamiento que vamos a proponer. Necesitamos llevar la reverberación de 2 segundos a 0.6 segundos. Como mencionamos antes usaremos lana de vidrio de 14 kg/m3 de 50 mm de espesor cuya absorción es:
Calculemos la superficie de lana de vidrio necesaria:
Reemplazamos en RT60 los 0.6 segundo (nuestro tiempo de reverberación deseado) y en V el volumen de nuestra sala, para obtener A (que es la absorción).
Luego restamos la absorción a la que queremos llegar con la que tenemos para obtener la absorción necesaria (deseada). Para calcular lo único que hacemos es restar la absorción deseada menos la actual.
Como mencionamos tomaremos la frecuencia de 1kHz como base veamos: Sα = 16.83 y reemplazamos 0.8 en α que es el coeficiente de absorción para 1kHz.
Necesitaremos una superficie de 21.03 [ m2] de lana de vidrio para obtener nuestro tiempo deseado de 0.6 Segundos a 1kHz. Vamos a tener que hacer una cantidad de paneles absorbentes para llegar a los 21.03 metros cuadrados. La idea es distribuir estos paneles de la forma mas homogénea posible a lo largo de la habitación.
Supongamos que vamos a hacer nuestros paneles de 0.8x1.2m. Multiplicando ambas caras tenemos que cada panel ocupará 0.96m2 entonces para sacar la cantidad de paneles:
Esto implica que tendríamos que hacer 22 paneles para que en teoría nuestro tiempo de reverberación para las frecuencias deseadas baje a 0.6 Hay que tener en cuenta que la habitación del ejemplo es bastante grande de por si y que además se pueden colocar paneles / material absorbente en el techo siempre que el mismo soporte el peso. En el caso del techo lo ideal es distanciarlos un poco para aumentar la cantidad de absorción. Calculemos para el resto de las frecuencias:
Tabla 7 : Coeficientes de absorción de lana de vidrio.
Tabla 7 : Absorción total y tiempo de reverberación.
Ahora el tiempo de reverberación para las frecuencias medias y altas es cercano al que buscamos, necesitamos más absorción a bajas frecuencias que conseguiremos usando resonadores sintonizados a 250 Hz (como los que mostramos antes)
Absorción aproximada del resonador en las frecuencias
Necesitamos una absorción de 9.59 (24.15 deseada -14.56 actual) con ella calculamos la superficie de resonadores que precisamos:
Necesitaremos cubrir 11.28 m2 con resonadores sintonizados a 250 Hz para llegar a nuestro objetivo.
Tabla 7 : Coeficiente de absorción resonador de Helmholtz.
Al agregar los resonadores llegamos a un tiempo de reverberación muy cercano al óptimo y nuestro objetivo se ha cumplido con un tiempo de reverberación promedio cercano a los 0.6 segundos. En nuestro caso 11.28 m2 es una superficie importante a cubrir. Es importante recalcar que la lana de vidrio tiene que contenerse en bastidores forrados con tela para que no desprenda partículas al aire. Es necesario además distribuirla en todas las superficies (paredes, techo) para mejorar la absorción y mejorar la difusión.
Respecto a los resonadores los podemos diseñar de esquina y usar el espacio desde el piso al techo para colocarlos en todas las esquinas de ser posible y con ellos mejorar tanto la reverberación como los problemas de modos normales en bajas frecuencias.
Diseñando un resonador de Hemholtz Vamos a diseñar un resonador de Hemholtz acoplado (con múltiples orificios) sintonizado a 250 Hz (f0 ). La razón por la que vamos a sintonizar el resonador a 250Hz es porque en el ejemplo que presentamos (superficie y piso de concreto) el tiempo de reverberación es mayor en esa frecuencia. Es importante aclarar que en condiciones ideales lo que hay que hacer es medir la respuesta en frecuencias del cuarto y así determinar cómo sintonizar los resonadores, en el caso de esta guía como aclaramos buscamos mejora la acústica de nuestra habitación de una manera casera por eso es importante realizar por lo menos los cálculos del tiempo de reverberación de acuerdo a los materiales de construcción de nuestra habitación para tener una idea de donde tenemos la mayor cantidad de problemas También hay que decir que un resonador no afecta solamente a una frecuencia sino que tiene un determinado ancho de bandas de frecuencias a las que afecta y por ello sintonizarlo en 250 Hz va a ser de ayuda en las frecuencias colindantes también.
Ejemplo de diseño de un resonador El ejemplo consiste en el diseño de un resonador de Hemholtz acoplado, con múltiples orificios, sintonizado a 250 Hz. El resonador consiste en una caja de madera rellena parcialmente con lana de vidrio o material absorbente y que en una de sus caras tiene múltiples perforaciones equidistantes entre sí. Para su diseño vamos a usar la fórmula que presentamos antes, para ello tenemos que fijar algunas condiciones como las dimensiones del resonador, el ancho del panel frontal, donde van los orificios, el diámetro de los orificios y buscaremos encontrar la separación que tienen que tener nuestros orificios para que el resonador esté sintonizado a la frecuencia deseada.
