DIFUSORES

Y

RESONADORES

ALVARO DE PEQUE TENO

INDICE

Definiciones y principios físicos……………………………………………….3

Como funcionan y como me ayudan los correctores acústicos…………5

Tipos de correctores acústicos…………………………………………….…12

DEFINICIONES Y PRINCIPIOS FISICOS Reflexión: Se llama así a la devolución por parte de una superficie de la energía que incide sobre ella manteniendo siempre la misma energía tanto originalmente como después de la misma. Absorción: Es el fenómeno por el cual una onda sonora se refleja sobre una superficie, pero la señal reflejada posee menos energía que la incidente. Es decir parte de esa energía es “absorbida” (o “consumida”) por la superficie. Difusión: Es el fenómeno de incidencia de una onda sonora sobre una superficie de forma tal que la misma es reflejada en múltiples direcciones (casi) simultáneamente, cada una con menos energía de la que tenía originalmente. Es decir , la energía incidente se redistribuye en el espacio .

Difracción: Es el fenómeno mediante el cual las ondas sonoras, cuando encuentran en su camino una abertura de ancho igual o menor que la longitud de las ondas, éstas se propagan al otro lado de la abertura , en general, un obstáculo no impide el avance de una onda sonora. La onda rodea los obstáculos, pues cada molécula del aire se comporta como una nueva fuente de sonido. Esto permite oír aunque no veamos la fuente sonora original.

REFLEXIONES SONORAS Se consideran primarias aquellas que son de orden menor o igual a tres (se reflejan máximo en tres superficies antes de llegar al oído del oyente) y el oyente puede integrar como parte del sonido directo ,estas se estudian mediante la acústica geométrica, y se corrigen con los absorbentes Las secundarias son de orden mayor que tres, tienen retardos mayores y el cerebro las percibe como independientes del sonido directo, son las reverberaciones y ecos, estos suelen presentar la misma energía en cualquier punto de la sala, por lo que su estudio se hace estadísticamente.

PROBLEMAS QUE SUELE TENER UNA SALA

ECOS: Reflexiones percibidas, inteligibles y perfectamente identificables. Poder controlar este sonido reflejado es la clave para hacer que nuestros espacios “suenen bien”. MODOS DE RESONANCIA : Tiene desagradables consecuencias “Refuerzo de Graves” y “Ausencia de Graves”. Para controlar este fenómeno, las esquinas de los recintos son los espacios claves.

¿CÓMO CONTROLAR EL SONIDO DE UNA SALA? La absorción de las ondas sonoras que se reflejan dentro de un recinto se consigue a través de una meticulosa instalación material que sea capaz de absorber el sonido. La difusión se logra al disminuir las superficies amplias, planas y reflejantes, con la introducción de superficies diseñadas científicamente que varían en formas, tamaños y ubicaciones. El aislamiento (que significa mantener el sonido interno adentro y el sonido externo afuera) se logra por medio de la combinación de materiales especiales que hacen de barrera para el sonido, cámaras de aire y múltiples capas de materiales de construcción especialmente elegidos.

¿ COMO FUNCIONAN LOS CORRECTORES ACÙSTICOS?

ABSORBENTES

Los absorbentes son elementos que retienen parte de la energía de las ondas acústicas, haciendo que la onda reflejada salga con menos energía que la incidente, generalmente un absorbente comienza a ser efectivo a partir de la frecuencia cuyo ¼ de onda se corresponde con el espesor de dicho absorbente, o lo que es igual, a mayor espesor la frecuencia a la que comienza a absorber es menor. Otros aspectos que influyen en la elección del absorbente son su porosidad; a mayor porosidad la absorción será mayor. Y la densidad del mismo, cuanto mayor es igualmente lo será la absorción Se utilizan para mejorar y corregir la localización o escena sonora, su ubicación en salas se hace centrándolos en las reflexiones de orden 1 en las paredes laterales y techo (igualmente se suele utilizar en la pared frontal y suelo, aunque se podría combinar con difusión en la pared frontal).

