31. Acústica de recintos: absorción, reflexión, difusión y aislamiento

31.1 El recinto forma parte del sonido

En un espacio cerrado, el oyente recibe el sonido directo y numerosas reflexiones. El recinto modifica la distribución temporal, espacial y espectral de la energía.

La misma fuente puede sonar clara, apagada, brillante, distante o confusa según la sala. Diseñar acústicamente consiste en controlar esas transformaciones.

31.2 Cuatro acciones diferentes

• Reflexión: devuelve energía hacia el recinto.
• Absorción: retira energía acústica y la transforma principalmente en calor.
• Difusión: redistribuye la reflexión entre varias direcciones.
• Aislamiento: reduce la transmisión entre espacios.

Un material absorbente no es automáticamente un buen aislante, y un difusor puede reflejar mucha energía sin concentrarla en una única dirección.

31.3 Campo directo y campo reflejado

Cerca de la fuente suele dominar el sonido directo. Al aumentar la distancia, su nivel disminuye mientras el conjunto de reflexiones puede adquirir mayor importancia.

La transición depende de la directividad, el volumen, la absorción y la posición. En una sala real, el campo reflejado no es perfectamente uniforme.

31.4 Balance en una superficie

La energía incidente puede reflejarse, absorberse dentro del elemento o transmitirse al espacio vecino:

R, A y T son fracciones de energía. Para estudiar el campo dentro de una sala suele interesar todo lo que no regresa, mientras que para aislamiento es esencial separar absorción de transmisión.

31.5 Coeficiente de absorción

El coeficiente de absorción acústica α de una superficie se encuentra idealmente entre 0 y 1. Un valor cercano a 0 indica reflexión intensa; uno cercano a 1 indica que muy poca energía vuelve al recinto.

Desde el punto de vista del campo interior suele tomarse α = 1 − R = A + T: incluye toda energía que no regresa. Si la transmisión es despreciable, coincide aproximadamente con la fracción transformada dentro del material.

α depende de la frecuencia, del ángulo de incidencia, del montaje y del método de medición. No debe tratarse como una constante universal del material.

31.6 Área de absorción equivalente

Una superficie S con coeficiente α aporta un área de absorción equivalente αS. Para varias superficies:

A_eq se expresa en metros cuadrados de absorción equivalente. Dos recintos con igual área total pueden tener distinta absorción efectiva.

31.7 Coeficiente medio

Si S_total es la suma de todas las superficies interiores:

Este promedio pondera cada coeficiente por su área. No es correcto promediar materiales sin considerar cuánto ocupa cada uno.

31.8 Fórmula de Sabine

Para un campo suficientemente difuso y absorción moderada, el tiempo de reverberación puede estimarse en unidades SI mediante:

V es el volumen en m³ y A_eq el área equivalente en m². Más volumen tiende a alargar la reverberación; más absorción tiende a acortarla.

31.9 Fórmula de Eyring

Cuando la absorción media es alta, la aproximación de Sabine puede perder precisión. Una alternativa idealizada es:

Para ᾱ pequeña, −ln(1 − ᾱ) ≈ ᾱ y ambas expresiones se aproximan.

31.10 Dependencia con la frecuencia

El área equivalente y el RT60 deben analizarse por bandas de frecuencia. Cortinas, alfombras y paneles delgados suelen absorber mejor frecuencias medias y altas que graves.

Un único valor global puede ocultar un recinto brillante, opaco o con graves excesivamente persistentes.

31.11 Absorbedores porosos

En fibras y espumas de poro abierto, el aire oscila dentro de canales estrechos. La fricción viscosa y el intercambio térmico disipan energía.

El espesor y la separación respecto de una pared influyen mucho. Para absorber longitudes de onda grandes se necesitan soluciones con profundidad o mecanismos resonantes.

31.12 Absorbedores resonantes

Membranas, paneles y cavidades pueden diseñarse para absorber alrededor de determinadas frecuencias. Almacenan energía temporalmente y la disipan mediante pérdidas internas.

Son útiles para bajas frecuencias, pero su acción suele ser más selectiva que la de un absorbente poroso ancho de banda.

31.13 Difusión

Un difusor redistribuye la energía reflejada para evitar concentraciones y reflexiones especulares fuertes. Busca conservar energía en el recinto mientras mejora su distribución.

