Acústica biomimética del cuerpo humano a las estructuras

El cuerpo humano es muy hábil para ocultar su propio ruido interno. En condiciones normales, no podemos oír los latidos del corazón, el flujo sanguíneo o el ruido del aparato digestivo. Sólo en condiciones de silencio extremo (en una cámara anecoica especial) se puede escuchar la «sinfonía» de los propios órganos. Como describió una persona que lo probó, «cuando dejas de respirar puedes oír los latidos de tu corazón y la sangre fluyendo por tus venas». En la vida cotidiana, sin embargo, estos sonidos quedan amortiguados por capas de tejido, grasa y líquido.

Mientras que los tejidos blandos y los líquidos absorben y disipan fuertemente las vibraciones, nuestra caja torácica y nuestro cráneo forman corazas duras que reflejan y bloquean el sonido (de hecho, los expertos en ecografía señalan que el tejido adiposo provoca una atenuación muy elevada de las ondas sonoras). En efecto, la «ingeniería acústica» del cuerpo impide que los sonidos internos se conviertan en una distracción auditiva: una especie de aislamiento acústico incorporado.

Estas estrategias biológicas sugieren analogías con la arquitectura: Podemos ocultar y amortiguar las fuentes de ruido, construir conjuntos de materiales en capas y separar estructura y espacio, igual que el cuerpo aísla los órganos de nuestros oídos.

Al igual que los órganos se revisten con cavidades llenas de fluidos y aceites, los arquitectos «esconden» los equipos mecánicos dentro de cámaras o conductos tratados acústicamente. La maquinaria de gran tamaño y los sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado suelen colocarse en suelos mecánicos aislados o en recintos que absorben el sonido, y en los conductos y tuberías se instalan silenciadores o atenuadores para controlar las vibraciones.

Del mismo modo, la estructura multicapa del cuerpo (piel-grasa-músculo-hueso) inspira los conjuntos de paredes multicapa: una capa de revestimiento, una cavidad «grasa» aislante y una estructura «ósea» rígida. Las estructuras masa-muelle-masa con aislamiento entre ellas pueden aumentar considerablemente el aislamiento acústico.

Las normativas utilizan clasificaciones STC (clase de transmisión acústica) para medirlo. Para aumentar el STC, los conjuntos suelen añadir masa adicional, aislamiento o cortes flexibles entre capas. Esto es similar a añadir tejido amortiguador entre elementos rígidos. Por último, el esqueleto del cuerpo se separa eficazmente de los tejidos blandos mediante juntas y rellenos, del mismo modo que los suelos flotantes o los conductos flexibles separan el esqueleto estructural de un edificio de las superficies acabadas.

Los suelos flotantes (placas estructurales apoyadas sobre almohadillas flexibles) pueden reducir significativamente el ruido de impacto del suelo al mejorar en gran medida la pérdida de transmisión. Del mismo modo, los conductos metálicos flexibles (tiras finas de entramado) aíslan los paneles de yeso de los montantes, interrumpiendo la trayectoria directa del sonido y mejorando el STC de la pared. Incluso un ingeniero de metro utiliza la misma idea: los cojinetes flotantes del suelo de la vía (losas de hormigón sobre muelles de goma) rompen eficazmente la cadena de vibraciones que va de las ruedas del tren al suelo, «de forma similar a las bases inerciales sobre muelles utilizadas para soportar maquinaria estacionaria».

