Captulo 3 Normativa de aplicacin

1

CAPTULO 3: NORMATIVA DE APLICACIN PARA LAS MEDIDAS

3.1.- INTRODUCCIN

En este captulo se pretende hacer un repaso de las normas necesarias para llevar a cabo las medidas que se han realizado en el presente proyecto. Para cada una de ellas se destacarn, fundamentalmente, los elementos que son necesarios cumplir para poder afirmar que el clculo de la potencia se ha llevado a cabo segn la norma en cuestin, centrndonos siempre en las opciones que nosotros hemos escogido de entre las que la norma propone. En primer lugar se comentar la norma ISO-3744, que describe un procedimiento para el clculo de la potencia acstica mediante medidas de presin, del cual se obtiene un valor con grado de precisin 2 o grado de ingeniera. Por ltimo se comentar la norma ISO-9614 en la que se describe un mtodo para el clculo de la potencia acstica a partir de medidas de intensidad. Esta norma es la que ms nos interesa, puesto que es la que implica la utilizacin del equipo bajo estudio en este proyecto: una sonda de intensimetra acstica. En ella se definen una serie de parmetros y unas condiciones para esos parmetros que nos determinan el grado de precisin de las medidas. La citada norma tiene dos partes, segn el mtodo que se utilice para recorrer las superficies de medida. Se comentar la segunda parte que es la que nosotros hemos utilizado, y en la que se expone el mtodo de medicin por barrido. Junto a la ISO-9614 se har referencia tambin a la UNE-61043, en la que se describe el procedimiento para determinar algunos de los parmetros relacionados en la primera.

Captulo 3 Normativa de aplicacin

2

3.2.- CLCULO DE POTENCIA ACSTICA MEDIANTE MEDIDAS DE PRESIN. GRADO DE INGENIERA. NORMA ISO-3744.

Para la determinacin de la potencia acstica de una fuente de ruido, existen varios procedimientos dependiendo del grado de precisin deseado y del entorno acstico que tengamos. Nosotros nos quedaremos con el grado de ingeniera o grado 2, aunque existen 3 grados de precisin que se muestran a continuacin, junto con la norma que describe el procedimiento a seguir para cada uno de ellos, y la precisin que aseguran.

Grado 1 (Precisin) Grado 2 (Ingeniera) Grado 3 (Control) Norma ISO-3745 ISO-3744 ISO-3746 Precisin R 1dB R 1,5dB R 3dB (si k2 5dB)

R 4dB (si 5dB k2 7dB)

Donde: R= desviacin tpica de la reproducibilidad. k2= coeficiente de correccin por entorno acstico.

Para el clculo de potencia acstica mediante medidas de presin, se necesita un equipo de medida de presin acstica (sonmetro). La norma que estamos comentando, describe un mtodo para la determinacin de la potencia acstica que asegura un grado 2 de precisin (grado de ingeniera), como ya se ha comentado. Esto quiere decir que obtendremos el valor real del nivel de potencia acstica, con un grado de precisin de 1,5 dB.

Para conseguir esto la norma enumera una serie de restricciones en distintos parmetros que se muestran en la figura 3.2, incluida ms abajo.

Los criterios ms claramente restringidos son: el del entorno de ensayo, para el cual se impone un valor mximo de 2 dB en el parmetro que determina la correccin por entorno, segn se define en esta misma norma; el del ruido de fondo, en el que se limita la diferencia entre el nivel de ruido con la fuente en funcionamiento y el nivel de ruido de fondo, a un mnimo de 6 dB; y el nmero de puntos de medida, que no debe ser, salvo circunstancias detalladas en la misma norma, menor de 9.

Fig. 3.1

Captulo 3 Normativa de aplicacin

3

Tal y como ya se ha dicho, siempre que se cumplan estas premisas, el grado de precisin ser el grado de ingeniera, y el valor de potencia obtenido estar en un intervalo de 1,5 dB respecto del valor real. Para llevar a cabo las medidas, es necesario definir primero una superficie de referencia que debe incluir a la fuente, excluyendo aquellos elementos protuberantes que no sean radiadores eficaces de energa acstica. Las distintas

posiciones de los micrfonos se reparten en la superficie de medida, una superficie que envuelve tanto a la fuente como a la superficie de referencia. Para la superficie de medida debe usarse una de las siguientes opciones:

- Una superficie semiesfrica, o una parte de ella, de radio r; - Un paraleleppedo rectangular paralelo a la superficie de

referencia.

