Insonorizando la cabina de radio o estudio de grabación

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En la entrada anterior explicaba un poco algunas consideraciones para acondicionar acústicamente la cabina de radio y así poder tener un sonido claro para la locución o grabación de voz, hoy nos toca aislarnos del ruido externo, vamos a ver como es esto del aislamiento acústico y de paso derribar algunos mitos en el camino.

¿De que hablamos cuando hablamos de aislamiento acústico? Según la Wikipedia:

Aislar supone impedir que un sonido penetre en un medio o que salga de él. Por ello, para aislar, se usan tanto materiales absorbentes, como materiales aislantes. Al incidir la onda acústica sobre un elemento constructivo, una parte de la energía se refleja, otra se absorbe y otra se transmite al otro lado. El aislamiento que ofrece el elemento es la diferencia entre la energía incidente y la energía transmitida, es decir, equivale a la suma de la parte reflejada y la parte absorbida. Existen diversos factores básicos que intervienen en la consecución de un buen aislamiento acústico:

Factor másico. El aislamiento acústico se consigue principalmente por la masa de los elementos constructivos: a mayor masa, mayor resistencia opone al choque de la onda sonora y mayor es la atenuación. Por esta razón, no conviene hablar de aislantes acústicos específicos, puesto que son los materiales normales y no como ocurre con el aislamiento térmico.

Factor multicapa. Cuando se trata de elementos constructivos constituidos por varias capas, una disposición adecuada de ellas puede mejorar el aislamiento acústico hasta niveles superiores a los que la suma del aislamiento individual de cada capa, pudiera alcanzar. Cada elemento o capa tiene una frecuencia de resonancia que depende del material que lo compone y de su espesor. Si el sonido (o ruido) que llega al elemento tiene esa frecuencia producirá la resonancia y al vibrar el elemento, producirá sonido que se sumará al transmitido. Por ello, si se disponen dos capas del mismo material y distinto espesor, y que por lo tanto tendrán distinta frecuencia de resonancia, la frecuencia que deje pasar en exceso la primera capa, será absorbida por la segunda.

Factor de disipación. También mejora el aislamiento si se dispone entre las dos capas un material absorbente. Estos materiales suelen ser de poca densidad (30 kg/m3 – 70 kg/m3) y con gran cantidad de poros y se colocan normalmente porque además suelen ser también buenos aislantes térmicos. Así, un material absorbente colocado en el espacio cerrado entre dos tabiques paralelos mejora el aislamiento que ofrecerían dichos tabiques por sí solos. Un buen ejemplo de material absorbente es la lana de roca, actualmente el más utilizado en este tipo de construcciones.

Entonces comencemos.

Propagación del sonido

Una fuente de sonido cualquiera como la bocina de un coche, un taladro neumático, un grito, la musica o cualquier sonido se transmite de dos maneras diferentes al recinto que queremos aislar.

neumatico

La primera forma es la transmisión aérea y son las ondas de sonido que inciden directamente en las paredes del recinto y atraviesan las mismas o se cuelan por cualquier abertura, puertas y ventanas abiertas o los intersijos no sellados de las mismas, ductos de ventilación etc etc

La otra forma es la transmisión mecánica o por vibración y esta se cuela de manera estructural por paredes, piso o techo del recinto. En ocasiones es la más complicada de atacar.

Factor másico

Como leíamos antes en la Wikipedia el principal aislamiento o el principal factor de aislamiento es la masa de los objetos que se interpongan ante el sonido, en pocas palabras la masa de las paredes, cuanto mas gruesa (con mas masa) una pared mas nos aislará del ruido.

Pero saber esto no alcanza por varios motivos, primero por que no va a ser muy práctico construir una pared de 1 mt de profundidad de plomo (el mejor aislante acústico conocido) y también por que la aislación por masa no es pareja a todas las frecuencias del espectro audible es decir que una pared no aísla igual a bajas que a altas frecuencias, además existe algo llamado frecuencia crítica de lo que hablaré en un momento.

El espectro audible de frecuencias va desde los 20Hz a los 20000Hz aproximadamente y a los efectos de la aislación no se toman en cuenta frecuencias superiores a los 4000Hz ya que la aislación va aumentando con el aumento de frecuencias y por encima de los 4000Hz se considera siempre suficiente.