DIFUSORES

Los difusores dispersan el sonido de forma uniforme y omnidireccional por todo el hemisferio que se encuentre frente a él. Cuanto más pareja sea la radiación hacia todas las direcciones, mejor funciona. La utilidad del difusor es la de redistribuir sonidos homogéneamente en el espacio de escucha. Menos obvio pero también muy importante es que los ángulos y alturas variables presentes en el difusor trabajan reflejando el sonido en diferentes tiempos o instantes. De esta forma las reflexiones del sonido no sólo se distribuyen en el espacio sino también en el tiempo. Esto es una propiedad muy importante para quienes buscan mejorar la audición dentro de una Sala.

Los difusores contribuyen a crear un sonido altamente envolvente y, por lo tanto, a aumentar el grado de impresión espacial existente. Cuanto mayor sea el grado de impresión espacial, mejor será la valoración subjetiva de la calidad acústica del recinto en cuestión.

En ocasiones, la difusión también es utilizada para eliminar alguna de las anomalías que pueden aparecer tanto en recintos destinados a la palabra como en salas de conciertos. Dichas anomalías pueden aparecer en forma de coloraciones, desplazamientos de la fuente sonora, ecos o focalizaciones del sonido.

La difusión evita que las ondas sonoras se agrupen logrando que se distribuyan homogéneamente en el espacio, impidiendo que se produzcan refuerzos y ausencias del sonido percibido dentro de un recinto.

De todas formas, hay que tener presente que solamente existe una óptima difusión de una banda de frecuencias limitadas, y que dicha banda depende de las dimensiones del difusor.

A la frecuencia de 100 Hz, las reflexiones generadas es como si las pirámides no existiesen. Ello es debido a que la longitud de onda asociada es mucho mayor que la máxima dimensión de cada pirámide.

Por el contrario, a la frecuencia de 1.000 Hz, el grado de difusión es manifiesto, ya que la máxima dimensión de cada pirámide es del mismo orden de magnitud que la longitud de onda.

RESONADORES O ABSOREVENTES SELECTIVOS

Estos elementos no dejan de ser absorbentes, solo que actúan en bajas frecuencias (generalmente por debajo de 500 Hz), en un rango estrecho de las mismas (valor máximo de absorción a una determinada frecuencia, llamada de resonancia), y su principio de funcionamiento es diferente de los anteriores. Según cómo se realice este resonador, los hay de varios tipos; de membrana, de cavidad simple (Helmholtz) o de cavidad múltiple.

Los de membrana se basan en un panel apoyado sobre una superficie rígida (generalmente las paredes de la sala) formando una cámara de aire cerrada, estanca en los resonadores de membrana (panel vibrante), abierta por los orificios o ranuras en los de cavidad simple (un claro ejemplo son las cajas bass-reflex, que no es otra cosa que un resonador Helmholtz de cavidad simple al que se han añadido unos transductores) o múltiple. Dependiendo del tipo de resonador, los parámetros que determinan su frecuencia de resonancia serán la distancia entre la superficie rígida y el panel, densidad del panel (los de membrana), diámetro y longitud de las ranuras (de cavidad simple), volumen de la cámara, y densidad de ranuras (de cavidad múltiple). Los resonadores presentan un pico muy marcado de absorción, estrecho y centrado en su frecuencia de resonancia. Pero basta rellenar total o parcialmente la cámara de aire interior del resonador con algún material absorbente, tipo lanas minerales por ejemplo, para atenuar ese pico de absorción, a la vez que se ensancha el rango de frecuencias a absorber.

Cuando el resonador es utilizado para paliar los efectos de ondas estacionarias, es decir, la frecuencia de resonancia coincide con una estacionaria de la sala, para que dicha atenuación sea efectiva, la situación del mismo es igualmente importante. El resonador habrá de ubicarse perpendicular al eje que provoca dicha estacionaria.

Si se pretende obtener una gran absorción a frecuencias bajas con objeto de reducir sustancialmente los valores del tiempo de reverberación, es preciso hacer uso de absorbentes selectivos o resonadores.

TRAMPAS DE GRAVES

Uno de los problemas de los “Modos de Resonancia” y sus desagradables consecuencias es el “Refuerzo de Graves” . Para controlar este fenómeno, es vital tener en las esquinas una trampa de graves (Corner Killer) para controlar el refuerzo de graves que provoca el ambiente.

