ES1275530U

ES1275530U - "Panel acústicamente aislante"

Info

Publication number: ES1275530U
Application number: ES202190014U
Authority: ES
Inventors: Clément Lagarrigue; Damien Lecoq
Original assignee: Metacoustic
Current assignee: Metacoustic
Priority date: 2018-12-21
Filing date: 2019-12-23
Publication date: 2021-07-29
Anticipated expiration: 2029-12-23
Also published as: ES1275530Y; CN216388742U; FR3090981A1; DE212019000455U1; KR20210001934U; FR3090981B1; WO2020128103A1

Abstract

Panel acústicamente aislante (10), caracterizado por que comprende una capa (10a) que comprende una primera cara (10c) y una segunda cara (10d) y que comprende una pluralidad de difusores intercalados entre la primera cara y la segunda cara, estando los difusores (10f) dispuestos en dicha capa de manera que formen una red periódica de celdas dispuestas unas al lado de otras según una dirección paralela a dicha primera (10c) y segunda (10d) caras, comprendiendo cada celda (10e) por lo menos un difusor (10f), comprendiendo el panel además unos medios de estanqueidad (16) aptos para impedir el paso de aire desde el exterior del panel a dicha capa (10a).

Description

DESCRIPCIÓN

Panel acústicamente aislante

Campo técnico de la invención

La presente invención se refiere a un panel acústicamente aislante que permite limitar la transmisión de ondas acústicas entre dos caras de dicho panel.

Estado de la técnica anterior

Entre las soluciones conocidas de atenuación acústica, se conocen por tanto los paneles de pared simple cuyo principio de aislamiento está descrito por la ley de masas que muestra que cuanta mayor masa presente una pared y más gruesa sea, más importante será el aislamiento. Estas paredes están acopladas, a menudo, a un material absorbente acústico, tal como un material poroso que permite disminuir el tiempo de reverberación en la sala emisora. Al disminuir este tiempo de reverberación, puede disminuirse ligeramente el nivel sonoro en la sala emisora y, por tanto, disminuir el nivel sonoro en la sala receptora. En la actualidad existe en el mercado un gran número de productos acústicos de este tipo, concretamente las cubiertas de máquinas o los elementos de separación de puestos de trabajo en fábrica.

En la actualidad, los materiales utilizados para la absorción acústica son, en su gran mayoría, materiales de materiales de matriz porosa, tales como materiales denominados porosos (espuma de poliuretano, ...) o materiales denominados fibrosos (lana de vidrio, fibra de palma, ...). La integración de estos materiales en paneles acústicos es fácil de realizar. Además, el panel así obtenido es ligero y presenta buenas prestaciones para la atenuación acústica de un gran parte de las frecuencias del espectro audible.

No obstante, estos materiales no permiten una buena atenuación de los sonidos a frecuencias muy bajas, es decir, para frecuencias del orden de 50 Hz a 500 Hz para paneles de grosor delgado con un grosor del orden de 2 a 5 cm, correspondiente, por ejemplo, al ruido emitido por un motor al ralentí. Esto es particularmente cierto para las frecuencias cuya longitud de onda correspondiente es superior a cuatro veces el grosor del material.

Todos los paneles de pared simple presentan el mismo comportamiento y la misma curva de aislamiento. El nivel de esta curva depende únicamente de la densidad y del grosor de la placa. Por tanto, el problema es que para presentar un aislamiento fuerte hace falta una pared extremadamente pesada y gruesa. Por tanto, se añade una masa pesada (a menudo, un material bituminoso) sobre la pared, o bien un material poroso. No obstante, este material poroso es muy poco eficaz a menos que puedan introducirse grosores de varias decenas de centímetros. Desde un punto de vista del transporte y en el campo de la construcción, esto no es factible, ya que se busca incluso aligerar y hacer que las estructuras sean lo más finas posibles.

También se conocen los paneles de pared doble que comprenden dos placas entre las cuales se coloca una lámina de aire o un material poroso. El aislamiento acústico de este tipo de panel presenta dos mínimos locales a la frecuencia de respiración fresp y a la frecuencia crítica fc. Estos mínimos son problemáticos, ya que traducen una debilidad en el aislamiento acústico. La frecuencia crítica está situada en altas frecuencias (varios kHz) y corresponde a una coincidencia entre la longitud de onda vibratoria de la pared y la longitud de onda acústica, lo cual se traduce en una fuerte transmisión de la energía acústica. Por su parte, la frecuencia de respiración está situada a frecuencias muy bajas (entre 50 y 500 Hz) y está relacionada con la resonancia masa-aire-masa de la pared: las placas oscilan en oposición de fase bajo el efecto de la rigidez del medio acústico comprimible en la cavidad. Aparte de estas dos frecuencias, la pared doble presenta un comportamiento interesante desde un punto de vista acústico ya que, entre las mismas, la pendiente de aislamiento es de 18 dB/octava y después de 12 dB/octava. Por tanto, su aislamiento puede ser importante en frecuencias medias y altas (entre 500 y 4000 Hz). Es importante indicar que un sistema de este tipo presenta un comportamiento acústico, pero también vibratorio. En efecto, en el lado de la fuente, la onda acústica llega a la primera placa que va a verse solicitada de manera mecánica y deformarse (hay una onda acústica en el sólido, también denominada vibración), y que a continuación va a radiar una onda acústica en la cavidad de aire. A continuación, la onda acústica en esta cavidad va a excitar la segunda placa que va a vibrar y a radiar en una parte de recepción que se desea aislar de la fuente. En general, se añade un material poroso en la cavidad para atenuar los modos acústicos en la cavidad sin influir sobre la vibración de las placas. Además, estas placas están optimizadas desde un punto de vista de la masa y el grosor para presentar una frecuencia de respiración lo más baja posible (a menudo, por debajo de 100 Hz) y una frecuencia crítica lo más alta posible (entre 2500 y 5000 Hz). Se habrá comprendido que los paneles de pared simple o aquellos de pared doble presentan dificultades similares relativas al volumen ocupado y a la masa de los paneles para realizar un aislamiento acústico aceptable.

