Comportament Acústic a Panells Sandwich

La contaminació acústica és un factor determinant durant la definició de la qualitat ambiental. De fet, no només representa una greu amenaça per a la salut i el benestar fisicopsíquic de l’ésser humà, sinó que també té efectes sensibles en la valoració dels immobles, ja que una casa o un edifici realitzats en un ambient sorollós són molt menys atractius.

El desenvolupament de l’acústica en les darreres dècades ha estat notable i, al mateix ritme, s’han desenvolupat normes relacionades amb diferents tipus de mesures acústiques. Aquesta normalització s’ha fet necessària a causa del creixement exponencial del nivell sonor a les zones urbanes.

Les normes que regulen els nivells admissibles de contaminació acústica tenen en compte els factors següents:

el soroll transmès pels edificis industrials al medi ambient;
el soroll produït pel trànsit i transmès als edificis circumstants;
els nivells de soroll dins edificis i tallers;
les condicions d´aïllament sonor entre les habitacions d´un edifici.

Com és evident, el control del soroll característic i exponencial d’un edifici necessita tenir en consideració, de manera minuciosa, durant la fase de projectació cadascun dels aspectes de la construcció o reestructuració. Per això, cal verificar els aspectes següents:

l’aïllament acústic de les façanes exteriors;
l’aïllament acústic dels divisors verticals i horitzontals;
l’aïllament al trepitjat dels terres;
el nivell d’emissió acústica de les instal·lacions sanitàries;
el soroll de les instal·lacions de servei (ascensors, instal·lacions de climatització, autoclaus, etc.).

Per tant, és durant la fase de projectació quan pren forma i es possibilita la protecció autèntica contra els sorolls exteriors i interiors de l’edifici.

Naturalesa del so

El so es pot considerar un tren de vibracions, produïdes per una font vibrant, que es propaguen a través de l’aire sota forma d’ones de pressió i que, localment, causen condicions de compressió i rarefacció. Les partícules d’aire s’exciten gràcies a aquestes ones i oscil·len de manera casual, transferint la seva energia a les partícules properes, i així successivament. Així s’arriba al moment en què aquestes arriben a una oïda humana, que percep aquest moviment com una variació de pressió i, per acabar, com a so.

Els paràmetres fonamentals del so són la freqüència i la pressió: la mesura de la intensitat del so quan aquesta arriba a una oïda humanaLa unitat de mesura de la freqüència és el herzi, que es tradueix en nombre de cicles per segon (ones de vibració per segon ). Els adults tenen un interval d’audibilitat que va de 20 Hz a 20.000 Hz, encara que el cos humà pot estar influït per sons que es trobin fora d’aquest interval. Un so per sota de 20 Hz rep el nom d’infrasò, mentre que els ultrasons es donen per sobre de 20.000 Hz.

En qualsevol cas, amb una freqüència concreta, l’oïda humana respon a la pressió sonora, la unitat de mesura de la qual és el Pa (N/m2). La pressió sonora més baixa que una oïda humana mitjana és capaç d’advertir és d’aproximadament 2 x 10-5 Pa, mentre que el límit superior a partir del qual l’orella comença a sentir dolor és d’aproximadament 20 Pa.

A causa d’aquest ampli interval, els nivells de pressió sonora s’expressen normalment usant una escala logarítmica. Per tant, pel fet que l’energia d’una ona sonora és proporcional al quadrat de la pressió sonora, la següent equació permet definir la unitat de mesura usada generalment per a la pressió sonora, el decibel (dB):

N p2 p

= 10 log ––– = 20 log –––

po2 po

en què:Np = nivell de pressió sonora (dB)

p = pressió sonora efectiva (Pa)

po = pressió sonora de referència: 2 x 10-5 Pa.

La sensibilitat de l’orella humana a la pressió sonora varia amb diverses freqüències. El nivell mínim que pot percebre l’oïda humana a una freqüència determina es coneix com a llindar d’audibilitat. El llindar d’audibilitat és diferent de persona a persona i, a més, també canvia amb l’edat. Quan el so percebut per l’oïda es converteix en més fort, arriba a un nivell en què l’oïda humana comença a advertir una molèstia intensa. Aquest nivell es coneix com a llindar del dolor i té un valor de 140 dB aproximadament. Aquests límits, juntament amb els nivells típics aproximats que es donen durant una conversa, o quan se sent música, es donen a la Fig. 10.1.

