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JORNADA SOBRE
“CRITERIOS ACUSTICOS EN EL DISEÑO DE CENTROS
DOCENTES”
PARTE 1ªFUNDAMENTOS DEL RUIDO Y SU
CARACTERIZACION
Vitoria, 12 de Mayo de 2.001
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Fundamentos del Ruido y su Caracterización Página 2 de 49
FUNDAMENTOS DEL SONIDO
Descripción física y matemática del sonido Naturaleza ondulatoria del sonido
El sonido es una perturbación que se propaga (en forma de onda sonora) a través
de un medio elástico produciendo variaciones de presión o vibración de partículas,
que pueden ser percibidas bien por el oído humano a bien por instrumentos
específicas para tal fin.
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Los elementos indispensables para que exista el sonido son:
1.- Fuente sonora
2.- Camino de transmisión
3.- Receptor
El número de variaciones de presión por segundo es lo que se llama 'frecuencia' del
sonido y se mide en Hercios (Hz). La frecuencia de un sonido produce un tono
distintivo.
Estas variaciones de presión viajan por cualquier medio elástico desde la fuente
emisora hasta los oídos del receptor a una cierta velocidad (c) que en el caso del
aire es 344 m/seg.
Conociendo la velocidad (c) y la frecuencia de un sonido, podemos calcular la
longitud de onda que es la distancia desde un máximo o pico de presión de una
onda hasta el siguiente:
f
c==(Hz) frecuencia
sonido del Velocidadonda de Longitud
Así podemos ver que los sonidos de alta frecuencia tienen longitud de onda corta y
los de baja frecuencia longitudes de onda larga.
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Un sonido de una sola frecuencia se denomina tono puro.
En la práctica, los tonos puros se encuentran muy raramente, y la mayoría de los
sonidos se componen de diferentes frecuencias.
La mayor parte del ruido consiste en una amplia mezcla de frecuencias
denominada ruido de banda ancha.
Corno se ha indicado anteriormente, es sumamente importante conocer el
contenido en frecuencia de un sonido. Usualmente este contenido en frecuencias
se agrupa en lo que denominamos 'bandas de frecuencia.
Cada banda está compuesta por un número determinado de frecuencias: los
extremos y la frecuencia central mediante la cual se designa cada banda están
normalizadas.
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El valor de la amplitud asignada a cada 'banda es la suma de la amplitud de cada
una de las frecuencias que componen la banda. Su representación gráfica se
efectúa bien asignando este valor de amplitud a cada frecuencia central y
uniendo todas las frecuencias centrales o bien mediante barras que cubre toda la
banda con una misma altura.
La escala de frecuencia empleada es logarítmica pues es la que se ajusta al
comportamiento del oído humano.
Las bandas pueden poseer un mayor o menor contenido de frecuencia
dependiendo de su 'anchura de banda'.
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Cuando se requiere una mayor resolución que la aportada por las bandas de
octava, se recurre a las bandas de tercio de octava (1/3 octava) obtenidas al
dividir cada banda de octava en tres intervalos, logaritmicamente iguales.
El decibelio (dB)
La segunda cantidad principal que se utiliza para describir un sonido es el tamaño
o amplitud de las fluctuaciones de presión.
El sonido más débil que puede detectar un oído humano sano tiene una amplitud
de 20 millonésimas de Pascal (20 mPa), unas 5.000 millones de veces menor que la
presión atmosférica normal.
Un cambio de presión de 20 µPa es pequeñísimo. Sorprendentemente, el oído
humano puede tolerar presión sonora más de un millón de veces más alta. Así, si
midiéramos el sonido en Pascales, terminaríamos con unas cantidades enormes e
inmanejables.
Para evitar esto, se utiliza otra escala - EL DECIBELIO.
referencia de Cantidad
medida Cantidadlog10dBen Nivel
10=
Un aspecto útil de la escala en decibelios es que da una aproximación mucho
mejor a la percepción humana de sonoridad relativa que la escala lineal (Pa).