Por tanto, un panel de pared doble permite obtener aislamientos acústicos importantes en frecuencias medias y altas, pero sigue presentando un aislamiento acústico bajo a baja frecuencia, concretamente a causa de la frecuencia de respiración. Al igual que en los paneles de pared simple, la solución consiste en aumentar la masa de las paredes exteriores o su grosor, lo cual resulta evidentemente problemático.

Para responder a la problemática del aislamiento acústico, es decir, a la problemática de la reducción de la transmisión de un ruido por una fuente acústica, y liberarse de las dificultades de las técnicas anteriormente mencionadas, actualmente se estudia la posibilidad de utilizar la tecnología de los cristales sónicos. Esta tecnología consiste en disponer difusores acústicos a intervalos predeterminados unos de otros con el fin de bloquear rangos de frecuencias de las ondas acústicas emitidas por la fuente para longitudes de onda proporcionales al periodo (separación) de los difusores.

Para poder ser eficaces, estos cristales sónicos necesitan varias líneas de difusores, lo cual crea barreras muy gruesas, comprendidas entre 50 cm y 2 m de grosor, lo que los limita a aplicaciones exteriores, tales como, concretamente, para barreras contra el ruido, por ejemplo, destinadas al aislamiento acústico de vías férreas o de las inmediaciones de vías de circulación de automóviles, concretamente las autopistas. En una aplicación conocida, los difusores están constituidos por unos resonadores rodeados por materiales porosos para aumentar el rango de frecuencia de eficacia (véase SANCHEZ-PEREZ et al., "Noise certification of a sonic crystal acoustic screen designed using a triangular lattice according to the standards EN 1793 (-1;-2;-3)”, EuroNoise, 2015). Por otro lado, se observará que los difusores son costosos y complejos de poner en práctica. En efecto, cada difusor está constituido por tres elementos, a saber, un tubo de metal recubierto en el interior por una lana de roca, estando todo ello recubierto por un tubo de aluminio microperforado. En la práctica, este ensamblaje es complejo y obtener un tubo microperforado es difícil ya que no existe ninguna propuesta comercial. Por tanto, la instalación de un muro contra el ruido a lo largo de una distancia de un metro sería así demasiado costoso y no presentaría garantías de eficacia, ya que este tipo de solución tecnológica sigue encontrándose aún en estado de desarrollo.

También se conoce, a partir del documento US2011/0100746, el hecho de utilizar bandas de caucho perforadas con orificios y llenas de un fluido (aire o agua). Este tipo de material se utiliza para unir dos medios e impedir que las vibraciones pasen de uno a otro. Está optimizado para tratar las ondas de compresión que se propagan en el sentido del apilamiento de los orificios. Los rangos de frecuencias tratados son demasiado altos como para poder aplicarse a problemáticas de aislamientos de bajas frecuencias. Esto está relacionado concretamente con la elección de los materiales y de sus propiedades mecánicas, que impiden descender a frecuencias más bajas.

Finalmente, a partir del documento FR3010225 se conocen los materiales con celdas absorbentes que comprenden una capa porosa y unos resonadores acústicos dispuestos entre dos caras de la capa porosa. Cuando se utilizan para aplicaciones de aislamiento acústico, sólo actúan las resonancias de los resonadores y permiten mejorar el aislamiento a lo largo de los rangos de frecuencias muy reducidos. Esto puede ser útil para tratar la frecuencia de respiración de las paredes dobles, pero no permite aumentar el aislamiento a lo largo de una banda grande. El tamaño de los resonadores para tratar bajas frecuencias también puede ser igualmente crítico y puede alcanzar rápidamente varios centímetros de diámetro y varios metros de longitud. Esto resulta problemático en aplicaciones de transporte.

La invención presenta concretamente como objetivo aportar una solución simple, eficaz y económica a estos problemas.

Sumario de la invención

Para ello, se propone un panel acústicamente aislante, que comprende una capa que comprende una primera cara y una segunda cara, y que comprende una pluralidad de difusores intercalados entre la primera cara y la segunda cara, estando los difusores dispuestos en dicha capa de manera que forman una red periódica de celdas dispuestas unas al lado de otras según una dirección paralela a dicha primera y segunda cara, comprendiendo cada celda por lo menos un difusor, comprendiendo el panel además unos medios de estanqueidad aptos para impedir el paso de aire desde el exterior del panel a dicha capa.

Por tanto, el panel según el presente documento, que es un metamaterial vibroacústico, está compuesto por una matriz sólida elástica y por unas inclusiones rígidas difusoras, es decir, difusores vibratorios (y no resonadores acústicos) dispuestos en el interior de la matriz.