En la siguiente tabla podemos ver la aislación típica de algunos materiales

tabla_aislacionBuenas noticias de entrada seguramente tendremos unos 40dB de aislación en los casos mas típicos, pero para saber como vamos a aislar debemos saber primero de que nos debemos aislar.

Que aislar

Entonces vamos a medir con un decibelímetro afuera del recinto y dentro del mismo a unos 30cm de la pared para ver cual es el nivel de presión sonora, dicho de otra manera la cantidad de ruido que hay en el ambiente y la que se nos cuela en la sala que queremos aislar.

Para tener una idea de los valores aceptados comúnmente por la norma podemos ver la siguiente tabla

clasificacion ambientesSi además del decibelímetro contamos con un analizador de espectro mejor que mejor, ya que sabremos el nivel del ruido y también las frecuencias que mas preponderancia tienen en ese ruido. Como no siempre contaremos con un aparato de estos para las mediciones decir que existen algunas aplicaciones para el celular que luego de calibradas si bien no son exactas nos sirven para tener una buena aproximación de lecturas, solo deben buscar db o meter o decibelio y aparecerán varias, algunas tienen hasta analizador de espectro.

Comportamiento de las paredes

Existen básicamente 2 tipos de paredes las de obra húmeda y las de obra seca, por obra húmeda se entienden los materiales como bloques, ladrillos, hormigón etc y por obra seca placas de yeso, placas de madera, pvc, MDF etc. Las diferencias entre estos tipos las veremos enseguida.

Este es el comportamiento de una pared según la ley de masas

ley de masas

La ley de masas nos dice que el aislamiento crece  6dB cada ves que se duplica la frecuencia, quiere decir que por ejemplo el aislamiento a 125Hz será 6dB menor que a 250Hz y este a su ves 6dB menor que a 500Hz.

Si esto es así como lo venimos contando ¿Que está pasando en ese gráfico alrededor de los 400Hz? La curva según lo visto debería ir subiendo y sin embargo hay una caída del aislamiento (en la zona 2 de Ley de masas corregida) que puede verse en verde. Este comportamiento se debe a un fenómeno llamado Frecuencia Crítica y quiere decir básicamente que la pared vibra en sintonía con el sonido a una frecuencia determinada y con un ángulo de incidencia determinado, en teoría a esa frecuencia y con un ángulo determinado de incidencia la aislación de la pared sería nula o sea que los sonidos en esa frecuencia pasarían expreso.

frecuancia critica

Por suerte esto no es tan así en la practica ya que el ángulo de incidencia casi nunca es el mismo entonces esa caída se suaviza, de todas maneras si hay una perdida de aislación importante a esas frecuencias como se ve en el gráfico, hasta que la frecuencia sube por encima de la crítica (zona3 Ley de masas) y se vuelve a cumplir la ley de masas .

ley de masas

Aquí aparece algo interesante para nuestros fines ¿Recuerdan que antes hablamos de materiales húmedos y materiales secos? pues bien la diferencia entre ellos es justamente su frecuencia crítica. Los húmedos como el ladrillo, hormigón, bloques de cemento, bloques cerámicos etc tienen una frecuencia crítica baja cercana a los 500Hz mientras los materiales secos como las placas de yeso, madera, PVC, MDF etc tienen una alta en el orden de los 1000 – 3000Hz, esta característica si la usamos bien jugará a nuestro favor como veremos mas adelante.

Entonces si como dice la ley de masas cuanto mas masa mas aislación y resulta que por ejemplo tenemos una pared de bloques que tiene un aislamiento típico de 45dB ¿Que pasaría si le monto otra igual pegada a esta? Fantástico, el doble de masa el doble de aislamiento. Lamentablemente esto no es así y al duplicar la pared una pegada a la otra obtendremos 6dB mas de aislamiento, en este caso unos 51dB en total y además ocurre otro fenómeno a tener en cuenta y es que la frecuencia crítica del material sube un poco menos del doble, supongamos que era 400Hz mas o menos llegaría a los 700Hz.