Paràmetres acústics fonamentals

El so pot ser absorbit, transmès o reflectit. Quan una ona sonora colpeja un divisor, com ara una cobertura o una paret, es reflecteix una part de l’energia sonora, una altra part s’absorbeix dins del material i una altra es transmet a través d’aquell, com es mostra a la Figura 10.2.

Absorció

El percentatge de so incident que es reflecteix, absorbeix o transmet depèn de l’element de construcció, del material amb què s’ha fabricat i de la freqüència del so. Basant-nos en això, podem definir tres paràmetres acústics:

coeficient d’absorció, ? = percentatge del so incident absorbit per l’element;
coeficient de reflex, ? = percentatge del so incident reflectit per l’element;
coeficient de transmissió, ? = percentatge de so incident transmès per l’element.

Conceptes d´aïllament acústic i absorció acústica

L’aïllament acústic representa la capacitat d’un element (per exemple, un panell sandvitx) d’impedir que les ones sonores incidents el travessen. Aquesta característica és de gran importància en totes les aplicacions on es pretén reduir la transmissió de soroll des d’un ambient a l’adjacent (Fig. 10.3). La capacitat d‟aïllament acústic depèn de la freqüència del so i de la massa per unitat de superfície del divisor.

L’absorció acústica expressa la capacitat de la capa aïllant de l’element divisor (per exemple, la llosa de llana mineral d’un panell sandvitx) d’absorbir l’energia sonora que hi incideix. Aquesta característica té una importància extrema en totes les aplicacions on es pretengui reduir el nivell de soroll dins d’un ambient (Fig. 10.4).

Aïllament acústic

Aspectes fonamentals de l’aïllament acústic

El so aeri és el que es genera en una habitació o una instal·lació industrial des d’una font com un altaveu, una conversa entre diverses persones, una televisió, etc. (no s’ha de confondre amb el so d’impacte, produït per forces aplicades directament sobre l’estructura; per exemple, per petjades). Es pot transmetre a ambients adjacents oa l’exterior amb diferents recorreguts de transmissió, com ara parets divisores, terres, l’estructura portant de l’edifici, finestres, portes i conductors, com es mostra a la Fig. 10.5.

La reducció neta de l’energia sonora produïda per via aèria i transmesa a través de totes aquestes vies de propagació es coneix com a aïllament davant del so generat per via aèria o, simplement, com a aïllament acústic.

En especial, és possible distingir entre dos mètodes diferents de propagació: la propagació directa, en què l’energia sonora passa directament a través de l’element divisor, i la propagació indirecta, on l’energia sonora passa a través de l’estructura circumdant.

La propagació directa es dóna quan una paret que separa dos ambients adjacents comença a vibrar quan la copeja una ona sonora, provocant la difusió del so més enllà de la paret. Per minimitzar al màxim aquest fenomen, cal limitar la possibilitat de vibració de la paret, fet que implica un estudi minuciós de les característiques elàstiques i de dissipació dels materials de construcció. Una anàlisi d’aquest tipus no pot prescindir dels mesuraments al laboratori realitzats per determinar les propietats aïllants dels materials, per establir dades de projecte o per comprovar la conformitat dels materials de construcció amb les normes en vigor.

La propagació indirecta permet al so assolir l’habitació receptora mitjançant recorreguts més tortuosos que els que segueix el so directe. Les parets o els terres que es troben al costat de l’element divisor constitueixen els recorreguts principals de propagació indirecta, però aquest fenomen també es pot donar amb portes, finestres, buits de sostres suspesos i altres elements capaços de reduir la capacitat d’aïllament acústic de l’ambient.

En aquest cas, la possibilitat de reduir o eliminar les fuites d’aire a prop de l’element divisor produeix un efecte significatiu en les prestacions acústiques d’aquell. Com és lògic, és altament improbable que el material que s’examina demostri a la pràctica les mateixes característiques detectades en condicions ideals, al lloc de la prova. Per això, en qualsevol problema d’aïllament acústic, resulta essència considerar els dos mètodes de propagació i identificar les parts més febles de la construcció.