La invención puede ser aplicada sobre una pared simple o en el interior de una pared doble, en lugar de un material poroso clásico, tal como se mencionó anteriormente. El interés es poder tratar bajas frecuencias para grosores finos, y una masa añadida relativamente baja en el lugar en el que los materiales clásicos necesitan un gran grosor y una masa añadida importante.

El tratamiento de las ondas sonoras en el interior del material se realiza de manera diferente de la técnica anterior. La configuración propuesta de panel permite presentar una baja velocidad de propagación de las ondas vibratorias en la capa/matriz, más particularmente cuando el módulo de Young es lo suficientemente pequeño y concretamente está comprendido entre 1 kPa y 100 MPa. Una baja velocidad de propagación de las ondas mecánicas en la capa del panel implica pequeñas longitudes de onda y, por tanto, necesita pequeñas inclusiones difusoras, conduciendo a obtener un panel de pequeño grosor en comparación con la técnica anterior. Al lograr convertir ondas acústicas de bajas frecuencias (grandes longitudes de onda) en ondas vibratorias en el material (pequeñas longitudes de onda), por tanto, es posible bloquearlas a nivel de los difusores, impidiendo que atraviesen el panel de un lado a otro, es decir, en una dirección que atraviesa la primera cara y la segunda cara. Por otro lado, la densidad de dicha capa puede estar comprendida entre 5 y 1000 kg/m3.

Por tanto, al estar el panel destinado a ser montado sobre un soporte tal como una placa que puede servir de soporte de anclaje sobre un muro o cualquier otra pared que va a aislarse acústicamente, este va a aumentar el aislamiento acústico de la placa con un grosor adicional delgado. Este grosor adicional puede colocarse en el lado de la fuente de emisión sonora o en el lado opuesto. No obstante, dicho grosor adicional será más eficaz si se coloca en el lado de la fuente, ya que es más fácil atenuar las ondas acústicas antes de que alcancen una placa de soporte, en vez de intentar amortiguar las vibraciones de una placa ya puesta en movimiento. En la práctica, la cara destinada a ser aplicada sobre un soporte podrá estar provista de una película que se adhiere con fines de fijación sobre dicho soporte.

Por tanto, para obtener un panel vibroacústico eficaz en el rango de la acústica audible (20 Hz - 20 kHz) y, en particular, en el rango de frecuencia comprendido entre 50 y 4000 Hz, hace falta asociar tres elementos: una matriz o un material flexible con un módulo de Young reducido, una red periódica de celdas que comprenden, cada una, por lo menos un difusor y asegurarse de que las ondas acústicas aéreas se transforman correctamente en ondas elásticas en el material. Sin uno de los mismos, esta técnica no funciona a las frecuencias de interés industriales (entre 50 y 4000 Hz). En este caso, todas las celdas son idénticas.

La adición de medios de estanqueidad al aire permite que toda la energía acústica se transmita de manera mecánica al panel.

Por tanto, el solicitante propone un panel que evita la utilización de los materiales absorbentes clásicos, concretamente los materiales porosos y los materiales metaporosos, conocidos por ser eficaces en la absorción acústica (pocas ondas reflejadas) pero muy poco eficaces en el aislamiento (las ondas atraviesan el material fácilmente). Cuando el material es poroso, la adición de una película estanca al aire sobre la superficie de la capa elimina las propiedades de absorción del material poroso, pero permite excitar únicamente la estructura principal. De esta manera, se propaga muy poca energía acústica en el aire contenido en los poros del material. Esto es una diferencia fundamental con respecto a los otros metamateriales porosos acústicos existentes, concretamente los de la patente US9818393B2 en la que se considera el material poroso como un fluido equivalente en el que se propaga y se disipa la energía acústica y en el que la vibración de la estructura principal es débil. Dicho de otro modo, la mayor parte de la energía acústica se propaga en los poros, es decir, en la estructura principal de los poros.

El módulo de Young de los difusores puede ser superior al módulo de Young del material de la capa y preferentemente muy netamente superior, es decir, por lo menos diez veces superior.

Según otra característica, dicha capa es una matriz porosa tal como, por ejemplo, una espuma de poliuretano, una espuma con memoria de forma, fibras de poliéster y una espuma de polietileno. La matriz porosa puede presentar una porosidad comprendida entre 0,5 y 0,99. En particular, la porosidad puede estar comprendida entre 0,7 y 0,99. El aumento de la porosidad permite proporcionar flexibilidad a la matriz del material, aumentando por tanto la atenuación de las frecuencias muy bajas. La matriz puede ser de poros abiertos o de poros cerrados.

Cuando se utiliza una matriz porosa con poros abiertos, los medios de estanqueidad pueden comprender, por ejemplo, una película aislante al aire que recubre la primera cara de dicha capa. Esta película puede presentar un grosor por lo menos igual a 0,05 mm. Este grosor mínimo permite garantizar la solidez de la película. La película aislante al aire puede presentar un grosor inferior a 0,5 mm. En efecto, más allá de este grosor, la película se vuelve demasiado pesada y se asemeja a una placa.

En una realización particular, la película puede presentarse en forma de una membrana que presenta una puesta en tensión sobre la primera cara de la capa que comprende, es decir que aloja, los difusores acústicos.

Los medios de estanqueidad pueden presentar una resistividad al paso del aire por lo menos superior a 50000 Nm-4s. Por debajo de este valor, la resistencia al aire es demasiado débil y genera escapes que no permiten disponer de un buen aislamiento acústico.