Fig. 3.2

Captulo 3 Normativa de aplicacin

4

Nosotros hemos escogido una superficie de medida paralelepipdica, por ser ms fcil de construir unos elementos que nos la delimiten. Nuestra superficie de medida es, concretamente, un cubo de 0,6 m de lado. El nmero de segmentos en que se divide la superficie debe ser mnimo, siendo cada uno de estos elementos de igual rea, con una longitud mxima de lado de 3d; siendo d la distancia de medida, es decir, la distancia entre la superficie de referencia y la superficie de medida. Dicha distancia es para nosotros 18,5 cm, con lo cual, teniendo en cuenta lo mencionado antes, no es necesario dividir cada una de las caras de nuestro cubo, lo que implica que disponemos de 5 segmentos iguales para llevar a cabo los ensayos de medida de presin.

Para la determinacin de las posiciones de los micrfonos, en el anexo C de la presente norma se dice: , por lo que nuestras posiciones de micrfono quedarn en cada cara como se ve en la figura de la izquierda.

Fig. 3.3

Fig. 3.4

Captulo 3 Normativa de aplicacin

5

Los puntos negros son cada una de las posiciones donde se realizarn las medidas con el sonmetro, y la zona rayada representa la superficie reflectante, que en nuestro caso es el suelo de la habitacin donde se llevan a cabo los ensayos.

Respecto al perodo de observacin durante el cual se determina el nivel de presin de nuestra fuente, en la norma se especifica que para bandas de frecuencia centradas en, o por debajo de 160Hz, el perodo de observacin debe ser de, al menos 30s; y para bandas de frecuencia centradas en, o por encima de 200Hz, el perodo de observacin debe ser de, al menos, 10s. Nosotros hemos cogido por defecto 30s, cumpliendo as el criterio que se especifica sin tener que detenernos en determinar si bastara, en nuestro caso, con un tiempo inferior.

Definidos ya estos parmetros, slo resta llevar a cabo las medidas del nivel de presin en cada uno de los puntos, y proceder a determinar el nivel de potencia segn las ecuaciones:

=

=

N

i

LPA

PAi

NL

1

1,0101log10

PAL : es el nivel de presin acstica promediado sobre la superficie de

medida, en dB, con la fuente bajo ensayo funcionando. PAiL : es el nivel de presin acstica medido en la posicin i-sima del

micrfono, en dB.

=

=

N

i

LPA

PAi

NL

1

1,0101log10

PAL : es el nivel de presin acstica del ruido de fondo promediado sobre

la superficie de medida, en dB. PAiL : es el nivel de presin acstica del ruido de fondo medida en la

posicin i-sima del micrfono, en dB. N: es el nmero de posiciones del micrfono.

Una vez realizadas las medidas de los niveles de presin, slo resta calcular, e introducir, las correcciones necesarias para contrarrestar los efectos del ruido de fondo y del entorno acstico.

Captulo 3 Normativa de aplicacin

6

La correccin para el ruido de fondo se lleva a cabo mediante la determinacin del factor k1, que viene dado por la siguiente expresin:

( )ALAk = 1,01 101log10 , donde PAPAA LLL = .