Esto es porque el oído reacciona a un cambio logarítmico de nivel, que
corresponde a la escala de decibelios donde dB es el mismo cambio relativo en
cualquier lugar de la escala. La escala en dB es logarítmica y utiliza el umbral
auditivo de 20 µPa como nivel de referencia.
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Ejemplo:
Expresar cada uno su altura en decibelios utilizando como cantidad de referencia
1m.
Altura: 1.79 m. Nivel en dB=10· log10 (1.79/1)=2,52 dB re 1 m.
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Presión potencia e intensidad
La presión sonora es una magnitud variable de un punto a otra. Debido a esta
característica, en ciertas circunstancias es conveniente utilizar como medida de
amplitud del sonido otras magnitudes en lugar de la presión.
Se pueden utilizar tres magnitudes para definir la amplitud de una onda sonora:
Presión (p) expresada en Pascales, Potencia (W) expresada en Vatios e
Intensidad(W/m2) expresada en Vatios/metro cuadrado,
Las tres magnitudes están relacionadas entre si, según se puede apreciar en el
siguiente gráfico referido a una fuente putual.
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Relaciones entre las tres magnitudes:
Para una onda plana propagándose en campo libre:
siendo
ρ = densidad del medio
c = velocidad de propagación de la onda sonora
r = distancia de la fuente sonora al punto de medida.
La potencia acústica de un foco sonoro es constante y sólo depende de las
características de la fuente.
En cambio, la intensidad y la presión varían inversamente proporcional al cuadrado
de la distancia.
Cada una de estas magnitudes, a su vez, pueden expresarse en dB.
Las cantidades de referencia establecidas para medidas de potencia acústica,
presión e intensidad son:
Wref = 10-12 W = 1 pW
I ref = 10-12 W / m2= 1 pW / m2
Pref = 2· 10-5 N/m2 = 20 µP
NOTA . Cuando hablamos de niveles sonoros en dB, es importante especificar la
cantidad de referencia para poder discernir si hablarnos de potencia, presión o
intensidad.
2
2
4 r
W
c
pI
πρ==
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Nivel de intensidad acústica
212 W/m10 re log10
−=refII
Li
Nivel de presión sonora
ìPa 20 re log20log102
2
refref pp
pp
LpSPL ===
Nivel de potencia acústica
W10 re log1012−=
refWW
Lw
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Propagación del sonido
Fuentes puntuales y lineales en campo libre
La propagación del sonido en el aire se puede comparar a las ondas de un
estanque. Las andas se extienden uniformemente en todas direcciones,
disminuyendo en amplitud según se alejan de la fuente.
En el caso ideal de que no existan objetos reflectantes u obstáculos en su camino,
el sonido proveniente de una fuente puntual se propagará en el aire en forma de
ondas esféricas según la relación:
Si expresamos en decibelios la relación entre el nivel de potencia acústica de la
fuente y la presión sonora originada en un punto alejado a una distancia r
obtendremos:
Lw Lp + 20 log r + 11
A partir de esta relación, se puede deducir que cada vez que doblarnos la
distancia, el nivel de presión sonora disminuye 6 dB.
Si el sonido proviene de un fuente lineal (carretera, ferrocarril) se propagará en
forma de ondas cilíndricas según la relación
Si expresamos en decibelios la relación entre el nivel de potencia acústica de la
fuente y la presión sonora originada en un punto alejado a una distancia r
obtendremos:
Lw Lp + 10 log r + 8
2
2
4 rW
cp
Iπρ
==
r
W
c
pI
πρ 2
2
==
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Tipos de ruido En las diversas situaciones de nuestra vida habitual nos encontramos con todo tipo
de ruidos desde los más agradables pasando por los tolerantes hasta los más
desagradables e intolerantes, o desde los ruidos sumamente cortos pero de gran
intensidad (explosión, sirena, claxon) hasta los ruidos permanentes en el tiempo
pero de niveles bajos (aire acondicionado, ordenador ... ).