La capa puede ser una matriz no porosa, por ejemplo, a base de caucho. En este caso, la capa puede carecer de película estanca tal como se describió anteriormente si la estanqueidad de la matriz no porosa es suficiente. Evidentemente, se entiende que la capa que aloja los difusores puede presentar una estructura bimaterial, es decir, con una o varias subcapas. Cuando la subcapa destinada a recibir en primer lugar las ondas acústicas no es estanca al aire (por ejemplo, una subcapa de matriz porosa), entonces será necesario añadir una película aislante al aire tal como se describió anteriormente. El término subcapa designa, en este caso, un grosor dado de la capa de material que aloja los difusores, no indicando el término "sub” una disposición relativa.

En una realización dada, dichos difusores son cilindros rectos cuyas generatrices son sustancialmente paralelas a dicha primera cara y dicha segunda cara de la capa de material que aloja los difusores. La primera cara y la segunda cara pueden ser planas. Todos los difusores pueden ser idénticos. Pueden presentar una estructura interna hueca, maciza o con paredes de refuerzos internos.

Los difusores pueden extenderse a lo largo de toda la longitud del panel y pueden carecer de aberturas a lo largo de toda su dimensión que se extiende desde un primer extremo hasta el segundo extremo opuesto.

El módulo de Young de dichos difusores puede ser por lo menos diez veces superior al módulo de Young de la capa. Este valor permite garantizar un contraste de rigidez suficientemente importante entre la propia estructura de la capa y los difusores, con el fin de crear unas bandas prohibidas de Bragg.

También pueden utilizarse difusores realizados en metal, tal como aluminio, acero o cobre.

Los difusores también pueden realizarse en material polimérico de tipo PVC, polipropileno, PET, PETG, acetato, policarbonato. También pueden resultar convenientes otros materiales tales como papel, cartón enrollado, papel kraft o papel fenólico.

Según una característica de la invención, cuando la separación a entre las celdas es igual al Vf

grosor del panel, la separación puede definirse entonces como a = ~«, donde fo representa la frecuencia central de un rango de frecuencia seleccionado como objetivo (o de interés) y V^t representa la velocidad de las ondas de cizalladura en dicho material. Cada celda puede comprender uno o varios difusores, estando un difusor dado de una celda separado del valor a del difusor correspondiente en la celda adyacente. Por tanto, este panel presenta la particularidad de presentar unas celdas de sección cuadrada. Cuando una fuente emite ondas acústicas en el aire, las ondas mecánicas se propagan según dos direcciones: las ondas longitudinales (compresión) y las ondas transversales (cizalladura). En el panel, estas últimas son las más lentas. Aunque, en teoría, para obtener un aislamiento óptimo, es obligatorio un dimensionamiento preciso de los difusores, el solicitante ha constatado que es posible que se presente un efecto significativo cuando el periodo es igual a la mitad de la longitud de onda de cizalladura tal como se indicó anteriormente.

En todavía otra realización según la presente memoria, será posible que la capa de material comprenda por lo menos una zona cuyo grosor presente un gradiente positivo del módulo de Young orientado de la primera cara hacia la segunda cara. Por tanto, el gradiente podrá extenderse o bien desde la primera cara hasta la segunda cara, o bien únicamente a lo largo de una parte de la capa. Por tanto, son posibles múltiples combinaciones. El término "gradiente positivo” designa un aumento del módulo de Young.

El presente documento también se refiere a un conjunto que comprende un panel cuya segunda cara se aplica sobre una cara de una placa de soporte.

La placa de soporte presenta preferentemente un módulo de Young superior al módulo de Young de la capa.

La placa de soporte puede presentar un módulo de Young por lo menos diez veces superior al módulo de Young de la capa.

La combinación de una capa de matriz porosa que integra difusores, presentando la capa una primera cara recubierta por una película aislante al aire y una segunda cara aplicada sobre una placa de soporte, siendo el módulo de Young de los difusores y el módulo de Young de la placa de soporte muy netamente superiores al módulo de Young de la capa, resulta particularmente eficaz para absorber las ondas sonoras en el rango audible.

Se observará que el módulo de Young de los difusores y el módulo de Young de la placa de soporte pueden ser sustancialmente iguales.

Breve descripción de las figuras

La figura 1 representa una vista en sección de un primer modo de realización de un panel según la invención;

la figura 2 es un gráfico de la evolución de la transmisión vibratoria en dB en función de la frecuencia a varios ángulos de incidencia sobre el panel de la figura 1;

la figura 3 representa un gráfico que representa la pérdida de transmisión (en decibelios) en función de la frecuencia (escala logarítmica) para el panel de la figura 1 así como con un panel de referencia;

la figura 4 representa una vista en sección de un segundo modo de realización de un panel según la invención;

la figura 5 es un gráfico de la evolución de la transmisión vibratoria en dB en función de la frecuencia a varios ángulos de incidencia sobre el panel de la figura 4;

la figura 6 representa un gráfico que representa la pérdida de transmisión (en decibelios) en función de la frecuencia (escala logarítmica) para el panel de la figura 4 así como con un panel de referencia;

la figura 7 representa una pluralidad de difusores destinados a utilizarse con un panel según la invención;

la figura 8 representa otra realización posible de un panel según la invención.