La norma que estamos describiendo, impone unos lmites superior e inferior para el ruido de fondo. Si ste es superado en 15 decibelios por el nivel que se genera con la fuente en funcionamiento, no es necesario llevar a cabo ningn tipo de correccin. Si el nivel del ruido de fondo se encuentra a menos de 6 dB del nivel con la fuente en marcha, se ver reducida la precisin de los resultados, y ser necesario indicar claramente que los resultados no cumplen los requisitos de la norma internacional que se est comentando aqu. En los casos en que la diferencia entre ambos niveles, se encuentre entre los dos valores comentados, tendremos que calcular el coeficiente para la correccin por ruido de fondo (k1). La correccin por entorno acstico es muy parecida a la anterior; tambin se basa en el clculo de un factor, en este caso k2, que viene a corregir los errores que se puedan dar por realizar los ensayos en un entorno con muchas reflexiones. La superficie de medida en un entorno de ensayo dado se considera satisfactoria, para medidas de acuerdo con la Norma Internacional ISO 3744, slo si la correccin por entorno acstico de ensayo k2 es numricamente igual o menor que 2dB. Si k2 excede 2dB, se debe repetir el procedimiento utilizando, o una superficie de medida menor, o un entorno acstico mejor. Para el clculo del citado ndice nosotros hemos usado el mtodo del tiempo de reverberacin, en el cual se calcula este parmetro en el entorno donde se van a realizar las medidas. Esto se hace con el programa dBBATI, usando una fuente dodecadrica y un micrfono para captar el sonido emitido que en un momento dado se corta, para permitirnos medir el tiempo que tarda el sonido en apagarse completamente, lo que constituye el tiempo de reverberacin del entorno. Una vez calculado el tiempo de reverberacin de la sala, se calcula el rea de absorcin equivalente de la cmara a partir de la frmula de Sabine:

Captulo 3 Normativa de aplicacin

7

=

TVA 16,0

donde

V: es el volumen de la cmara de ensayo en metros cbicos; T: es el tiempo de reverberacin de la cmara, en segundos, para ponderacin A o bandas de frecuencia. Respecto al tiempo de reverberacin, en nuestro caso es claro que vamos a usar medidas con ponderacin A: las que nos da el sonmetro al medir. Por eso, y tal como se explica en la norma, usaremos el tiempo de reverberacin correspondiente a la banda de frecuencias centrada en un 1kHz. Sera posible tambin llevar a cabo los clculos en bandas de octava o tercios de octava, para lo cual deberamos usar un valor del tiempo de reverberacin para cada banda tal y como nos lo ofrece el programa dBBATI. Ahora ya podemos calcular el coeficiente de correccin por entorno acstico mediante la expresin:

dBASk A

+= 1log102

donde S: es el rea de la superficie de medida. Una vez calculados los dos coeficientes de correccin, se calcula el nivel de presin acstica superficial, que no es ms que el nivel medido con la fuente en funcionamiento, pero aplicando las dos correcciones que se han descrito arriba.

AAPAPFA kkLL 21 =

Finalmente, se calcula el nivel de potencia acstica de nuestra fuente con la expresin:

dBSSLL

o

PFAWA

+= log10

donde So: es la superficie de referencia que tiene un valor de 1m2.

Captulo 3 Normativa de aplicacin

8

3.3.- CLCULO DE POTENCIA ACSTICA MEDIANTE MEDIDAS DE INTENSIDAD. NORMA ISO-9614-2.

Existen dos mtodos para el clculo de la potencia acstica a travs de la intensidad, dependiendo de la tcnica que se use para las medidas. Nosotros hemos usado la tcnica de barrido, que se describe en la 2 parte de la norma ISO-9614. Ms adelante, en este apartado, se discutir en que consiste esta tcnica. La seal emitida por la fuente bajo estudio, debe ser constante en el tiempo, lo cual en nuestro caso ocurre en todo momento.

La incertidumbre de la potencia acstica calculada segn este mtodo, para el grado de ingeniera, es 1,5dB para valores con la ponderacin A.

Las superficies de referencia y de medida se definen aqu igual que en la norma ISO-3744, por lo que no se volver a comentar ni las opciones vlidas, ni la opcin que en este proyecto se ha escogido.