A continuación presentamos algunos tipos de ruidos tanto en función del tiempo
como en función de la frecuencia que pueden servir para identificarlos.
Es imprescindible conocer el tipo de ruido para conseguir combatirlo ópticamente,
pues cada una de ellos requiera de un tratamiento específico para caracterizarlo,
evaluarlo y controlarlo.
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CARACTERIZACIÓN DE LAS FUENTES DE RUIDO
El parámetro que define la emisión sonora de una fuente de ruido es su potencia
sonora, que se puede complementar con información sobre su directividad y su
espectro en frecuencia.
Pero para evaluar su impacto en un punto determinado es necesario caracterizar
los niveles de presión sonora que era fuente original en el punto (Niveles de
inmisión) y su espectro en frecuencia, que no tiene por qué coincidir con el de
emisión, ya que se ha podido ver modificado por efecto de los elementos que
intervienen durante la propagación.
Algunos ejemplos de la caracterización por nivel de diferentes ruidos se presentan
en la Figura 2.1, en donde se puede apreciar seis situaciones de nivel sonoro
creciente expresado en decibelios.
Situación 1: El campo de la noche:
Normalmente no se desciende por debajo de 20 dBA
¡ EL SILENCIO NO EXISTE!
Situación -2: El campo de día
Situación 3: Oficina ocupada por varios mecanógrafos
Situación 4: Tráfico rodado
Situación 5: Grupo de música rock
Situación-6: Reactor, Nave aeroespacial
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La figura siguiente presenta sin embargo el rango de frecuencia cubierto por
determinadas fuentes de ruido.
Pero en la caracterización y valoración del impacto de las fuentes de ruido sobre
las personas hay que considerar que la sensibilidad del oído no es igual a todos los
ruidos y hay que tener en cuenta que la sensación no es líneal con respecto a los
niveles en decibelios.
Comportamiento del sonido en amplitud
1º.- El sonido se comporta de forma logarítmica en cuanto a amplitud. Cuando
hablamos de niveles sonoros vamos a conocer varias reglas básicas del
comportamiento del sonido.
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1. La suma de dos focos iguales origina un incremento de 3 dB.
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2. Sin embargo esto no implica que la sensación para el oído humano sea el doble
del ruido, sino que necesitaría un incremento de 10 dB, es decir 10 veces de
ruido, para que la sensación sea el doble.
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3. También hay que tener en cuenta que si se emiten simultáneamente dos niveles
de ruido por dos fuentes sonoras, siendo una de ellas al menos 10 dB superior a
la otra, el nivel sonoro resultante es igual al originado por la más grande.
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Aparte de estas características de la sensibilidad del oído humano frente a las
variaciones de nivel sonoro, hay que tener en cuenta que la sensación recibida por
el oído no es igual a todas las frecuencias.
El ensayo de audición del hombre cubre el rango de 20 a 20.000 Hercios, pero
dentro de este rango el oído es más sensible a las frecuencias medias y altas que a
las bajas.
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La respuesta del oído se representa en la siguiente figura, con las denominadas
curvas de insonoridad que representan los niveles a cada frecuencia para los que
la sensación es la misma (fonos).
Por lo tanto para evaluar la molestia que un ruido puede originar en el hombre será
necesario considerar su nivel y su frecuencia. Pero existen además otros factores
que pueden influir en la molestia, así los ruidos de banda ancha lo son menos que
los focos puros.
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Pero en cualquier caso, no se puede olvidar el efecto subjetivo, ya que el mismo
ruido, con igual nivel y características, puede resultar molesto o no en función de su
procedencia (por ejemplo si la genera uno mismo, si está o no producido por algo
con lo que nos identificamos, según el estado de ánimo del receptor (por ejemplo
dificulta la conversación, el sueño, ... etc).
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Estos efectos pueden originar que incluso niveles bajos originen rnolestias elevadas
corno pueden ser el goteo de un grifo.