Descripción detallada de la invención

Las figuras 1 y 4 representan respectivamente un primer modo de realización de un conjunto 10 que comprende un panel 10a según la invención y un segundo modo de realización de un conjunto 12 que comprende un panel 12a.

En las dos realizaciones diferentes propuestas, el panel 10a, 12a es soportado por una placa de soporte 14. En los diferentes ejemplos, la placa 14 está realizada en madera. Esta placa presenta una masa de 3,5 kg. La utilización de una placa absorbente, tal como de madera, permite reforzar el índice de atenuación, reforzando de este modo el aislamiento acústico.

El panel 10a, 12a comprende una capa 10b, 12b que comprende una primera cara 10c, 12c y una segunda cara 10d, 12d opuestas entre sí. La segunda cara 10d, 12d está en contacto con la placa 14 de soporte, por ejemplo, con ayuda de un medio de adhesión, tal como una película adhesiva. Tal como resulta evidente en la figura 1, la capa 10a, 12a comprende varias celdas dispuestas unas al lado de otras. Se entiende que no se trata en este caso de celdas 10e, 12e estructuralmente distintas unas de otras. Cada celda 10e, 12e comprende un difusor 10f, 12f1, 12f2 y todas las celdas 10e, 12e son idénticas. Por tanto, en lo que se refiere a la figura 1, los difusores 10f forman una línea según una dirección paralela a la primera y segunda caras. En lo que se refiere a la figura 4, los difusores 12f1 forman una primera línea según una dirección paralela a las caras primera y segunda y los difusores 12f2 forman una segunda línea según una dirección paralela a la primera y segunda caras. La segunda línea de difusores 12f2 está dispuesta entre la primera línea 12f1 y la segunda cara 12d.

En las figuras 1 y 4, los difusores están representados en sección. Los difusores 10f, 12f1, 12f2 presentan una forma alargada según una dirección sensiblemente perpendicular al plano de sección y se extienden en paralelo a la primera cara 10c, 12c y la segunda cara 10d, 12d. Los difusores 10f, 12f1, 12f2 son, en este caso, unos cilindros circulares rectos cuyas generatrices son sustancialmente paralelas a dicha primera cara 10c, 12c y dicha segunda cara 10d, 12d de la capa 10a, 12a de material que aloja los difusores 10f, 12f1, 12f2. En la figura 8, se representan otras formas de cilindros rectos.

Para obtener una buena atenuación de las bajas frecuencias del sector audible, el panel 10a, 12a acústicamente aislante es tal que la capa, que aloja los difusores, está realizada en un material que presenta un módulo de Young comprendido entre 1 kPa y 100 MPa y que presenta una densidad comprendida entre 5 y 1000 kg/m3. Por otro lado, la capa 10a, 12a comprende unos medios de estanqueidad aptos para impedir el paso de aire desde el exterior del panel a dicha capa. Estos medios de estanqueidad están representados en la figura 1 mediante el trazo 16 discontinuo en la primera cara de la capa 10a, 12a. Estos medios de estanqueidad 16 pueden o bien formar parte integrante de la capa cuando la estructura constituyente de la capa 10a, 12a permite esta estanqueidad al aire, o bien estar formados por una película aislante al aire que recubre la primera cara de dicha capa cuando el material no permite garantizar intrínsecamente la función de estanqueidad al aire. En este último caso, por tanto, el trazo 16 representa una película estanca al aire. Esta película estanca puede depositarse sobre la primera cara de la capa 10a.

El panel 10a, 12a así configurado, es decir, con una matriz flexible que presenta un módulo de Young reducido, una red periódica de celdas 10e, 12e que comprende por lo menos un difusor 10f, 12f1, 12f2 (en la figura 1, un único difusor y en la figura 4, dos difusores) y unos medios de estanqueidad al aire que permiten garantizar la transformación de las ondas sonoras aéreas emitidas por una fuente sonora en ondas acústicas en el sólido, permite obtener una buena atenuación a las frecuencias de interés industriales, es decir entre 50 y 4000 Hz.

Por tanto, es posible utilizar cualquier material que presente un módulo de Young y una baja densidad efectiva. Esto permite obtener velocidades de propagación de ondas mecánicas bajas (<<340 m/s). Las longitudes de onda asociadas son entonces más pequeñas que en el aire, lo cual implica un periodo espacial pequeño de los difusores (algunos centímetros) para obtener un efecto a baja frecuencia. Los materiales que presentan un módulo de Young de entre 1 kPa y 100 MPa y una densidad comprendida entre 5 y 1000 kg/m3, preferentemente entre 10 y 100 kg/m3, responden a esta condición.

El material de la capa 10b, 12b puede presentar una matriz porosa con poros abiertos o cerrados tales como, por ejemplo, la espuma de melamina Basotect de tipo G+ de BASF, una espuma de poliuretano, una espuma con memoria de forma, una espuma que comprende fibras de poliéster, la espuma Stratocell Whisper, una espuma de poliéster, una espuma de etileno-propileno-monómero de dieno. Las espumas, tales como las de polietileno, pueden obtenerse mediante un procedimiento de reticulación. Estas espumas presentan una estructura interna de poros abiertos. Evidentemente, las espumas pueden obtenerse mediante otros procedimientos distintos de un procedimiento de reticulación.