El mesurament fonamental d’aïllament acústic proporcionat per una paret divisora s’anomena índex de reducció sonora, pèrdua de transmissió sonora o capacitat d’aïllament acústic: s’indica amb el símbol R i es mesura en decibels (dB).

El valor de R s’obté al laboratori, sotmetent la mostra de prova a un test d’aïllament acústic. Com que no es té en compte cap mecanisme de propagació indirecta, aquest valor indica la capacitat de l’element provat a reduir la transmissió d’energia sonora d’un ambient a un altre, i és característic de les propietats físiques de l’element (Fig. 10.6).

Quan els mesuraments s’efectuen en un edifici real i inclouen els efectes units a la propagació indirecta del so, les pèrdues sonores, etc., el paràmetre de mesurament de l’aïllament acústic s’anomena índex de reducció sonora aparent, pèrdua de transmissió sonora aparent o capacitat d’aïllament acústic aparent: s’indica amb R’ i també es mesura en decibels (dB) (Fig. 10.7).

W1 = Energia sonora incident a la paret,
W2 = Energia sonora transmesa a través de la paret
W3 = energia sonora transmesa de manera lateral a través de l’estructura adjacent

El poder d’aïllament acústic R varia depenent de la densitat superficial? de la paret, és a dir, depenent de la massa per unitat de superfície del divisor (d’acord amb la llei de masses) i de la freqüència f del so.

La llei de masses expressa una clara relació entre la massa per unitat de superfície d’una paret i les seves propietats d’aïllament acústic: si es considera la paret amb més massa de superfície amb més capacitat de contrarestar els moviments vibrants induïts generalment per les ones sonores incidents , aquesta llei prediu que, cada vegada que la masses per unitat de superfície d’una paret d’una sola capa es doblega, l’índex de reducció sonora augmenta en uns 6 dB, reduint de forma dràstica la càrrega de pressió sonora absorbida físicament pel ser humà.

A les aplicacions pràctiques de construcció, la paret de doble capa constitueix la solució preferida quan cal aïllar acústicament dos ambients adjacents, ja que el buit entre les dues capes es pot omplir amb un material adequat per als valors d’aïllament acústic que es vol obtenir . La capacitat dʻaïllament acústic dʻuna paret de doble capa augmenta considerablement quan sʻintrodueix una llosa de llana mineral entre les dues parets.

Cal precisar que, tot i millorar l’aïllament acústic en un lloc habitable, el soroll de baixa freqüència és molt costós i difícil d’aturar.

Les ones sonores a baixa freqüència, a causa de les seves dimensions elevades, tendeixen a embolicar tot l’ambient, portant tota l’estructura a vibrar a l’uníson. En aquest cas, els sistemes comuns d‟aïllament acústic no són eficaços per bloquejar aquestes ones, ja que són molt grans.

Propagació indirecta del so

La propagació indirecta tracta els sons transmesos a ambients adjacents a través de les estructures que hi ha dins de l’element divisor. Aquest factor s’ha de tenir necessàriament en compte quan es fan servir elements sandvitx.

Els següents són exemples de solucions estructurals en què es pot obtenir una propagació indirecta del so:

una paret externa, construïda amb panells sandvitx, passa a través d’un terra o una paret divisora interior, capaç d’oferir un alt grau d’aïllament acústic;
murs divisors interns, caracteritzats per uns valors elevats d’aïllament acústic, connectats a un sostre construït amb panells sandvitx.

En tots dos casos, el so es transmet principalment a través de les estructures que es troben al voltant de l’element divisor (la paret exterior i el sostre), ja que aquest constitueix un recorregut de preferència a través del qual es pot propagar el so. La Figura 10.9 mostra dos exemples de solucions que poden ajudar a reduir el risc de propagació indirecta.

Índex de reducció sonora per a orificis i fissures

L’índex de reducció sonora ofert per orificis i fissures és gairebé igual a 0 dB. Per tant, la influència d’orificis i fissures pot ser important, per exemple, en correspondència de connexions entre panells sandvitx, portes i finestres sense l’aïllament correcte i, en definitiva, qualsevol obertura necessària present en parets divisores.