No obstante, es evidente que determinados niveles originen una molestia
generalizada y en base a este criterio al que establece la legislación.
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ESCALAS DE RUIIDO
Todos estos elementos son los que hacen difícil caracterizar el ruido originado por
un foco de ruido, de forma que sea representativo de la molestia causada y lo que
ha motivado la existencia de diversos parámetros, creados en la intención de
ajustarse mejor de la sensación recibida por el hombre.
La caracterización de( ruido se puede hacer principalmente con dos criterios
diferentes: los basados en escalas con ponderación en frecuencia y los basados en
análisis espectral del ruido.
Escalas con ponderación en frecuencia
Basándose en las curvas de isosonoridad del oído humano se definieron una serie
de filtros con la pretensión de ponderar la señal recogida por el rnicrófono de
acuerdo con la sensibilidad del oído, es decir atenuando las frecuencias bajas,
para poder reflejar un nivel sonoro representativo de la sensación de ruido recibida.
Con este criterio se han definido varios filtros, siendo los más conocidos los
denominados A, B, C y D.
Los filtros A, B y C surgieron en la idea de reproducir las curvas de isosonoridad a
diferentes niveles, y la curva D con objeto de caracterizar la molestia originada por
el ruido de aviones.
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De todos estos filtros, el que se ha impuesto y es el habitualmente utilizado es el A,
ya que diversos estudios experimentales se han demostrado que, aunque se
desarrolló con la idea de caracterizar niveles sonoros bajos, caracteriza
adecuadamente la molestia para todos los niveles, por lo que no hay necesidad
de emplear otros filtros en función del nivel, con lo que se simplifica la realización
de mediciones y se generaliza la caracterización de todos los focos de ruido.
Los niveles sonoras efectuados con la ponderación del filtro A se denominan
'decibelio A' (dBA)
En la siguiente figura se puede ver el efecto que sobre un espectro en frecuencia
no ponderado (LINEAL) origina la introducción del filtro A. Las dos últimas columnas
indican el valor total en dB y en dBA.
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PARÁMETROS DESCRIPTORES DEL RUIDO Parámetros basados en la escala A
El ruido es un fenómeno variable lo que exige para su caracterización el empleo de
parámetros que consideran esta característica, bien reflejándola o bien mediante
la obtención de niveles promedio representativos del fenómeno.
La medida instantánea del nivel de presión sonora,LPA, permite observar la
evaluación del ruido en el tiempo, pero no permite valorar su suceso.
Los parámetros basados en la escala A más utilizados para describir un fenómeno
son los siguientes:
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Leq: Nivel Continuo Equivalente
Es el nivel continuo que tiene la misma cantidad de energía sonora sobre un
intervalo de tiempo determinado que la variación del nivel sonoro existente
durante el intervalo.
Otra forma más práctica de expresarlo es la siguiente:
dBAen 101
log10
0
10
= ∫ dt
TeqL
T L
A
A
Debe indicarse siempre el intervalo de tiempo al que corresponde el nivel Leq, por
ejemplo LAeq,15 minutos que indicaría el nivel promedio equivalente ponderado A
durante un periodo de 15 minutos.
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Frecuentemente se presenta la necesidad de obtener el nivel LAeq promedio de un
período de tiempo que incluye intervalos con características de ruido diferentes y
que se han evaluado independientemente, (por ejemplo una máquina con cielos
de funcionamiento diferente).
El cálculo del nivel de una serie de intervalos independientes se realiza mediante la
expresión:
dBAen 101
log101
10
∗= ∑
=
n
i
L
iA
i
tT
eqL
Siendo:
Li: El valor de Leq representativo de cada uno de los N intervalos que
componen el período.
ti : duración correspondiente a cada uno de los intervalos.
T: La duración del período considerado.
