Ley de la Masa y Efecto de Coincidencia

La ley de la masa establece un aumento teórico de 6 dB en el aislamiento acústico cada vez que se duplica la masa superficial (m’) de la pared o cada vez que se duplica la frecuencia del sonido incidente.

El efecto de coincidencia ocurre cuando existe una frecuencia en la que la traza de la longitud de onda (λ) coincide con la longitud de onda de la onda de flexión (λB) que se propaga por la superficie, para un ángulo de incidencia θ. A esta frecuencia se le denomina frecuencia de coincidencia. Para cada ángulo de incidencia, solo existe una única frecuencia de coincidencia. La frecuencia más baja a la que comienza a producirse este fenómeno se llama frecuencia crítica (f_c) y se da para un ángulo de incidencia θ = 90º.

Aislamiento de una Pared Simple en Función de la Frecuencia (Incidencia Oblicua)

Tomando la frecuencia crítica (f_c) como referencia, se divide el espectro en tres tramos:

• Tramo 1 (f < f_c): Tramo controlado por la masa. Se aplica la ley de la masa.
• Tramo 2 (f ≈ f_c): Se produce el efecto de coincidencia. Tramo controlado por el amortiguamiento. Cuanto menor sea el amortiguamiento (η), mayor será la transmisión y menor el aislamiento.
• Tramo 3 (f >> f_c): Tramo gobernado por la rigidez a la flexión (B). Se puede despreciar el término del amortiguamiento. Se produce un aumento de 18 dB cada vez que se duplica la frecuencia.

Aislamiento de Particiones Delgadas y Homogéneas (Incidencia de Campo)

Se distinguen las siguientes zonas:

• Zona 1 (f < f₁₁): Zona controlada por la rigidez. Cuanto mayor es la rigidez, menor es el aislamiento al ruido aéreo. Se extiende hasta la frecuencia natural de la partición (f₀), y se puede extender hasta f₁₁ (f_pq: frecuencia de resonancia de flexión con p=1 y q=1). ‘k’ es un coeficiente numérico que depende del modo de fijación de los bordes (k=0.45 para bordes soportados, k=0.86 para bordes encastrados, k=0.6 para unión elástica).
• Zona 2 (f₁₁ < f < 2f₁₁): Zona controlada por las resonancias del sistema. Las variaciones de R son grandes y no hay una expresión que indique cómo varía el índice de reducción acústica. Los valores de aislamiento se calculan interpolando entre las zonas 1 y 3.
• Zona 3 (2f₁₁ < f < f_c): Zona controlada por la masa. Se aplica la ley de la masa a incidencia de campo. El índice de reducción acústica aumenta 6 dB cada vez que se duplica la masa o la frecuencia.
• Zona 4 (f ≈ f_c): Frecuencias próximas a la frecuencia crítica. Disminución importante del aislamiento debido al efecto de coincidencia. f_c se calcula conociendo la velocidad de las ondas longitudinales en la partición (c_L) y el espesor (h).
• Zona 5 (f > f_c): Importancia del factor de pérdidas total (η), que considera pérdidas internas, pérdidas por radiación de ondas de flexión libres y pérdidas de acoplamiento en el perímetro. Mayor factor de pérdidas implica mejor aislamiento. El incremento de R con la frecuencia es de unos 9 dB por octava.

Pared de Doble Hoja con Incidencia Normal

Para minimizar los efectos de la resonancia, se coloca material absorbente sonoro de alta frecuencia en la cavidad.

• Rango 1 (ω < ω₀): La presencia del material absorbente no afecta notablemente.
• Rango 2 (ω ≈ ω₀): El cambio en la impedancia específica (de aire a material poroso) modifica la frecuencia de resonancia. Mayor resistencia de flujo del material poroso implica mejor aislamiento, evitando el acoplamiento mecánico entre las hojas.
• Rango 3 (ω > ω₀) y Tramo B: El material absorbente reduce las resonancias de altas frecuencias, suavizando las curvas y mejorando el aislamiento.

Pared Doble con Incidencia Oblicua (θ ≠ 0)

Al incidir la señal con un ángulo θ ≠ 0, existe una frecuencia crítica f_c a partir de la cual aparece el efecto de coincidencia.

• Tramo A (f < f_crítica): Similar a una pared simple.
• Tramo B (f_l < f < f_crítica, donde f_l ≈ c₀/2d ): Aparecen resonancias en la cavidad, con mínimos y máximos de aislamiento. Estos máximos y mínimos se desplazan hacia altas frecuencias al aumentar el ángulo de incidencia, pero sus valores no varían.
• Tramo C (f > f_crítica): Se produce el efecto de coincidencia. Se debe evitar que las dos hojas sean iguales para que el efecto de coincidencia de cada hoja no ocurra a la misma frecuencia.

Capa Límite Acústica

En espacios reducidos, existe pérdida de energía sonora debido a los efectos en la capa límite acústica. Esta capa, en aire y a frecuencias audibles, tiene un espesor submilimétrico.

En una pared rígida e impermeable expuesta a un flujo de gas oscilante paralelo a la superficie:

• En la superficie de la pared: la velocidad es cero y la temperatura se mantiene constante (mayor inercia térmica de la pared).
• Lejos de la superficie: las propiedades del flujo (densidad, velocidad, temperatura) oscilan sinusoidalmente y el movimiento es isentrópico.

Los valores de velocidad y temperatura varían desde sus valores fijos en la superficie hasta los valores sinusoidales lejos de la superficie a través de la capa límite acústica.

Factores a Considerar en el Aislamiento (R) para Particiones Dobles

• Masa de cada hoja.
• Frecuencia crítica de cada hoja.
• Frecuencia de resonancia del sistema.
• Frecuencia de resonancia de la cavidad.
• Conexiones entre las hojas.
• Formas de montaje.