Si a les fissures hi ha un material d’absorció acústica, aquest assegura un índex de reducció sonora més elevat en aquests casos. Així s’aconsegueix que la connexió entre els panells sandvitx amb capa aïllant en llana mineral no és tan crítica com ho pot ser la connexió entre panells en escuma poliuretànica rígida, ja que posseeix una capacitat d’absorció acústica molt reduïda.

Un fenomen reconegut a les estructures sandvitx és la deflexió del panell, relacionada amb una diferència de temperatura que es genera entre les seves superfícies exteriors, i que pot tenir un impacte poc favorable en la reducció sonora.

Test d'aïllament acústic per determinar l'índex de reducció sonora

El mètode de prova per al mesurament de l’índex de reducció sonora, R, d’un panell sandvitx, es realitza d’acord amb les normes internacionals següents:

EN ISO 140-3:1995, Acústica – Mesurament de l’aïllament acústic en edificis i d’elements de construcció – Part 3: mesuraments de laboratori d’aïllament d’elements de construcció al so generat per via aèria;
EN ISO 717-1:1996, Acústica – Classificació de l’aïllament acústic en edificis i d’elements de construcció – Part 1: aïllament al so generat per via aèria.

El mètode de prova necessita l’ús de dues càmeres adjacents: una de les càmeres es fa servir com a “càmera font”, produint-hi un camp sonor (amb l’ajuda d’una font sonora, com un altaveu omnidireccional), i l’altra es considerarà la “càmera de recepció” (Fig. 10.10).

Les càmeres estan separades per una paret comuna, equipada amb una obertura on s’ha de fixar la mostra que s’ha de provar, com es mostra a les Fig. 10.11 i 10.12.

Les càmeres de prova del laboratori són càmeres reverberants, construïdes amb la finalitat d’evitar qualsevol possible fuga sonora, de manera que, durant el test, tota l’energia s’arribi a la càmera de recepció exclusivament a través de la paret de prova (Fig .10.13).

Si indiquem amb L1 (dB) el nivell de pressió sonora mitjà a la cambra de la font i amb L2 (dB) a de la cambra de recepció, l’índex de reducció sonora entre les dues cambres queda determinat per:

R = L1 – L2 + 10 log S – 10 log A

on S és l’àrea del tauler de mostra (m2), i A és l’absorció total de la càmera de recepció (m2).

Al final de la prova, l‟organisme de certificació processa els resultats i emet un informe de la prova (Fig. 10.14) que consisteix en un gràfic de l‟índex de reducció sonora segons diverses freqüències.

Les corbes de l’índex de reducció sonora, amb el variar de la freqüència, dels panells PanelORG® Wall Sound de 100, 80 i 50 mm de gruix, es mostren al gràfic següent (Fig. 10.15)

Valors indicatius d'aïllament acústic de panells sandvitx

Els valors de l’índex de reducció sonora obtinguts usant panells sandvitx són més elevats en els casos en què la capa d’aïllament és de llana mineral i no d’escuma de poliuretà.

Els panells sandvitx en escuma PUR permeten obtenir valors díndex de reducció sonora sempre equivalents a 25 dB.

Els valors d’índex de reducció sonora garantits pels panells de llana mineral són clarament més elevats i depenen de l’espessor del panell. Els valors aproximats es donen al Quadre 10.2:

Gruix (mm)	Índex de reducció sonora R (dB)
50	27
80	28
100	30
120	32
150	33

Quadre 10.2: Valors indicatius de l’índex de reducció sonora de panells de llana mineral

Absorció acústica

Aspectes fonamentals de l’absorció acústica

Els panells sandvitx s’usen generalment com a parets i cobertures de fàbriques i tallers: aquests es caracteritzen generalment per uns nivells de soroll que sovint són molt elevats.

En cas que es facin servir panells amb superfícies metàl·liques i que no es predisposi cap sistema addicional d’absorció sonora, la qualitat de l’acústica de l’edifici pot no ser satisfactòria, ja que la major part del so es reflecteix al seu voltant.

