Los modos normales de vibración (MNV) son un fenómeno acústico que se da en recintos de dimensiones pequeñas y que cumplen ciertas características, esta condición afecta el confort acústico en el interior de espacios cerrados y aumenta la molestia sonora principalmente en las frecuencias bajas. En esta entrada al blog se desea aclarar qué condiciones provocan los modos normales, cómo tratarlos y cuándo se deben tener en consideración.

Figura 1. Ilustración de onda estacionaria.

Los MNV surgen cuando se dispone un sistema de masa-resorte y éste entra en vibración, todas las masas del sistema comienzan a oscilar y habrá algunas ocasiones donde las masas se muevan en fase o total desfase, desembocando así en un modo especial de vibración. Cuando de salas o recintos se habla, las masas del sistema son las paredes del lugar y el resorte es el aire o medio de propagación. Con la ayuda de un generador de ondas y un altavoz se puede excitar la habitación a ciertas frecuencias tales que su longitud de onda coincida con las dimensiones de del recinto (largo, ancho o alto), en esta condición las ondas reflejadas entran en resonancia con las dimensiones del lugar interceptándose en el medio del espacio, logrando interferencias constructivas (suma de niveles) o destructiva (cancelación de niveles) tal y como se muestra en la figura 2 ( dar clic sobre la imagen).

 

Figura 2. Ilustración del fenómeno constructivo y destructivo de ondas.

En la Figura 3 se ilustra cómo se percibiría la frecuencia que excita la sala en el interior de ésta: si nos paramos en el la pared izquierda sentiremos el máximo nivel del sonido, pero a medida que vamos caminando hacia el centro de la sala sentiremos que el nivel se va desvaneciendo hasta llegar a un nivel muy bajo o cancelación total, si continuamos caminando el nivel vuelve a aumentar hasta que en el medio de la sala se vuelve a sentir el nivel máximo, y así sucesivamente por todo el recinto. Los modos normales de vibración se denominan según la distribución de nodos, la Figura 3 da un ejemplo de (2, 0, 0), es decir, dos nodos en el eje X, y 0 nodos en el Y y Z.

Figura 3. Gráfica de niveles normalizados que se sentirían en una sala con modo normal de vibración.

En Ecoacústika proporcionamos soluciones eficaces para garantizar entornos acústicamente confortables mediante la obtención de buenos niveles de aislamiento acústico, así como de control de ruido y vibraciones, factores imprescindibles para el correcto desarrollo de cualquier actividad dentro de un recinto.

La Figura 3 ilustra cómo sería modos de vibración donde los nodos se encuentra distribuidos tanto en el eje X como en el eje Y, en éste caso sería el modo (1, 1, 0). Si los modos se dan solo en un eje se les llama modo axial, si se presentan al mismo tiempo en dos ejes, modo tangencial, y si aparecen modos en los tres ejes a la vez se les considera modo oblicuo. Pero a todas estas… ¿por qué es importante considerar este fenómeno?

Figura 4. Gráfica de niveles normalizados que se sentirían en una sala con modo normal de vibración.

Cuando se diseñan recintos especiales con dimensiones pequeñas como por ejemplo estudios de grabación, los cuales cuentan con una infinidad de frecuencias que excitan el recinto, la aparición de modos de vibración hará que la escucha, el confort y la inteligibilidad en el recinto sea deficiente, ya que se tendrían zonas donde se escuche muy bien y otras donde la calidad sonora es pobre, de hecho el fenómenos es extraño, ya que en algunas partes de la sala se puede percibir un aumento de presión sonora y en otras se percibe una disminución. Para evitar este comportamiento ondulatorio existen técnicas varias: instalar absorción en las paredes para disminuir la energía sonora de reflexión (altamente dependiente de la frecuencia); no diseñar recintos con paredes totalmente paralelas o que sus dimensiones sean números exactos; proporcionar difusores para re-direccionar la energía sonora a otras partes; construir recintos de gran tamaño, ya que la incidencia de modos de vibración disminuye conforme las dimensiones del lugar aumentan.

Figura 5. Medición en el interior de una habitación.

Otro momento en el que se debe tener en cuenta el fenómeno de los modos de vibración es a la hora de realizar mediciones de inmisión de ruido en recintos domiciliarios (Figura 4). Normalmente los lugares afectados son casas o apartamentos ya que el foco de molestia se encuentra en habitaciones o salas donde se perciben solo las bajas frecuencias de una discoteca, maquinaria o la música del vecino, estas habitaciones suelen ser pequeñas, de paredes paralelas y de dimensiones enteras, condiciones propicias para la generación de modos normales. Al realizar una medición sin considerar el fenómeno los resultados pueden alejarse de la realidad, considerando que los modos normales enfatizan la molestia cuando el lugar es excitado con componentes significantes en bajas frecuencias. Por ésta razón el análisis posterior a las mediciones debe tener un análisis pertinente a la situación, analizando bajas frecuencias y la percepción auditiva de las personas.

Se espera que haya quedado clara la idea de qué es un Modo Normal de Vibración y su efecto en el confort acústico de los espacios, igual se invita al lector a que siga buscando e informándose por su cuenta, debido a que este tema no sólo se manifiesta en la acústica sino también en otros campos de la física. Hasta la próxima.

Ecoacústika pone a su disposición todo el conocimiento de nuestros ingenieros acústicos para brindarle las mejores soluciones a sus problemas de ruido.

Fuentes:

• Figura 1: https://sites.google.com/site/ecpwaves/fsico-terico/ondas-estacionarias

• Figura 2: http://www.acs.psu.edu/drussell/Demos/superposition/superposition.html

• 3 y 4 : https://es.wikipedia.org/wiki/Modo_propio

• Figura 5 : http://www.noiseairconsultants.co.uk/gallery/noise-surveys-measurement/

•  foto de portada: http://www.noiseairconsultants.co.uk/gallery/noise-surveys-measurement/