Comencemos con las dimensiones vamos a construir un cubo de 30 cm de largo x 30 cm de ancho x 30 cm de profundidad, luego usaremos un panel de MDF de 9 milímetros para el panel frontal del resonador, para el caso puede ser cualquier madera que cumpla con el ancho. Finalmente fijaremos un diámetro de orificio de 6 milímetros (mm) para completar el diseño. Para el cálculo vamos a necesitar pasar nuestras Cálculo Vamos a diseñar un resonador sintonizado a 250 Hz.
ƒ0= 250 Hz
d = Profundidad desde el panel al fondo del cubo = 30 ( cm) Panel: Grosor del panel frontal = 9 (mm)
φ
= Diámetro del orificio = 6 (mm)
Primeramente procedemos a pasar las unidades a pulgadas (in): 1 pulgada = 2,54 cm d=11,811 pulgadas Panel = 9 mm = 0,9 cm = 0,9/2,54= 0,354 pulgadas
φ
= Diámetro del orificio = 6 (mm) = 0,236 pulgadas
Luego continuamos calculando el orificio efectivo de la perforación t: t = Grosor del Panel +[ (0,8) * (diámetro de orificio)] t = 0,354 + [(0,8) * ( 0,236)] t = 0,354 + 0,188 t = 0,542 (pulgadas) El 0,8 es el factor de corrección y siempre se usa para los resonadores de Helmholtz con perforaciones circulares equidistantes y paralelas. Ahora tomamos estos valores y reemplazamos en la ecuación:
1,252=(p/6,4) 1,562 * 6,4 = p p= 10 Ahora reemplazamos en la expresión del porcentaje de perforación para finalmente obtener la distancia entre orificios:
Pasando a centímetros el valor en pulgadas: S= 0,662 * 2,54 = 1,68 (cm) S= 1,68 (cm)
Vemos entonces que tenemos que construir un cubo con las dimensiones dadas y en la cara frontal debemos hacer orificios de 6 mm de diámetro con una separación entre orificios de 1,68 cm para que nuestro resonador esté sintonizado a 250 Hz.
Es importante mencionar que es aconsejable rellenar una parte del volumen interno del cubo con un material absorbente como lana de vidrio para agrandar el ancho de banda de la absorción o Q. Una vez terminado tenemos que forrar la cara frontal, la que tiene los orificios, con una tela para evitar que se desprendan partículas de lana de vidrio.
Imagen: Vista lateral del resonador de panel o diafragmático terminado.
Imagen: Ejemplo de resonador de Hemholtz acoplado, con relleno de lana de vidrio
Imagen: Vista lateral del mismo resonador de Helmholtz. La dimensión del diametro es representativa.
Tabla: Ejemplos de la absorción en la frecuencia aproximados de varios absortores selectivos, rellenos con material absorbente.
EJEMPLOS DE SALAS YA TRATADAS Algunas imágenes generadas en 3D que muestra una habitación ya tratada, tanto con paneles absorbentes como con absortores del tipo superchunk (trampas de bajo) o resonadores de Hemholtz para tratar las bajas frecuencias. En algunas imágenes también se incluyen algunos difusores a modo ilustrativo ya que no fueron mencionados en esta guía.
Imagen: Vista frontal de una habitación tratada con paneles de lana de vidrio + resonadores en las esquinas.
Imagen: Vista lateral de la misma habitación.
En el caso de estas habitación tenemos los paneles de lana de vidrio distribuidos a lo largo de toda la habitación pero no están separados de la pared. También observamos los resonadores en las esquinas.
Imagen: Vista trasera de la misma habitación (podemos observar los resonadores en las esquinas traseras también).
Otro ejemplo/opción de tratamiento: Esta sala combina absorción de banda ancha medias-altas frecuencias con absorción en bajas frecuencias usando resonadores y con difusión del tipo QRD. Los paneles absorbentes, del tipo lana de vidrio, fueron distanciados a la pared por 10 cm, con el objetivo que el material absorba más cantidad de bajas frecuencias y ayude a los modos normales de vibración. Se usó el mismo concepto para los paneles traseros y los del techo que fueron colgados con una distancia mayor aprovechando la altura de la sala. En la parte trasera de la sala se usó un difusor QRD que ocupa gran parte de dicha pared acompañado de los paneles antes mencionados. Por otro lado se usaron resonadores en las esquinas de la sala aprovechando este lugar de máxima presión de las bajas frecuencias para absorberlas. Cabe aclarar que el uso de difusores es recomendable para el tratamiento en caso de salas medianas o grandes ya que los mismos no actúan de manera correcta en salas pequeñas. Veamos las imágenes del tratamiento a continuación:
Imagen:Vista superior de la parte frontal de la sala. Nótense los paneles separados de las paredes y los resonadores de las esquinas.
Imagen: Vista superior de la parte trasera de la sala, en ella se observa el difusor QRD y los paneles que lo rodean. Además se ven los resonadores de esquina.
Imagen: Vista de los paneles colgantes del techo de la sala.
Imagen: Vista desde el piso al techo de la sala.Nótesee la separación de los paneles absorbentes de la pared.