La matriz porosa puede presentar una porosidad comprendida entre 0,5 y 0,99. En particular, la porosidad puede estar comprendida entre 0,7 y 0,99. El aumento de la porosidad permite proporcionar flexibilidad a la matriz del material, aumentando entonces la atenuación de las frecuencias muy bajas.

Hace falta que toda la energía acústica se transmita de manera mecánica al material. Si es un material homogéneo, esta transmisión se realiza de manera natural, pero si es un material que no garantiza esta transmisión, tal como un material poroso de poros abiertos, hace falta hacer que la primera cara que está expuesta a la fuente sonora, se haga estanca aplicando una capa fina de material impermeable, por ejemplo añadiendo una película estanca. Esto va a impedir que la energía se propague en los poros abiertos del material y, por tanto, va a impedir una propagación de las ondas acústicas según las leyes de la acústica aérea. Los revestimientos que pueden utilizarse para formar la película 16 estanca al aire son, por ejemplo, todas las películas con un grosor de 0,05 a 0,5 mm y, en particular, las películas de aluminio laminadas, con tramas o texturizadas, las películas de polímeros, de tipo PVC, vinilo, polipropileno y cualquier material que presente una resistividad al paso del aire superior a 50000 Nm-4s.

En el panel acústico 10a, 12a según la invención, se propagan ondas longitudinales (es decir, las ondas de compresión) y ondas transversales (es decir, las ondas de cizalladura). No obstante, el solicitante ha constatado que las ondas transversales resultan ser las ondas más lentas en el panel 10a, 12a. Para obtener un aislamiento acústico óptimo, aunque en teoría es obligatorio un dimensionamiento preciso, el solicitante ha constatado que era posible evitar un efecto significativo de reducción de la transmisión sonora cuando la separación a entre las celdas 10e, 12e es igual a la mitad de la longitud de onda de cizalladura:

siendo fo la frecuencia central del rango de frecuencia que va a tratarse y Vt representa la velocidad de las ondas de cizalladura en dicho material.

En efecto, el solicitante ha constatado que puede establecerse una relación entre la velocidad de las ondas transversales en el panel y la separación de la celda, con la condición de que el grosor del panel sea sustancialmente igual a la separación entre las celdas. Se observará que, en el caso de la figura 1, la separación entre las celdas (todas idénticas) es la misma que la separación entre los difusores. En el caso en el que la celda comprende varios difusores y que todas las celdas son idénticas, la separación entre un difusor dado y el difusor que le corresponde en la celda adyacente es igual a la separación entre las celdas.

La utilización de esta fórmula permite simplificar la definición del panel ya que no es necesario realizar un cálculo por elementos finitos para conocer la disposición y las dimensiones de los difusores para presentar una buena absorción.

En el ejemplo propuesto en la figura 1, los difusores 10f están separados lateralmente 6 cm, la espuma es melamina que presenta un módulo de Young de 100 kPa. Todos los difusores presentan un mismo diámetro que es de 1,2 cm y la placa de soporte es de madera, presentando un módulo de Young de 1 GPa y un grosor de 1 cm. Los parámetros dimensionales del panel acústicamente aislante se resumen en la siguiente tabla:

[Tabla 1]

El gráfico de la figura 2, obtenido experimentalmente, comprende varias curvas. Cada curva representa la transmisión vibratoria en dB en función de la frecuencia y para un ángulo de incidencia dado de las ondas acústicas sobre la primera cara del panel. Los ángulos de incidencia son idénticos en el gráfico. Se observa que la transmisión es inferior para los ángulos de incidencia bajos. En estas curvas, se observa que, entre 250 Hz y 750 Hz aproximadamente, hay una débil transmisión vibratoria y, por tanto, que la energía se transmite poco a través de la capa.

La curva de la figura 3, obtenida experimentalmente, ilustra la pérdida de transmisión en ordenadas en función de la frecuencia. La curva 18 representa las pérdidas de transmisión (razón entre la intensidad acústica en el lado de la fuente con respecto a la del lado de recepción) en el panel de la figura 1 y la curva 20 representa la pérdida de transmisión en un panel de referencia formado por una matriz de un material idéntico al panel de la figura 1 pero carente de difusores y de estanqueidad al aire.

Se observa la presencia de un pico en las pérdidas de transmisión a aproximadamente 400 Hz y que se extiende entre 300 y 800 Hz, lo que demuestra la eficacia de la configuración propuesta para el aislamiento acústico a baja frecuencia, es decir, a las frecuencias audibles bajas.

La figura 4 representa una segunda realización de un panel 12b según la invención en el que cada celda 12e comprende dos difusores, estando las celdas 12e dispuestas unas al lado de otras para formar una estructura periódica. Cada celda 12e comprende un primer difusor que presenta un primer radio y un segundo difusor que presenta un segundo radio superior al primer radio. El primer difusor 12f1 está dispuesto más cerca de la primera cara 12c mientras que el segundo difusor 12f2 está dispuesto más cerca de la segunda cara 12d. La celda 12e se repite periódicamente según la ley que proporciona la separación a indicada anteriormente.