Su geometría debe tener dimensiones relacionadas con las longitudes de onda de interés. Relieves muy pequeños apenas afectan a frecuencias graves.

31.14 Absorber no es difundir

La absorción reduce la energía reflejada; la difusión cambia sus direcciones. Cubrir indiscriminadamente una sala con material absorbente puede producir un espacio apagado sin resolver distribuciones desiguales en graves.

Un diseño equilibrado combina superficies reflectantes, absorbentes y difusoras según la función y la posición.

31.15 Reflexiones tempranas

Las primeras reflexiones llegan poco después del sonido directo y pueden modificar claridad, imagen espacial e inteligibilidad. Su efecto depende del retardo, nivel y dirección.

En salas de escucha se controlan puntos de primera reflexión; en otros usos algunas reflexiones laterales pueden aportar sensación de amplitud.

31.16 Modos propios del recinto

A bajas frecuencias, el campo no se comporta como una distribución difusa. Las dimensiones permiten ondas estacionarias con frecuencias:

Los modos producen máximos y mínimos que dependen de la posición. Agregar absorción media sin considerar su eficacia en graves puede no resolverlos.

31.17 Proporciones y distribución modal

Dimensiones iguales o relacionadas por números simples hacen coincidir varios modos y concentran resonancias. Proporciones diferentes tienden a distribuirlas mejor.

No existe una proporción que elimine todos los modos. La geometría, las posiciones de fuente y oyente, y el tratamiento de bajas frecuencias deben evaluarse en conjunto.

31.18 Qué significa aislar

El aislamiento busca reducir la energía que pasa de un recinto a otro. Requiere controlar paredes, techos, pisos, puertas, ventanas, conductos y uniones.

Un panel absorbente colocado dentro de la sala puede reducir reverberación sin aumentar de manera importante el aislamiento hacia el vecino.

31.19 Coeficiente de transmisión y pérdida de transmisión

Si τ es la fracción de potencia incidente transmitida, la pérdida de transmisión es:

Una TL de 30 dB corresponde idealmente a τ = 10−3. TL caracteriza al elemento bajo condiciones definidas; no es automáticamente la diferencia de niveles entre dos habitaciones.

31.20 Ley de masa

En una partición simple dentro de cierto régimen, aumentar la masa superficial o la frecuencia tiende a mejorar la pérdida de transmisión. La ley de masa ideal predice cerca de 6 dB adicionales por cada duplicación.

Resonancias, coincidencia, rigidez, sellado y montaje hacen que una pared real se aparte de esa tendencia.

31.21 Sistemas de doble hoja

Dos hojas separadas por una cámara pueden superar a una hoja simple de igual masa, especialmente si están desacopladas y la cavidad contiene material poroso.

El conjunto posee una resonancia masa–aire–masa. Puentes rígidos entre hojas transmiten vibración y reducen el beneficio del desacoplamiento.

31.22 Transmisiones laterales

El sonido puede rodear una partición a través de pisos, techos, fachadas, conductos y encuentros estructurales. Estos caminos se denominan transmisiones laterales o flanqueos.

Mejorar solo la pared principal puede no cambiar el resultado si domina otro camino. El aislamiento depende del sistema constructivo completo.

31.23 Estanqueidad

Pequeñas ranuras y juntas abiertas pueden degradar mucho el aislamiento. Puertas, pasos de instalaciones y perímetros requieren sellado compatible con el movimiento y la seguridad del edificio.

Aumentar masa sin resolver fugas de aire suele ofrecer resultados menores de los esperados.

31.24 Ruido aéreo y ruido de impacto

El ruido aéreo excita una partición mediante presión sonora. El ruido de impacto nace de una fuerza aplicada directamente a la estructura, como pasos o golpes.

Los tratamientos son diferentes: el impacto suele requerir capas resilientes, pisos flotantes o desacoplamiento estructural además del cerramiento.

31.25 Objetivos según el uso

Una sala de conferencias prioriza inteligibilidad; un estudio necesita control espectral y reflexiones; una sala musical puede beneficiarse de reverberación más larga; una vivienda busca confort y aislamiento.

No existe un RT60 “correcto” para todos los espacios. El objetivo depende del volumen, la actividad, la ocupación y el rango de frecuencia.