Si todos los intervalos del período son de la misma duración la expresión quedará
simplificada a:
dBAen 101
log101
10
= ∑
=
n
i
L
A
i
NeqL
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Leq,d: Nivel diario Equivalente
Es el nivel de presión acústica continuo equivalente ponderado A, cuando el
tiempo de exposición se normaliza a una jornada de trabajo de 8 horas.
Si conocemos el nivel LAeq durante un tiempo T, el nivel equivalente diario será:
LAeq,d = LAeq,T + 10log(T/8)
Si un operario se encuentra sometido a n diferentes tipos de ruido durante las 8
horas de trabajo, con niveles sonoros y tiempos de exposición conocidos, se
calculará para cada periodo existente el nivel diario equivalente y se efectuará
finalmente la suma de los niveles medidos.
LAeq,S: Nivel Semanal Equivalente
dBAen 105
1log10
5
1
10
,
= ∑
=i
L
Aeqs
iAeqd
L
Este parámetro únicamente se utilizará bajo ciertas condiciones expresadas en el
Real Decreto 1316.
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Combinación de niveles sonoros En muchas situaciones prácticas es necesario determinar el efecto combinado de
varias fuentes sonoras.
Dado que los niveles sonoros son cantidades logarítmicas, no pueden combinarse
simplemente sumándolos o restándolos aritméticamente, sino que la intensidad
acústica resultante debe ser determinada tomando antilogaritmos de los niveles
medidos, sumando los valores en la escala lineal y formando de nuevo el logaritmo.
Con el fin de efectuar estos calculos de una forma sencilla utilizaremos un gráfico
que nos permitirá sumar niveles de forma rápida y sencilla.
El nivel de presión sonora total no es LPTOTAL ≠≠ LP1+LP2.
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En el caso particular de que p1 = p2 nivel de presión sonora total será el nivel de una
de los focos incrementado en 3 dB.
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RELACIÓN ENTRE ESPECTRO Y NIVEL SONORO TOTAL Es evidente la simplificación que supone el empleo de parámetros e índices que
mediante un número represente el impacto de un foco.
Sin embargo, en determinadas ocasiones esto no es suficiente y es necesario
considerar el espectro en frecuencia del ruido.
Esto ocurre por ejemplo cuando existe algún fenómeno, habitualmente durante la
propagación del sonido, que influye en diferente medida en cada banda del
espectro.
Estos fenómenos obligan a considerar un análisis por banda de frecuencia,
aunque finalmente se pueda expresar el resultado del impacto por un número
global expresado por ejemplo en dBA.
Este proceso exige relacionar el nivel en cada banda de octava (o tercio de
octava) con el nivel total, lo que se realiza por adición de los niveles
correspondientes a las diferentes bandas del espectro, de acuerdo con el
método de adición de decibelios (Figura 1) recomendándose efectuar la adición
en orden creciente de valor, especialmente si hay un nivel muy superior al resto.
Por ejemplo:Si el espectro originado por una fuente sonora, es el que se presenta
a continuación, expresado en bandas de octavas, el nivel total se obtendrá de la
forma indicada, siendo el nivel total del espectro igual a 85.3 dB.
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MEDICION- DEL RUIDO Influencia del Ruido de Fondo Un factor que puede influir en la precisión de las medidas es el nivel de ruido de
fondo, comparado con el nivel de sonido que se está midiendo. Obviamente, el
ruido de fondo no debe- "enmascarar' el sonido de interés. En la práctica, esto
significa que el nivel de sonido debe ser al menos 3 dB más alto que el ruido de
fondo. Sin embargo, aún puede ser necesaria una corrección para obtener un
resultado preciso.
El procedimiento para medir el nivel sonoro de una máquina bajo condiciones de
ruido de fondo es el siguiente.
l.- Medir el nivel de ruido total con la máquina funcionando.
2.- Medir el nivel de ruido de fondo con la máquina parada.
3.- Hallar la diferencia entre las dos medidas.