Para la realizacin de las medidas, se mueve la sonda de intensidad continuamente a lo largo de trayectorias definidas (barrido), sobre cada segmento de la superficie de medida seleccionada. Se regula el instrumento de medida, para obtener la media temporal de la intensidad acstica y de la presin acstica, sobre la duracin total T de un barrido sobre un segmento. Se efecta la operacin de barrido de manera que la trayectoria especificada de barrido sea seguida con precisin, que el eje de la sonda se mantenga perpendicular a la superficie de medida en todo momento, y que la velocidad de movimiento de la sonda sea uniforme. En el caso de barrido mecnico, es tcnicamente posible satisfacer estas condiciones sobre cualquier forma de la superficie de medida.

En el caso de barrido manual, es virtualmente imposible satisfacer estas condiciones sobre superficies de medida irregulares o de doble curvatura. En consecuencia, son preferibles las superficies regulares y simples. El elemento bsico de un barrido es una nica lnea recta. La trayectoria de barrido debe ser tal que proporcione una cobertura uniforme de cada segmento a una velocidad uniforme. El ejemplo citado en la norma, que se ha seguido tambin en la realizacin de los ensayos del presente proyecto, es el que se ve en la siguiente figura:

Captulo 3 Normativa de aplicacin

9

La distancia media entre lneas adyacentes debe ser igual y, sobre la superficie de medida inicial, no debe exceder de la distancia media del segmento a la superficie de la fuente. Adems, para la realizacin manual, la velocidad de barrido debe estar en el intervalo comprendido entre 0,1 y 0,5m/s; y la duracin del barrido no debe ser inferior a 20s.

Es importante que durante el barrido manual, el operador no permanezca enfrente del segmento que est siendo barrido, sino a un lado de forma que su cuerpo no interfiera con la radiacin del sonido desde la fuente.

Como es lgico no se puede pedir que estas condiciones se cumplan estrictamente, puesto que las medidas se deben realizar de forma manual; no obstante, el que la norma haga mencin de estas condiciones en estos trminos, nos debe hacer ver que realmente es importante cumplir con las especificaciones citadas, por lo que se debe tener sumo cuidado al realizar las medidas de forma manual.

La superficie de medida debe dividirse en al menos cuatro segmentos. En los casos donde la fuente bajo ensayo tome la forma de superficies vibrantes extendidas, planas o curvas, la distancia media entre un segmento y la superficie de la fuente no debe ser inferior a 200mm. En los casos en los que la fuente sea ms bien pequea y compacta en su forma, esta distancia puede ser reducida a 100mm.

Para obtener el grado de precisin deseado, existen unos criterios que se deben cumplir sobre los llamados indicadores de campo. Para nosotros ese grado de precisin es el grado de ingeniera o grado 2, por lo que se deben cumplir los 3 criterios existentes:

Fig. 3.5

Captulo 3 Normativa de aplicacin

10

plD FL > Criterio 1 dBF 3/ + Criterio 2

sLL ww |)2()1(| Criterio 3

Veamos como se interpreta el primer criterio: LD: ndice de capacidad dinmica.

KLoplD =

El valor de K para el grado de precisin 2 es de 10, segn se seala en la norma que estamos describiendo.

plo: ndice de presin/intensidad residual

)(0 Ippl LL = Se define este ndice, segn la norma ISO-9614, como la

diferencia entre los valores de Lp y LI cuando la sonda se coloca de forma que la intensidad acstica sea 0, cosa que ocurre al colocar la sonda de forma que ambos micrfonos estn a la misma distancia de la fuente. De esta manera la presin a que sometemos cada uno de ellos ser la misma y, puesto que la intensidad se mide en este tipo de equipos a partir de esta diferencia de presiones, entonces la intensidad que la sonda debe indicar, al menos tericamente, es cero. Si la intensidad es cero, el valor del ndice debe coincidir con el valor de presin medido en ese punto, pero esto no ser as puesto que existen errores de fase en los micrfonos y errores debidos al cableado de los mismos, que influyen en que exista una intensidad residual que es la que se refleja en este ndice que, por tanto, nos convendr ms cuanto mayor valor tenga. En la tabla 2 de la norma UNE-61043, se muestran los valores mnimos del ndice de presin-intensidad residual en tercios de octava, valores que usaremos nosotros como propios para nuestra sonda, puesto que cumple escrupulosamente la citada norma segn el fabricante.