Per millorar la qualitat de l’acústica cal instal·lar, dins dels ambients, materials d’absorció acústica, fixant-los sota les cobertures o les parets. Alguns materials comuns d’absorció acústica són les teules del sostre, els elements de mobiliari tous o les pantalles. Aquests i altres materials d’absorció acústica més especialitzats es fan servir a oficines, centres d’atenció al client, cinemes, teatres, estudis de música i de televisió, fàbriques, tallers, vehicles, etc.

En qualsevol cas, els panells sandvitx amb superfícies metàl·liques i nucli en llana mineral, on una de les superfícies es troba perforada, tenen propietats d’aïllament i absorció acústics i es presten bé per al seu ús com a murs divisors (en els quals no és necessària una barrera per al vapor) ia la carrosseria de màquines. Malauradament, l’ús d’aquests panells és especialment crític en aplicacions de cobertura i parets d’edifici escalfades, quan la temperatura exterior arriba a valors especialment baixos, ja que aquests panells no tenen propietats de barrera per al vapor i poden causar fenòmens de condensació i degoteig .

Un exemple de panell sandvitx amb les característiques esmentades és el PanelSandwich.ORG PanelORG® Wall Sound, que es mostra a la Fig. 10.16.

La material constant, que defineix la capacitat d’un material d’absorbir el so, es coneix com a coeficient d’absorció sonora, ?. El coeficient d’absorció sonor varia amb la freqüència del so.

Aquest coeficient indica la relació entre lenergia absorbida i lenergia incident i, per tant, varia entre 0 (reflex total) i 1 (absorció total). Les propietats d’absorció acústica d’objectes, com cadires o proteccions encoixinades, es quantifiquen mitjançant un paràmetre anomenat àrea d’absorció acústica equivalent, que és l’àrea d’una superfície perfectament absorbent (? = 1), capaç d’absorbir la mateixa quantitat de so incident absorbida per lobjecte real.

Test d’absorció acústica per a la determinació del coeficient d’absorció

Un mètode de prova per mesurar la capacitat d’absorció acústica tant de materials plans com de catifes o teules acústiques, com de materials únics com cadires, pantalles acústiques i coixins encoixinats, es basa en l’ús d’una càmera reverberant.

La prova es fa d’acord amb la norma internacional EN ISO 354:2003 “Acústica

Mesurament de l’absorció acústica en una càmera reverberant”.

El mètode necessita crear un camp sonor en una càmera reverberant, inicialment buida. Quan la font sonora s’apaga, es mesura el temps de reverberació: aquest és el temps necessari perquè el nivell de pressió sonora dins la càmera baixi de 60 dB.

Després, la mostra de prova es col·loca a la càmera i el temps de reverberació es mesura de nou. Gràcies a les propietats dabsorció acústica de la mostra, el temps de reverberació ha de ser més breu. Per tant, els dos temps de reverberació així detectats permeten calcular l’àrea d’absorció acústica equivalent de la mostra.

La mostra de prova ha de ser rectangular, amb una relació entre l’amplada i la longitud que variï entre 0,7 i 1 (Fig. 10.17). S’ha de col·locar directament contra una superfície de la cambra, generalment recolzada a terra i, preferiblement, amb les vores que no es trobin en paral·lel amb els costats de la cambra.

Les vores de la mostra s’han de segellar o cobrir per evitar que absorbeixin energia sonora, amb una armadura de reflex acústic d’acer, fusta o taules de guix. En qualsevol cas, si les vores de la mostra de prova es deixen descobertes a les aplicacions pràctiques en què s’hagi d’usar normalment, també s’han de deixar descobertes durant el test.

Si la mostra de prova s’obté de la unió de dues peces de material o més, pot ser necessari cobrir les juntes amb cinta adhesiva, amb un material aïllant adequat o amb un altre material sense absorció acústica: així s’impedeix que la mostra de prova absorbeixi energia sonora en correspondència de les juntes.

El resultat de les proves és una corba que descriu la variació del coeficient dabsorció acústica amb les variacions de freqüència, realitzada per lorganisme de certificació en un informe final de la prova (Fig. 10.18).

El gràfic següent (Fig. 10.19) es refereix a la variació del coeficient d’absorció acústica, ?, amb el variar de la freqüència, per a un panell sandvitx PanelORG® Wall Sound de gruix de 50 mm.