Paredes dobles con cámara de aire

Como vimos duplicar las paredes pegadas no era tan buen negocio como parecía en un principio ¿Que pasa entonces si separamos las paredes dejando una cámara de aire?

dosounapared

Veamos en la imagen a nuestra derecha el comportamiento del sonido sobre una pared simple (una hoja) la energía como sonido viene transportándose hasta chocar contra la pared por el medio aéreo, cuando ingresa a la pared pasa a transportarse en un medio sólido, esto causa un desacople de impedancias (al igual que en la electrónica cuando tenemos impedancias iguales se logra la máxima transferencia de energía) y un cambio de impedancias se traduce en una perdida de energía.

Cambio de aire a sólido primer perdida de energía, luego en el momento que atraviesa la pared para salir nuevamente se produce otra caída de energía.

Si ponemos dos paredes juntas (pegadas) estos desacoples serán los mismos y la aislación total será para una pared de ladrillos (para hacer juego con la imagen) unos 42dB  + los 6dB extras que aporta la segunda pared pegada, unos 48dB en total, claro aumenta la aislación pero no rinde.

Ahora si miramos nuevamente la imagen

dosounapared

A nuestra izquierda vemos dos paredes separadas por una cámara de aire y si miramos la linea de las caídas de energía nos daremos cuenta fácilmente que hay mas caídas de energía en paredes separadas  debido a que tiene que cambiar de medio de transporte mas veces, entonces estaríamos logrando la aislación inicial de 42db + los 6dB extras de la segunda pared pero con un mejor rendimiento en la aislación del conjunto debido a las mayores perdidas de energía al pasar de un medio a otro.

Como lo bueno dura poco veamos algo.

muelle_resonancia

Como vimos al usar 2 paredes separadas ganamos aislación pero también al cambiar el sistema aparecen otras reglas de juego y aparecen 2 problemas nuevos: la frecuencia de resonancia y la de cámara.

La frecuencia de Resonancia se puede definir como una frecuencia a la que el conjunto pared + cámara de aire + pared vibra mas.

La frecuencia de Cámara es la que las ondas estacionarias son mayores.

Si inclinamos una de las paredes, obviamente la de yeso estamos minimizando el efecto de la frecuencia de cámara y además por los mismos motivos mejoraremos la acústica del interior de la sala que estamos insonorizando al reducir también en ella las ondas estacionarias.

Para subsanar este fenómeno nuevo vamos a agregar otro elemento a nuestra aislación.

tabique

En esta nueva imagen vemos 2 cambios con respecto a la pared doble anterior, en amarillo vemos que se ha añadido material absorbente (típicamente lana de roca o lana de vidrio) y que se cambio la segunda pared por una de yeso.

Al colocar un material absorbente en la cámara hacemos que esas frecuencias que andaban resonando y las vibraciones sean atenuadas con lo que estaríamos minimizando los dos efectos enunciados mas arriba.

Decir que los materiales absorbentes no tienen propiedades aislantes, mas bien dejan pasar el sonido con facilidad pero, si lo ponemos en la cavidad entre las dos paredes mejoran el conjunto de la aislación ya que como dijimos atenúan las frecuencias de cámara y resonancia.

Suele suceder  que mucha gente coloca materiales absorbentes de la siguiente manera

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Así colocados no sirven de nada para la aislación (si para el acondicionamiento acústico como vimos en la entrada anterior) entonces solo ponerlos en la cámara de aire entre las dos paredes.

¿Por que cambiamos una de las paredes de ladrillo por un panel de yeso laminado? Si recuerdan hablamos de materiales húmedos y secos, dije que su característica mas notable es que los primeros tienen una frecuencia crítica baja (unos 400 o 500Hz) mientras los segundos la tienen alta (de los 1000 a los 3000Hz) entonces por deducción podemos darnos cuenta que las bajas frecuencias que atraviesen el ladrillo por su frecuencia crítica no atravesarán el yeso, así como las altas frecuencias que eventualmente atravesarían el yeso no llegarán al mismo ya que no pueden atravesar el ladrillo, quiere decir que los distintos tipos de materiales se complementan en el sistema aislante mejorando el conjunto.

Cuando por razones constructivas no podamos poner materiales distintos deberemos usar espesores diferentes en cada pared esto actúa mas o menos de manera similar. Una de las paredes deberá ser de aproximadamente la mitad de espesor que la otra, por ejemplo si tenemos una lamina de yeso de 15mm la otra debería ser de 6mm.