Las trampas de graves son elementos generalmente en forma cilíndrica que actúan a modo de resonador, pero en un rango más amplio de frecuencias y con una atenuación más suave, ya que generalmente rellenan parcialmente su cavidad hueca con materiales absorbentes.

La ubicación típica de estos elementos es en las esquinas de la sala, principalmente tras los altavoces del sistema ya que siempre en los límites de la sala (paredes, suelo y techo) la presión será máxima a las frecuencias estacionarias, máxime en las uniones de dos o tres límites de la sala (esquinas).

Estos elementos ayudan a obtener una respuesta plana en la parte baja del espectro, absorbiendo los excesos de presión a frecuencias bajas.

REFLECTORES

Los elementos reflectores posibilitan la aparición de reflexiones útiles en zonas que necesitemos por ejemplo de público. Dichos elementos están constituidos por materiales lisos, no porosos y totalmente rígidos capaces de reflejar la mayor parte de la energía sonora que incide sobre ellos y tiene que tener unas dimensiones grandes en comparación con la longitud de onda del sonido a reflejar.

Sólo resultan ser necesarias, y en ocasiones imprescindibles, en salas destinadas a la palabra (teatros y salas de conferencias sin sistema de megafonía) y a la música no amplificada (salas de conciertos de música sinfónica).

En la práctica, cualquier superficie de una sala es susceptible de generar reflexiones más o menos intensas, en función del grado de absorción que presente.

Ahora bien, de todas las superficies existentes en un recinto tan solo algunas de ellas están específicamente diseñadas para generar primeras reflexiones hacia la zona de público, es decir, para actuar como elementos reflectores del sonido. El resto de superficies, con independencia de si se trata de superficies absorbentes o reflectantes, únicamente contribuyen a la obtención de los tiempos de reverberación deseados en cada caso.

Si el tamaño del reflector es pequeño en comparación con la longitud de onda: efecto de difracción de la onda sonora.

Si el tamaño de reflector es grande en comparación con la longitud de onda: efecto de reflexión de la onda sonora incidente.

TIPOS DE DIFUSORES

Los difusores pueden ser de varios tipos:

-Convexos o policilindricos

-Residuales cuadráticos unidimensionales (QRD)

-Residuales cuadráticos bidimensionales (QRD)

-Birradiales

-Perforados

-MLS

-De raíces primitivas (PRD)

DIFUSORES CONVEXOS O POLICILINDRICOS

Una superficie convexa (cilíndrica) refleja un frente de ondas de forma divergente por lo que es un difusor natural.

El campo de difusión es perpendicular al eje del cilindro. Ideales para rincones, evitando el efecto rincón y haciendo a la vez una trampa de graves.

DIFUSORES (QRD) UNIDIMENSIONALES

Consiste en una serie de ranuras laterales de forma rectangular, d igual anchura y de diferente profundidad. Generalmente, dichas ranuras están separadas por unos divisores delgados y rígidos , genera un campo de difusión en el sentido perpendicular a las lamas o canales.

Su frecuencia mínima es dada por la profundidad de los canales y su frecuencia máxima por la anchura de estos.

Se pueden hacer en madera maciza, metacrilato, vidrio, escayola, mármol, etc.

DIFUSORES (QRD) BIDIMENSIONALES

Aparecen como una generalización de los unidimensionales con el objetivo de obtener una óptima difusión del sonido incidente en todas las direcciones del espacio. En este tipo de difusores, las ranuras son sustituidas por pozos dispuestos en paralelo de profundidad variable y de forma habitualmente cuadrada.

DIFUSORES BIRRADIALES

Son una combinación de dos difusores QRD a 90 grados de cruce, lo cual le da un campo de difusión semiesférico. Ideales para techos y zonas de campo de difusión muy anchas. Su frecuencia mínima es dada por la mayor profundidad y la máxima por la menor distancia entre celdas, se pueden hacer fractales (micro difusores dentro de las celdas)

DIFUSORES PERFORADOS

Una superficie reflexiva pero perforada a otra interna absorbente, resulta ser difusora al encontrar el sonido incidente diferentes impedancias a la reflexión, que alteran el ángulo de fase, lo que le hace comportarse como difusor y al estar perforado actúa además como resonador de medias frecuencias

DIFUSORES MLS

Están basados en unas secuencias pseudoaleatorias periódicas, denominadas de longitud máxima o de Galois. El elemento difusor consiste en una superficie dentada.