Si es inferior a 3 dB, el nivel del ruido de fondo es demasiado alto para una medida
precisa. Si está entra 3 y 10 dB, será necesaria una corrección. Si la diferencia es
superior a 10 dB, no es necesaria la corrección.
4.- Para realizar correcciones, se debe utilizar el gráfico anexo. Introducir en el eje
horizontal del gráfico el valor de la diferencia, subir verticalmente hasta el corte
con la curva y después dirigirse al eje vertical.
S.- Restar el valor del eje vertical del nivel de ruido total medido en el punto.
El resultado es el nivel sonoro que produciría exclusivamente la fuente sonora si no
existiera el ruido de fondo.
Si la diferencia es pequeña, menor de 3 dB, es difícil efectuar una corrección
satisfactoria; por ello, en estos casos, es necesario medir en ausencia de ruido de
fondo.
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Medidas con Sonómetro Según las necesidades de las medidas, algunas veces es suficiente la utilización de
un sonómetro para medir y evaluar problemas de ruido.
La- selección del tipo de sonómetro depende de las necesidades de precisión que
la medida requiera o bien en ocasiones de la disponibilidad del usuario.
El sonómetro más económico es el 'tipo 3' que es adecuado para obtener una
indicación aproximada de los niveles sonoros pero con una amplia tolerancia.
Unicamente es utilizado para determinar si los niveles sonoros en un área son muy
altos o muy bajos respecto a un nivel de referencia.
En muchas ocasiones la precisión de este sonómetro no es suficiente teniendo que
recurrir a sonómetros 'tipo 2' o aún de mayor precisión "tipo 1".
En cualquier caso, el son6metro será elegido según las especificaciones de la
normativa vigente si esta existe.
En caso de ausencia de normativas al respecto, nuestra elección deberá
fundamentarse en la precisión que la medida requiera.
Usemos un tipo de sonómetro u otro, siempre se debe indicar en el informe de
medidas el tipo empleado.
Como normas básicas para la manipulación de un sonómetro complementarias a
las especificadas que se indican a continuación se debe tener en cuenta que las
posiciones de medida deberán ser seleccionadas con cautela de forma que se
obtenga un muestreo representativo: por ejemplo si se pretende evaluar la
exposición de su trabajador, el micrófono se situará a la altura de la oreja (entre 1.2
y 1.5 m. dependiendo de si está sentado o de pie.
En todo caso se evitarán efectuar medidas en zonas próximas a paredes u objetos
reflectantes o en zonas muy próximas al foco sonoro.
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Asimismo debe procurar evitar las posibles influencias del propio equipo de
medida.
Una vez, elegido el tipo de sonómetro a utilizar o teniendo conocimiento del tipo
de sonómetro de que disponernos, y por tanto sus limitaciones, seleccionaremos los
parámetros que influyen en la medida-
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Selección de la red de ponderación en frecuencia Generalmente, y a menos que las especificaciones impuestas indiquen otra cosa,
la red de ponderación utilizada es la ponderación A. En cualquier caso, en los
informes se debe indicar la -red de ponderación utilizada para evitar confusiones.
Por ejemplo 'El nivel de presión sonora es de 76 dB (A)'
Selección de la red de ponderación en tiempo En algunas ocasiones las especificaciones de medida indican si se debe emplear la
ponderación en tiempo FAST, SLOW o impulse.
Como línea general a seguir, en ruidos continuos la respuesta es prácticamente
idéntica estando el sonómetro en FAST o SLOW. En caso de ruidos de tipo
impulsivos, cortos, fluctuante, ...'etc. el FAST proporciona una respuesta más precisa
puesto que el tiempo de promediado es más rápido así como en los casos en que
,el quiera muestrear niveles máximos.
En cualquier caso, siempre que no se especifica nada al respecto, se
sobrentenderá por defecto ponderación en tiempo FAST.