En esta segunda realización de un panel según la invención, los difusores 12f1, 12f2 están separados lateralmente 6 cm, la espuma es melamina que presenta un módulo de Young de 100 kPa. Se utilizan dos difusores y presentan diámetros diferentes. La placa de soporte es de madera, presentando un módulo de Young de 1 GPa y un grosor de 1 cm. Los parámetros dimensionales del panel acústicamente aislante de la figura 4 se resumen en la siguiente tabla:

[Tabla 2]

El gráfico de la figura 5, obtenido mediante simulación digital, comprende varias. Cada curva representa las pérdidas de transmisión vibratoria en dB en función de la frecuencia y para un ángulo de incidencia dado de las ondas acústicas sobre la primera cara 10c del panel 10a. Los ángulos de incidencia son idénticos en el gráfico. Se observa que la transmisión es inferior para los ángulos de incidencia bajos. En estas curvas, se observa que, entre 400 Hz y 1000 Hz aproximadamente, hay una débil transmisión vibratoria y, por tanto, que la energía se transmite poco a través de la capa.

La curva de la figura 6, obtenida mediante simulación digital, ilustra las pérdidas de transmisión en ordenadas en función de la frecuencia. La curva 22 representa las pérdidas de transmisión en el panel de la figura 4 y la curva 24 representa las pérdidas de transmisión para una placa de madera sola.

Se observa que, hasta 1000 Hz aproximadamente, la pérdida de transmisión es aproximadamente 5 dB superior para el panel según la invención, lo que demuestra la eficacia de la configuración propuesta para el aislamiento acústico a baja frecuencia.

Los dos ejemplos anteriormente mencionados muestran bien que, con una configuración de un panel acústico según la invención, es posible aumentar, de manera consiguiente, el aislamiento acústico a las frecuencias muy bajas.

A diferencia de las configuraciones de la técnica anterior, es posible presentar un buen aislamiento incluso con una única línea de difusores 10f (figura 1). Esto se debe al hecho de que hay varias ondas que se propagan simultáneamente, sobre una capa bastante fina. Por tanto, la probabilidad de que se encuentren con un difusor es muy importante. Para obtener un efecto aún más importante, la adición de varias líneas de difusores 12f1, 12f2 (figura 4) puede permitir aumentar adicionalmente los rendimientos del conjunto tal como es visible en la figura 5 o se amplía la banda de frecuencia con una amplitud de transmisión más importante. No obstante, de manera evidente, se entiende que esto también se realiza a costa de un grosor o de una masa más importante.

La siguiente tabla resume los intervalos de valores que pueden utilizarse para realizar el material. La variabilidad de los parámetros indicados en la siguiente tabla se debe al hecho de que la geometría precisa sólo puede obtenerse tras una optimización teniendo en cuenta los parámetros de la matriz y el rango de frecuencia que va a tratarse.

[Tabla 3]

Se han desarrollado herramientas de dimensionamiento con la ayuda del software Comsol® y mediante el método de los elementos finitos. Para ello, se considera que el material de la matriz es un sólido elástico y se notifican sus parámetros mecánicos equivalentes. Se calculan los modos vibratorios de una celda unitaria para todos los ángulos de incidencia, permitiendo de este modo identificar las bandas prohibidas: bandas de frecuencia para las que no existe ningún modo sea cual sea el ángulo de incidencia. Por tanto, es posible armonizar la geometría de la celda elemental, concretamente la periodicidad de los tubos, en función de la banda prohibida deseada. El resultado es satisfactorio cuando la vibración constituida por ondas longitudinales y transversales en el sólido elástico no se propaga hasta la placa. Es posible modificar los rangos de frecuencias para los que el material es eficaz modificando los siguientes parámetros:

- Grosor de la matriz

- Periodicidad de las inclusiones

- Radio de las inclusiones

- Módulo de Young de la matriz

- Densidad de la matriz

- Geometría de las inclusiones

- Material y grosor de la película estanca

- Factor de amortiguación del material que permite la estanqueidad.

La figura 7 ilustra diferentes formas de difusores que pueden utilizarse con la invención. La primera línea representa unos difusores 28 huecos que presentan la forma de una pared cilíndrica o tubular. La segunda línea representa unos difusores 30 que comprenden una pared cilíndrica 32 o tubular hueca con unas paredes internas 34 de refuerzo que conectan las caras internas de la pared cilíndrica 32. La tercera línea comprende unos difusores 36 de estructura hueca que alojan en su interior un resonador mecánico 38 de masa-resorte, es decir, un absorbedor mecánico en el que se disipa la energía bajo el efecto de la resonancia del sistema masa-resorte (masa = masa central en negro y resorte = paredes internas de refuerzo). El resonador o la masa interna comprende una pared cilíndrica externa 40 cuyas caras internas están conectadas mediante unos puentes de unión 42 al resonador 38. El principio es el de una masa conectada a un resorte cuyo desplazamiento inicial proporcionado a la masa se absorbe progresivamente por el desplazamiento de la masa unida al resorte. Es el principio del absorbedor dinámico que permite entonces tratar otra banda de frecuencias distinta de las bandas prohibidas, es decir, un tratamiento a la frecuencia de resonancia del sistema masa-resorte. Por tanto, el principio de funcionamiento es diferente de un resonador acústico en el que se obtiene una resonancia del aire en una cavidad (resonador de Helmholtz). La cuarta línea representa unos difusores 44 de estructura hueca similar a los de la tercera línea. No obstante, en estas realizaciones, cada masa interna 46 está conectada a la pared tubular 48 o pared cilíndrica externa por medio de un único puente de unión 50. Por tanto, este tipo de difusor 44 presenta una rigidez más débil del conjunto de masa 46 y del puente de unión 50, permitiendo de este modo una mejor disipación de la energía en comparación con las realizaciones de la tercera línea en la que cada masa 38 está conectada a la pared cilíndrica externa 40 mediante varios puentes de unión 42.