Fpl: Indicador de presin-intensidad en la superficie.

[ ] dBSSLLF wppl

+=

0

lg10

Captulo 3 Normativa de aplicacin

11

[Lp] es el nivel de presin acstica promediado en la superficie, es decir, lo que hemos llamado PAL , y el resto equivale a la intensidad promediada en la

superficie, por lo que podemos definir este parmetro como la diferencia entre el nivel de presin y el de intensidad medidos por nuestro equipo. Teniendo en cuenta todo lo expuesto hasta ahora, podemos reescribir la expresin para el primer criterio como:

IpsidIp LLLL > 10)( .Re Debemos comprobar, por tanto, que el nivel de intensidad medido, supera en ms de 10 unidades el valor del nivel de intensidad residual. Con esto se puede descartar en nuestros resultados la influencia de la intensidad residual. La comprobacin debe hacerse en bandas o tercios de octava, puesto que los valores del ndice vienen en tercios de octava en la tabla 2 que se incluye a continuacin como figura 3.6.

En nuestro caso, debemos escoger los valores para una sonda de clase 1, segn nos aconseja el fabricante. Hay que comprobar banda por banda que se cumple el criterio 1, restndole 10 al ndice correspondiente a cada una y

Fig. 3.6

Captulo 3 Normativa de aplicacin

12

comparndolo con el valor de Fpl. Debemos tener presente que los valores de los ndices mostrados en la tabla, son los indicados para instrumentos con una separacin entre micrfonos de 25 mm, y que para otra separacin distinta, hay que tener en cuenta lo que aparece al pie de la figura 3.6. Puesto que el programa nos permite mostrar en pantalla el parmetro Fpl en cada banda de tercio de octava, slo hay que cuidar que este valor no pase del lmite obtenido al restar 10 unidades al valor del ndice de presin-intensidad para esa banda.

Veamos ahora el segundo criterio: F+/-: Indicador de potencia parcial negativa. Debemos evaluar tambin este indicador para todas las bandas de frecuencia de medida, e introducir los valores en la frmula que se detalla a continuacin.

dBPPF

i

i

=+

||lg10/ Donde Pi es la potencia acstica para un segmento de la

superficie de medida. Como se puede ver en la expresin anterior, estamos midiendo aqu

como de importante es la potencia negativa, es decir, la energa del sonido que entra al volumen delimitado por la superficie de medida. De esta forma, si existen una cantidad de reflexiones tan elevada que pueda poner en tela de juicio la precisin de nuestro ensayo, al hacerse ms pequeo el denominador del argumento del logaritmo, el indicador ser mayor, sobrepasando para esa banda el valor de 3 especificado como mximo en el criterio 2, y tendremos que tomar alguna de las medidas que se exponen en la tabla B de la norma ISO-9614 y que se incluye a continuacin como figura 3.7, para conseguir el grado de precisin deseado.

Captulo 3 Normativa de aplicacin

13

Por ltimo vamos a considerar el significado del criterio 3. Este criterio hace referencia a la repetibilidad del clculo de potencia.

Para demostrar esta repetibilidad, se realizan dos barridos en cada uno de los segmentos de la superficie de medida y se registran, para cada banda, los valores de los niveles de potencia acstica parcial. Los dos barridos deben ser ortogonales siempre que sea posible, es decir, se hace un barrido y para llevar a cabo el segundo, se hace un giro de 90 en la trayectoria seguida. Una vez obtenidos, estos valores de nivel de potencia de cada segmento se introducen en la ecuacin vista arriba, de manera que cada par de ellos deben cumplir el criterio sealado. Si, en cualquier banda de frecuencia, se estima que la suma de las potencias acsticas parciales que pasan a travs de los segmentos sobre los que no se satisface el criterio 3, es inferior en ms de 10 dB a la potencia acstica de la fuente determinada a partir de las potencias parciales restantes que atraviesan los segmentos para los cuales se satisface el criterio 3, puede hacerse una determinacin de la potencia acstica de la fuente de acuerdo con esta parte de la Norma ISO 9614.

Fig. 3.7