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Elección del parámetro descriptor del ruido Cada tipo de ruido a medir necesita un tratamiento específico y un parámetro
diferente para caracterizarlo. A continuación exponemos algunas de las
situaciones más habituales con las que nos podemos encontrar y los parámetros
acústicos utilizados en cada caso.
a) El caso más simple se presenta cuando tenemos un ruido continuo y totalmente
identificado por encima del ruido de fondo: el parámetro utilizado en la medida
será el LAeq, y el tiempo de promediado necesario para obtener un índice
aceptable puede ser relativamente corto; por ejemplo, en muchas normativas
se utilizan niveles Leq de 1 min.
b) Otras veces, aunque el ruido fluctúe, es posible hacerlo estacionario
aumentando el tiempo de promediado: por ejemplo una carretera con tráfico
fluido. En estos casos se utilizan Leq de 10, 20, 30 min. o incluso mayores según
cada caso. A veces este valor Leq es complementado con niveles máximos
dependiendo del tipo de ruido o normativa.
c) En caso de que el ruido sea totalmente aleatorio o que existan interferencias de
otros focos :ajenos al que queramos medir y por tanto sea imposible utilizar Leq,
debemos recurrir a niveles de presión sonora instantáneos (SPL).
d) En el caso de que existan diversos focos emitiendo simultáneamente, muchas
veces los niveles percentiles pueden ayudar en la evaluación e identificación
de los focos.
d) Cuando lo que queremos medir son ruidos impulsivos (prensas, martillos de forja,
explosiones ... ) la respuesta en frecuencia FAST del sonómetro no es adecuada
para las medidas, excepto si se efectúa un promediado en tiempo muy largo.
En estos casos se utiliza el detector impulso que determina el nivel medio en un
período corto de tiempo.
e) Cuando las especificaciones de la medida así lo exigen se utilizará el detector pico (PEAK) que determina el nivel máximo absoluto durante el tiempo de
observación.
f) En ocasiones un valor global en dB(A) no resulta suficiente para identificar el
problema y debamos recurrir a una definición del nada en frecuencia.
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g) A veces una solución cómoda, sencilla y barata como dotar al sonómetro con
un juego de filtros puede ser suficiente.
En este caso, los niveles en cada banda se obtienen en el display sucesivamente.
Ayudan a la identificación, por ejemplo, de tonos puros.
Análisis en laboratorio
Algunas ocasiones no resulta suficiente una medida efectuada con sonómetro
para evaluar el problema, sino que se requiere de información más detallada para
conocer la distribución de las diferentes frecuencias al nivel global y en base a esto
facilitar el diseño de soluciones de control de ruido.
Para estos casos se requiere de otro tipo de equipamiento: analizadores
espectrales.
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EQUIPAMIENTO DE MEDIDA
EL SONOMETRO
Un sonómetro es un instrumento de
medida destinado a las medidas
objetivas y repetitivas de la presión
sonora; como ésta se valora de
forma logarítmica, diremos que es
un medidor de nivel de presión
sonora.
Por su precisión, los sonómetros se
clasifican en sonómetros patrones
(tipo 0), de precisión (tipo 1), de uso
general (tipo 2) ó de inspección
(tipo 3).
Estas clasificaciones se realizan de acuerdo con normativas nacionales e
internacionales añadiéndose calificativos que indican otras capacidades de
medida (sonómetros integradores, analizadores, de impulsos, etc.). Las normas en
vigor más importantes son en Europa la IEC-651 para sonómetros y la IEC-804 para
sonómetros integradores.
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Todo sonómetro responde al menos al diagrama de bloques de la fig. 1 y
comprende:
- Un micrófono que convierte las variaciones de presión sonora en variaciones
equivalentes de señal eléctrica.
- Una o varias redes de ponderación que hacen que la respuesta en frecuencia del
instrumento sea semejante a la del oído humano.
- Un detector que convierte la señal alterna en continua.
- Una ponderación temporal que determina la velocidad de respuesta del
sonómetro frente a variaciones de presión sonora.
- Un indicador analógico o digital.