Başlıklar

Análogos arquitectónicos del aislamiento biológico

Ocultación de fuentes de ruido (análogos de órganos): Los armarios y cubetos mecánicos actúan como cavidades corporales alrededor de los equipos. Un horno o una bomba se colocan en una sala totalmente forrada con mantas acústicas en las paredes y su ruido puede aislarse gracias al recinto (similar al de un órgano dentro de una bolsa de fluido). En los conductos se instalan silenciadores internos o bobinas externas de material fonoabsorbente para reducir el ruido de los ventiladores.
Tabiques estratificados (piel-aceite-músculo): Una estrategia clásica es un tabique de varias capas: una piel exterior, una cavidad de aire/aislamiento y una piel interior. En ella se reflejan la piel (exterior), la grasa/músculo (aislamiento) y el hueso (estructura). Las cavidades se rellenan con aislamiento fibroso (por ejemplo, lana mineral) , que absorbe el sonido como el tejido adiposo. El aislamiento de lana de roca es famoso por bloquear y absorber el sonido a la vez que amortigua las vibraciones. Estas capas crean un efecto masa-resorte-masa: cada capa densa añade masa (bloquea las bajas frecuencias) y cada capa blanda añade amortiguación (absorbe las frecuencias medias/altas). En la práctica, se utilizan paredes de doble listón aisladas o placas de yeso de doble capa (normalmente sobre abrazaderas flexibles) para conseguir altos grados STC. La nivelación de las juntas y el sellado de los huecos garantizan que no haya «atajos acústicos» directos, del mismo modo que la nivelación de los canales de grasa y tejido evita las fugas directas de sonido.
Estructura discreta (analogía esquelética): Los huesos del cuerpo proporcionan estructura al tiempo que minimizan la transmisión del ruido de los movimientos musculares. Del mismo modo, en los edificios separamos (aislamos) los elementos estructurales de los espacios ocupados. Los suelos flotantes sobre almohadillas de neopreno o aislantes de muelle reducen la transmisión de vibraciones al eliminar el contacto duro directo. En paredes o techos, los conductos flexibles actúan como pequeños muelles: se cuelgan placas de yeso sobre ellos, rompiendo la conexión rígida con los montantes. Esto «corta el camino» de las ondas sonoras, de modo que pasa menos energía de vibración. Incluso en la construcción pesada, los aislantes del suelo bajo todas las salas o equipos actúan como juntas amortiguadoras, evitando que el ruido de las máquinas o los pasos sacudan toda la estructura.
Zonas de amortiguación aire/líquido (analogía con las membranas): Al igual que las cavidades llenas de aire y las membranas del cuerpo amortiguan los órganos (como los senos craneales o las cavidades pulmonares de aire), los edificios pueden utilizar cavidades de aire o cavidades para proteger el sonido. Un ejemplo destacado es la fachada de doble piel: dos paredes acristaladas separadas por una cavidad ventilada. Este colchón de aire reduce tanto el calor como el ruido del exterior. Las investigaciones afirman que el espacio intersticial de doble pared «actúa como aislante contra el exceso de… sonido y mejora el confort auditivo del edificio». A menor escala, incluso los simples muros escalonados o retranqueados (con hiladas desplazadas o espacios de aire) actúan como laberintos acústicos, impidiendo la transmisión en línea recta del sonido. Como una capa de fluido que refleja o absorbe los sonidos internos, estas cavidades atrapan o detonan la energía sonora.

Aplicación y ejemplos

Estas estrategias se utilizan ampliamente en la construcción. Los suelos flotantesse utilizan en estudios de grabación, donde un subsuelo de yeso sobre almohadillas de goma proporciona un suelo «muerto» con un aislamiento contra impactos mucho mayor. Las paredes de conductos flexibles son habituales en hoteles y apartamentos; un banco de pruebas ha demostrado que añadir una capa de conductos puede aumentar el STC de la pared en ~5 puntos.

Para obtener más información sobre los suelos flotantes, puede consultar este artículo: https://auralex.com/blog/sound-isolation-basics-how-to-build-a-floating-floor/

En el diseño de HVAC, los silenciadores (atenuadores) de conductos rellenos de medios fibrosos o paneles microperforados se instalan secuencialmente, de forma similar a la amortiguación del ruido por fluidos de un órgano. Las puertas y vestíbulos acústicos actúan como cápsulas de unión o cierres acústicos, creando un espacio de transición para bloquear la transmisión directa.

Un ejemplo sofisticado es la fachada de doble piel. El famoso 30 St Mary Axe («Gherkin») de Londres utiliza una doble piel ventilada para estabilizar la temperatura y amortiguar el ruido de la calle. La cámara de aire, que también puede controlarse mecánicamente, reduce la penetración del ruido exterior, igual que una cavidad sinusal silencia un golpe en la cabeza.