Veamos gráficamente esto de los materiales

frecuencias_criticas

Se puede ver en rojo la curva típica del material húmedo y en verde la correspondiente al material seco y como estas se complementan para ofrecer una mejor aislación.

Manos a la obra

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Supongamos que tenemos una habitación de ladrillos, la idea es hacer una habitación flotante dentro de la original.

Piso flotante

Como vimos al principio de la entrada el sonido se transmite de dos formas, de manera directa o aérea y por transmisión mecánica. Para evitar esta ultima se crean pisos flotantes que consiste en colocar una membrana antimpacto en el piso original y luego una loza encima de la misma de esta manera se evita la transmisión de vibraciones desde el piso a las paredes y al revés.

colocando piso

Para que funcione la lana de roca, lana de vidrio, membrana de caucho etc se debe dejar doblada y sobrante sobre las paredes originales de la sala, para que las nuevas paredes a colocar se apoyen en este material y nunca contra el suelo original ni las paredes originales.  Esto puede verse aquí.

piso

Trasdosado

yeso

A la hora de colocar la perfilería para las laminas de yeso debemos poner una aislación de caucho o neopreno entre la pared y el perfil para evitar la transmisión de vibraciones.

neopreno

Los perfiles de metal aunque los montemos con los mencionados aisladores tienen tendencia a vibrar demasiado así que si podemos debemos sustituirlos por tirantes de madera igualmente aislados de la pared, la madera transmite mucho menos vibración, esto por supuesto encarece el trabajo, además de llevar mas tiempo, pero el resultado final de la aislación es mejor.

Veamos una imagen de una habitación donde se instalaron las paredes de lamina de yeso con material absorbente en la cavidad, a su ves estas paredes se apoyan en un piso flotante.

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En la pared del fondo puede verse el material absorbente.

La puerta

De nada sirve aislar todas las paredes, techo y piso si por la puerta se cuelan todos los sonidos arruinando el anterior trabajo. Si es una puerta interior deberemos desmontarla, desarmarla y luego de previo relleno con material absorbente sustituir las delgadas hojas de contrachapado por una lamina de MDF de fina 5mm por ejemplo y del otro lado una mas gruesa del mismo material unos 12 o 15mm.

Normalmente las puertas interiores son muy débiles ya que se construyen pensando en gastar lo menos posible, muchas veces ni desármalas podremos, así que lo mejor es hacer una siguiendo los consejos anteriores.

Deberán tener contramarcos en cuyo perímetro colocaremos tiras de neopreno o algún caucho para que al cerrar quede hermético y no pase el sonido, debajo pondremos también un listón de madera con neopreno sobre el que apoya la puerta al cerrar.

Ventanas

Si se deben dejar ventanas y es solo a los efectos de iluminación que sean fijas tipo pecera, si se deben abrir que sean batientes, con doble vidrio de distinto grosor y material absorbente en todo el perímetro de la cámara de aire, además no olvidemos los granitos de silica gel si es que queremos ver a través de la ventana.

Consideraciones finales

Si tenemos en cuenta todo lo expuesto aquí a la hora de planificar y ejecutar la insonorización del local tendremos buenas posibilidades de éxito.

Por ultimo comentar algunos mitos que debemos descartar de lleno

Nº 3- Paredes de arena

En el caso que lográramos que las paredes no cedieran al peso y presión de la arena dentro, lo único que conseguiríamos sería empeorar el sistema pared, cavidad, pared ya que le restaríamos cambios de impedancia al eliminar el aire y por otro lado estaríamos transmitiendo vibraciones a mas no poder.

Nº2- Materiales absorbentes pegados a una cara externa de las paredes

Como comentamos hace rato ya, esto es común de ver y se piensa que los absorbentes puestos así aíslan, pues no, a los efectos de aislación esto no sirve de nada.

Nº1- Hueveras.

La vieja y querida caja de huevos solo sirve para poner huevos.

Bibliografía y material de consulta

Algunos consejos para el buen fin de un proyecto de insonorización.

.Los gráficos de la entrada fueron re dibujados a partir de los de el excelente sitio sobre acústica Acústica fácil

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