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Redes de Ponderación
La señal entregada por el micrófono y acondicionada por el preamplificador pasa
por una serie de circuitos amplificadores para acomodar el rango de lectura con
los niveles a medir y se lleva a una red de ponderación.
La alinealidad del oido humano expresado en forma de las curvas isofónicas ha
llevado a la introducción en los equipos para la medida del sonido de unos filtros
de ponderación en frecuencia cuyo objeto es obtener instrumentos cuya respuesta
en frecuencia sea semejante a la del oído humano. Las curvas internacionalmente
aceptadas se denominan A, B y C, y sigue aproximadamente las isofónicas de 40,
70 y 100 fonos. La denominan dB(A), dB(B) o dB(C) las medidas tomadas con estos
filtros.
La utilización teórica de estas curvas, sería la curva A para niveles bajos, la curva B
para niveles medios y la curva C para niveles altos. Sin embargo en la actualidad,
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la única que se emplea es la A, por su sencillez de uso y la buena correlación que
muestra entre los valores medidos y la molestia o peligrosidad de la señal sonora.
La ponderación D está normalizada para medida de ruido de aviones y enfatiza las
señales entre 1 y 10 KHz.
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Detector e integrador
La señal eléctrica, haya pasado una red de ponderación o siga con su contenido
en frecuencia invariable (posición que lo denomina lineal), es una señal alterna,
variable con el tiempo, la cual debemos convertir en una señal continua
proporcional a uno de estos parámetros.
. Nivel pico: Es la máxima amplitud instantánea de la señal. Se utiliza para valorar
señales de muy corta duración como impactos (generados por choque de dos
superficies) o impulsos (variaciones bruscas de presión generadas directamente en
el aire como la explosión de un globo).
. Nivel pico a pico: Distancia entre las máximas amplitudes positiva y negativa. No
se usa en acústica.
. Nivel medio: Promedio numérico de la señal. No se usa en acústica.
. Nivel eficaz (RMS = Root Mean Square): Es una medida de la energía transportada
por la señal. Cuando se habla de niveles de presión sonora, siempre nos referimos a
valores eficaces salvo que se indique otra cosa.
En acústica se han normalizado tres tiempos de integración, constantes de tiempo
o ponderaciones temporales, que de las tres formas se las conoce y son las
características Fast (rápido), Slow (lento) e Impulse (impulso). Sus nombre indican la
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velocidad con que el sonómetro sigue las fluctuaciones del ruido y corresponde a
unos tiempos de integración de 250 ms, 2 s y 35 ms respectivamente.
En el informe haremos constar la ponderación temporal utilizada en las medidas.
Otro parámetro indicador del nivel de presión sonora es el nivel sonoro continuo
equivalente ó Leq, que representa el nivel que manteniéndose constante durante
el tiempo de medida tiene el mismo contenido energético que el nivel variable
observado; a veces se interpreta como un cálculo del valor eficaz cuyo tiempo de
integración se extiende al tiempo de medida. De cualquier forma el Leq es una
medida real de la energía de la señal durante el tiempo de medida.
CALIBRADORES
Antes de iniciar las medidas, es importante calibrar conjuntamente el micrófono y el
instrumento de medida; así comprobaremos el funcionamiento de todo el sistema y
aseguraremos la precisión de la medida. Es recomendable verificar la calibración
después de las medidas.
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Para proceder a una calibración acústica, debemos insertar el micrófono en el
calibrador, conectar éste y ajustar la lectura del sistema indicador a la presión
sonora del calibrador usado.
El pistófono que debe su nombre a que la presión sonora se produce mediante dos
pequeños pistones arrastrados por un motor eléctrico, entrega nominalmente 124
dB a 250 Hz. El nivel de presión sonora exacto de cada pistófono viene indicado en
su carta de calibración y debe corregirse con la presión atmosférica local; a este
fin se suministra un barómetro calibrado en dB.
El calibrador sonoro opera con un altavoz miniatura y produce 94 dB (1 Pa) a 1.000
Hz.