En los proyectos de tránsito, se utilizan lechos de raíles de losa flotante en metros de todo el mundo. Al apoyar los raíles sobre almohadillas elastoméricas, un análogo exacto de suspender la base de una máquina sobre muelles, los ingenieros han reducido significativamente el ruido del suelo en hospitales y escuelas cercanos.

Fuente: https://www.archdaily.com/922897/how-do-double-skin-facades-work

En todos estos casos, los diseñadores también gestionan las vías laterales: cada entrada está aislada acústicamente, las cajas eléctricas están escalonadas y las paredes laterales están rellenas de aislamiento, imitando la tendencia del cuerpo a dirigir el ruido a través de vías complejas en lugar de transmitirlo directamente. En acústica, el modelo fuente-patrón-receptor (el sonido llega a la fuente, se atenúa por el camino y luego se absorbe en el receptor) representa el mismo principio que un sistema nervioso que filtra su propio ruido.

Guía para edificios ruidosos

Para los arquitectos e ingenieros que trabajan en tipologías ruidosas (viviendas densas, hospitales, escuelas, centros de tránsito), estas ideas biomiméticas orientan las opciones prácticas:

Localice y encierre las fuentes: ubique los equipos ruidosos (generadores, calderas, cocinas) en espacios cerrados específicos. Utilice cámaras acústicas para los conductos y ubique las salas ruidosas lejos de las zonas silenciosas (imagine un corazón metido en el pecho, lejos de los pulmones sensibles).
Coloque tabiques en capas: Especifique conjuntos de pared y suelo con masa y aislamiento adicionales. Los hospitales suelen exigir grados mínimos de separación: las directrices de la FGI exigen al menos 45 STC (50 STC para alta privacidad) entre las habitaciones de los pacientes. Para alcanzar estos valores suelen ser necesarios muros de hormigón de suelo a suelo con aislamiento de cavidades y doble capa de yeso (STC alto). En los pisos, añadir una segunda fila de montantes o abrazaderas flexibles son soluciones para evitar que los pasos se oigan desde el piso de arriba.
Desacoplar la estructura: Utilice revestimientos de suelo flotantes (hormigón sobre almohadillas de neopreno) en gimnasios, bibliotecas o dormitorios situados sobre zonas ruidosas. Cuelgue perchas flexibles en los pasillos para aislar los techos de las plantas de servicio situadas encima. Las instalaciones sanitarias pueden montarse en soportes de aislamiento. Estas medidas imitan la forma en que las articulaciones permiten el movimiento del cuerpo al impedir que los huesos choquen entre sí.
Amortiguación con aire y absorción: Incluya espacios de aire y volúmenes absorbentes siempre que sea posible. En los patios o atrios adyacentes a las carreteras, utilice plantas o elementos acuáticos (paisajismo fonoabsorbente) como membranas acústicas. En las escuelas, los techos y revestimientos acústicos (normalmente lana mineral o espuma) absorben el ruido reverberante. Estos materiales, al igual que el tejido graso del cuerpo, absorben los ecos y atrapan el ruido aéreo.
Sellar y escalonar: Rellene cuidadosamente los huecos, selle acústicamente las juntas entre suelo y pared y diseñe una geometría compensada. Un «vestíbulo de bloqueo acústico» colocado entre el pasillo y el aula -similar a una cápsula articular o un tímpano- evita las fugas directas de sonido. Del mismo modo, en los hospitales se colocan baños o armarios entre las habitaciones para amortiguar el ruido entre ellas.

Los arquitectos deben tratar los edificios como organismos vivos -con distintas capas, cavidades protectoras y órganos aislados- para crear interiores silenciosos y confortables. Los hospitales silenciosos ayudan a los pacientes a recuperarse, la acústica bien implementada en las aulas mejora el aprendizaje y la concentración, y las viviendas tranquilas y silenciosas mejoran el bienestar de sus ocupantes. Como confirman las investigaciones, «el ruido puede afectar al procesamiento cognitivo, la salud mental y la motivación«.

En resumen, aplicar el silencio interno del cuerpo a los edificios no es sólo un proceso para aislar el sonido. Mejora la claridad y el confort del espacio vital.

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