En las realizaciones anteriores, cada puente de unión puede ser una pared plana que se extiende de un extremo al otro de la pared cilíndrica.

Finalmente, a título de ejemplo, la figura 8 ilustra una posible variante del primer modo de realización. En la misma, cada celda 24 comprende dos difusores 26a, 26b separados una distancia a, estando la celda 24 separada una distancia a de la celda contigua. En este caso los difusores 26a, 26b son idénticos, pero también podrían ser diferentes, es decir, presentar radios diferentes, ubicaciones diferentes o incluso formas tales como las representadas en la figura 7.

Se entiende que la definición precisa de un panel, es decir, las posiciones, las ubicaciones y el dimensionamiento de los difusores, puede realizarse mediante simulación por elementos finitos. Por tanto, existen combinaciones posibles en cuanto a posiciones, ubicaciones y dimensionamientos de los difusores que permiten presentar un buen aislamiento acústico siempre que el panel presente las características según la invención. En resumen, según el presente documento, la película estanca permite crear una barrera de estanqueidad al aire.

Ésta se aplica (mediante adhesión o mediante otro medio mecánico de fijación) sobre la primera cara de la capa que aloja los difusores, con el fin de crear una capa adicional y mejorar el aislamiento acústico (es decir, disminuir las transmisiones vibratorias y acústicas a ambos lados) combinando varios fenómenos acústicos, de los cuales los dos principales son:

- un desacoplamiento vibratorio entre la onda acústica incidente y la placa de soporte gracias a la película y al material poroso de la capa, que actúan como una pared doble, en la que una de las paredes está formada por la placa y la otra está formada por la película, debiendo presentar la película un grosor suficientemente reducido tal como se mencionó anteriormente,

- la conversión de las ondas acústicas de la fuente en ondas vibratorias (concretamente transversales y de cizalladura) en la capa de material elástico, que entonces se detendrán por la presencia de los difusores.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Panel acústicamente aislante (10), caracterizado por que comprende una capa (10a) que comprende una primera cara (10c) y una segunda cara (10d) y que comprende una pluralidad de difusores intercalados entre la primera cara y la segunda cara, estando los difusores (10f) dispuestos en dicha capa de manera que formen una red periódica de celdas dispuestas unas al lado de otras según una dirección paralela a dicha primera (10c) y segunda (10d) caras, comprendiendo cada celda (10e) por lo menos un difusor (10f), comprendiendo el panel además unos medios de estanqueidad (16) aptos para impedir el paso de aire desde el exterior del panel a dicha capa (10a).

2. Panel según la reivindicación 1, caracterizado por que el módulo de Young de los difusores es superior al módulo de Young del material de la capa.

3. Panel según la reivindicación 2, caracterizado por que el módulo de Young de los difusores es por lo menos diez veces superior al módulo de Young del material de la capa.

4. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el módulo de Young de la capa está comprendido entre 1 kPa y 100 MPa y/o la densidad de dicha capa está comprendida entre 5 y 1000 kg/m3.

5. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicha capa (10a) es una matriz porosa con poros abiertos o cerrados tal como, por ejemplo, una espuma de poliuretano, una espuma con memoria de forma y fibras de poliéster.

6. Panel según la reivindicación 5, caracterizado por que la matriz porosa presenta una porosidad comprendida entre 0,5 y 0,99, en particular comprendida entre 0,7 y 0,99.

7. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que dicha capa es una matriz no porosa, por ejemplo, a base de caucho.

8. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que dichos difusores (10f) son cilindros rectos cuyas generatrices son sensiblemente paralelas a dicha primera cara (10c) y dicha segunda cara (10d) de la capa (10a) de material que aloja los difusores (10f).

9. Panel según una de las reivindicaciones 1a 8, caracterizado por que todos los difusores (10f) son idénticos.

10. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que los difusores (10f) presentan una estructura interna hueca, maciza o con paredes de refuerzos internos.

11. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que los medios de estanqueidad al aire comprenden una película (16) aislante al aire que recubre la primera cara (10c) de dicha capa (10a).

12. Panel según la reivindicación 11, caracterizado por que la película aislante al aire presenta un grosor por lo menos igual a 0,05 mm.

13. Panel según la reivindicación 12, caracterizado por que la película aislante al aire presenta un grosor inferior a 0,5 mm.

14. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por que los medios de estanqueidad presentan una resistividad al paso del aire que es por lo menos superior a 50000 Nm-4s.

15. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que la separación a _ y?

entre dichas celdas es tal que donde fo representa la frecuencia central de un rango de frecuencia seleccionado como objetivo y V^t es la velocidad de ondas de cizalladura.

16. Panel según una de las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado por que dicha capa de material comprende por lo menos una zona cuyo grosor presenta un gradiente positivo del módulo de Young orientado de la primera cara (10c) hacia la segunda cara (10d).

17. Conjunto que comprende un panel según una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado por que la segunda cara se aplica sobre una cara de una placa de soporte.

18. Conjunto según la reivindicación 17, caracterizado por que la placa de soporte presenta un módulo de Young superior al módulo de Young de la capa.

19. Conjunto según la reivindicación 18, caracterizado por que la placa de soporte presenta un módulo de Young por lo menos diez veces superior al módulo de Young de la capa.