31.26 Procedimiento básico de diseño

1. Definir uso, ocupación, ruido permitido y frecuencias relevantes.
2. Calcular volumen, superficies y absorción existente por bandas.
3. Estimar reverberación y revisar modos de baja frecuencia.
4. Controlar reflexiones problemáticas mediante absorción, difusión o geometría.
5. Diseñar aislamiento considerando todos los caminos de transmisión.
6. Medir el resultado y ajustar.

31.27 Ejemplo resuelto

Una sala mide 10 m × 7 m × 3 m. El piso tiene α = 0,20, el techo α = 0,60 y las paredes α = 0,10 para una banda determinada.

El volumen es 210 m³. Piso y techo miden 70 m² cada uno; las paredes suman 2·3·(10 + 7) = 102 m².

31.28 Calcular la reverberación con JavaScript

function calcularSala(largo, ancho, alto, alfaPiso, alfaTecho, alfaParedes) {
  const volumen = largo * ancho * alto;
  const piso = largo * ancho;
  const techo = piso;
  const paredes = 2 * alto * (largo + ancho);
  const superficie = piso + techo + paredes;
  const absorcion =
    piso * alfaPiso +
    techo * alfaTecho +
    paredes * alfaParedes;

  return {
    volumen,
    superficie,
    absorcion,
    alfaMedio: absorcion / superficie,
    rt60Sabine: 0.161 * volumen / absorcion
  };
}

console.log(calcularSala(10, 7, 3, 0.2, 0.6, 0.1));

31.29 Errores frecuentes

• Confundir tratamiento acústico interior con aislamiento entre recintos.
• Promediar coeficientes sin ponderarlos por el área.
• Usar un único coeficiente para todas las frecuencias.
• Aplicar Sabine en salas pequeñas o muy absorbentes sin revisar sus supuestos.
• Tratar la difusión como si eliminara energía del recinto.
• Mejorar una pared e ignorar puertas, juntas y caminos laterales.
• Buscar un RT60 objetivo sin considerar el uso y la ocupación.

31.30 Laboratorio interactivo de diseño de recintos

Modificá dimensiones y coeficientes para una banda de frecuencia. El laboratorio calcula absorción equivalente, coeficiente medio y RT60 mediante Sabine y Eyring.

31.31 Ejercicio resuelto: pérdida de transmisión

Una partición transmite una fracción de potencia τ = 0,0002. Calculemos su pérdida de transmisión.

const tau = 0.0002;
const perdidaTransmisionDb = 10 * Math.log10(1 / tau);
const porcentajeTransmitido = 100 * tau;

console.log({
  perdidaTransmisionDb: Number(perdidaTransmisionDb.toFixed(2)),
  porcentajeTransmitido
});

TL = 10 log₁₀(5000) ≈ 36,99 dB. Se transmite 0,02 % de la potencia incidente bajo las condiciones definidas.

31.32 Límites de los modelos

Sabine y Eyring resumen un recinto mediante promedios y suponen una distribución suficientemente difusa. No predicen posiciones individuales, reflexiones tempranas, ecos, focalizaciones ni modos concretos.

Los cálculos de aislamiento de elementos aislados tampoco incluyen automáticamente flanqueos y fugas. El diseño final requiere datos por bandas, simulación o medición y conocimiento constructivo.

31.33 Ejercicio propuesto

Una sala mide 8 m × 6 m × 3 m. El piso tiene α = 0,10, el techo α = 0,50 y las paredes α = 0,15 para una banda determinada.

1. Calculá el volumen y la superficie interior total.
2. Calculá el área de absorción equivalente.
3. Calculá el coeficiente medio.
4. Estimá el RT60 mediante Sabine.
5. Calculá cuánto cambia el RT60 si el techo aumenta a α = 0,80.

31.34 Ideas para recordar

• Absorber, reflejar, difundir y aislar son acciones acústicas diferentes.
• El área equivalente es Aeq = ΣαᵢSᵢ.
• Sabine estima RT60 ≈ 0,161V/Aeq en condiciones apropiadas.
• Coeficientes y tiempos de reverberación deben analizarse por frecuencia.
• Los modos dominan parte del comportamiento de baja frecuencia.
• El aislamiento depende del cerramiento completo, sus juntas y los caminos laterales.
• El objetivo acústico debe responder al uso real del recinto.