DIFUSOR DE RAICES PRIMITIVAS (PRD)

Los difusores de raíces primitivas PRD son análogos a los difusores unidimensionales QRD, con la única diferencia de que la profundidad de cada ranura se obtiene a partir de una secuencia generadora distinta.

TIPOS DE RESONADORES

RESONADORES “HELMHOLTZ” Es un dispositivo absorbente de banda estrecha, tiene la propiedad de controlar frecuencias de resonancias sin afectar mucho la reverberación de la sala.

Está formado por una cavidad cerrada de aire conectada a la sala a través de una abertura o cuello estrecho.

El aire del cuello se mueve como una unidad, y constituye el elemento de masa, mientras que el aire de la cavidad se comporta como un muelle, constituyendo el elemento de rigidez. De forma análoga al resonador de membrana, la masa del aire del cuello junto con la rigidez del aire de la cavidad dan lugar a un sistema resonante que presenta un pico de absorción a la frecuencia de resonancia.

La formula es

RESONADORES DE PANEL VIBRANTE O MEMBRANA

Y esta su formula

Otro tipo de panel Vibrante

“HELMHOLTZ” MULTIPLE A BASE DE PANELES PERFORADOS

Está formado por un panel de un material no poroso y rígido, en el que se han practicado una serie de perforaciones circulares o ranuras, montado a una cierta distancia "d" de una pared rígida, a fin de dejar una cavidad cerrada de aire entre ambas superficies.

El resonador múltiple de cavidad puede ser considerado de cualquiera de las siguientes maneras:

Como un resonador de membrana en el que la masa del panel ha sido sustituida por la masa del aire contenido en cada perforación o ranura. En este caso, es precisamente dicho aire, y no el panel, el que entra en vibración cuando una onda sonora incide sobre el elemento.

Como un conjunto de resonadores simples de Helmholtz que comparten una misma cavidad. Dicha cavidad actúa a modo de elemento acoplador entre los diferentes orificios practicados.

RESONADOR “HELMHOLTZ” MULTIPLE A BASE DE LISTONES

Está formado por un conjunto de listones equiespaciados y montados a una cierta distancia "d" de una pared rígida con objeto de dejar interpuesta una cavidad cerrada de aire.

Este tipo de resonador es parecido al resonador múltiple a base de paneles, con la diferencia de que, en este caso, la masa que se debe considerar es la del aire contenido en los espacios intermedios entre listones.

TIPOS DE REFLECTORES

REFLECTORES PLANOS

La utilización de grandes reflectores planos en teatros y salas de conciertos no es en absoluto aconsejable, ya que se pueda dar lugar a la aparición de las siguientes anomalías:

Coloración del sonido: realce o atenuación manifiesta de las frecuencias que componen su espectro como resultado de la combinación entre el sonido directo y el sonido reflejado por dichas superficies.

Desplazamiento de la fuente sonora: el sonido parece proceder de la superficie reflectante en lugar de provenir del escenario, es decir, tiene lugar un efecto de falsa localización de la fuente sonora.

REFLECTORES CURVOS

Los reflectores de perfil convexo dispersan el sonido en mayor proporción que los reflectores planos, es decir, abarcan una mayor zona de cobertura, y por lo tanto, en cada punto de dicha zona el nivel del sonido reflejado es menor.

En la práctica, para que un reflector convexo cumpla su función de manera óptima, es decir, siga funcionando como reflector si producir las citadas anomalías, es preciso que su radio de curvatura sea aproximadamente mayor que 5 m. Para radios menores, el elemento deja de actuar como reflector y tiende a comportarse como un difusor del sonido.

Por el contrario, la existencia de superficies cóncavas da lugar a un efecto de focalización del sonido reflejado, es decir, a una concentración del mismo en una zona más reducida, si bien con un nivel mucho más elevado. Es el denominado "sonido focalizado".