CONCLUSIONES:
Esta guía tenía como objetivo dar un pantallazo general de la teoría acústica, por lo menos la necesaria para un tratamiento básico como el propuesto en la parte práctica. En esencia el cálculo más importante que vimos es el del tiempo de reverberación para las frecuencias de 125, 250, 500, 1k, 2k y 4k Hz. Calcular este tiempo de reverberación nos permite conocer cómo debemos enfrentar el tratamiento acústico en la situación dada. Se intenta controlar el tiempo de reverberación ya que salas muy reverberantes van a tender a dificultar el entendimiento de la música y la palabra. El tiempo de reverberación no va a ser el mismo para todas las frecuencias y calcularlo nos ayudará a conocer los problemas de la sala. Para tratar las frecuencias medias / altas usamos paneles absorbentes que consisten en un bastidor relleno de lana de vidrio o algún material absorbente similar y forrados con tela. La cantidad de paneles (superficie total) que vamos a necesitar va a depender del tiempo de reverberación que calculemos que a su vez depende del tamaño de la sala y los materiales con los que esté construida. Una vez sabemos la cantidad de paneles que necesitamos construir y los tenemos hechos, necesitamos distribuirlos de manera homogénea en todas las superficies posibles (paredes,techo). Como regla general se dice que para que haga efecto un tratamiento acústico es necesario cubrir por lo menos el 20% de la superficie del recinto a tratar. Por su lado, para tratar las frecuencias graves usamos resonadores de Helmholtz y mencionamos a los absortores superchunk. Los resonadores de Helmholtz son mucho más eficientes porque son selectivos en frecuencia y por esto requieren un cálculo de sintonía Esta sintonía se refiere a la frecuencia sobre la que van a actuar y depende nuevamente del tiempo de reverberación puesto que luego de introducir la absorción que proveen los paneles absorbentes nos damos cuenta que aún necesitamos reducir la reverberación a bajas frecuencias, en nuestro ejemplo la frecuencia de sintonía fue 250 Hz.
En cada caso puntual la frecuencia de sintonía va a depender de los materiales de construcción y en general del tiempo de reverberación para cada frecuencia de la sala. En tratamientos acústicos profesionales se debe medir el tiempo de reverberación y se deben tomar en cuenta los modos normales de vibración. Sin embargo, una aproximación como la mostrada en esta guía representa una mejora significativa. Hay otras formas de tratamiento acústico como por ejemplo la que combina la difusión y la absorción. Este tipo de combinación es recomendable para salas de dimensiones medianas y grandes y en especial para salas de grabación/práctica musicales. No obstante existen salas de control que adoptan como filosofía el uso de difusores en su pared trasera, el tipo de diseño se llama LEDE, Live end dead end. Como palabras finales el tratamiento aquí propuesto es una introducción al mundo de la acústica para el interior de salas. Se recomienda al lector investigar los temas para profundizar en los conceptos. Por otro lado también se incorporó una parte práctica donde se intentó simplificar al máximo los esfuerzos teóricos o de cálculo necesarios para fabricar los dispositivos. En cuanto a los cálculos y las fórmulas están puestos a manera de ejemplo y la idea es que las fórmulas sean en lo posible entendidas y aplicadas para sus casos particulares. El resonador sintonizado a 250Hz no es de ninguna manera una solución para todos los casos, solamente se cumple en el ejemplo que propusimos. Esperemos que este trabajo haya sido de su agrado y que se lleven algo que les sirva en su camino. Jorge Rozas
Referencias 1.- Fleisher, Dennis, RPG´S QRD´S technical note, 2009. 2.- Cox Trevor, Acoustic diffusers: The good, the bad and the ugly, Salford University. 3.- Walker R, The design and application of modular, acoustic diffusing elements, BBC Research Department Report. 1990. 4.- Everest Alton F, Pohlmann C. Ken, Master Handbook of Acoustics, McGraw-Hill/TAB Electronics, 2009. 5.- Newell Phillip, Recording Studio Design, Focal Press, 2013. 6.- Long Marshall, Architectural Acoustics, Academic Press, 2014. 7.- Fletcher J.A., The design of a modular sound absorber for very low frequencies, BBC Research Department Report, 1992. 8.- Ballou Glenn, Handbook for Sound Engineers, Focal Press, 2008. 9.- Mulcahy John, Room Eq Wizard help, 2011. 9.- Kuras Glenn, Room Eq Wizard Room Measurement Tutorial, Youtube, https://www.youtube.com/watch?v=e4uSR3cUUSY 10.-Winner Ethan, All about Diffusion, Youtube, https://www.youtube.com/watch?v=4nzmBhkR4JQ 11.- Kok Ben, Small Room Acoustics, AES 124 th Convention tutorials (Video conferencia). 12.- Carrion Isbert Antoni, Diseño Acústico de Espacios Arquitectónicos, Alfaomega, 2001. 13.- Moulton Dave, About comb filtering phase shift and Polarity reversal, http://www.moultonlabs.com/more/about_comb_filtering_ phase_shift_and_polarity_reversal/P0/
