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CONCEPTOS BÁSICOSMASTER EN INGENIERIA ACUSTICA

SONIDO

¿Qué es el sonido? :

Es una onda acústica capaz de producir una sensación auditiva

¿Qué es una onda acústica?Es la propagación (onda) de una vibración en un determinado medio material

Hay ondas acústicas que no son sonidos (Infrasonidos y Ultrasonidos)

1 10 100 1000 10 000 [Hz]Frecuencia

Rango Audible


140

dB120

100

80

60

40

20

0

20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20 kFrecuencia [Hz]

Niv

el d

e P

resi

ón S

onor

a

Umbral

Riesgo de Daño

Umbral de Dolor

Voz

Música

Campo Audible en dB y Frecuencias


CUALQUIER VARIACIÓN DE PRESION SOBRE LA PRESION ATMOSFERICA QUE EL OIDO HUMANO PUEDA DETECTAR: PROVOCA SENSACIONES PROPIAS DEL SENTIDO DEL OIDO.

Sonido: es la sensación auditiva producida por una onda acústica.

Cualquier sonido complejo puede considerarse como resultado de la adición de varios sonidos producidos por ondas senoidales simultáneas

El sonido es una transmisión de energía NO de masa

SONIDO


¿Qué es un ruido? ¿Qué diferencia hay entre sonido y ruido?

Es un sonido que produce molestia, es decir, resulta desagradable

Un mismo sonido puede resultar molesto (ruido) para una persona, pero no para otra (sonido).

GRUPO DE SONIDOS QUE INTERFIERE UNA ACTIVIDAD HUMANA

UN SONIDO NO MOLESTO PUEDE SER PERJUDICIAL

La diferencia entre sonido y ruido es muy subjetiva

Por ejemplo: Si oímos música en casa y nos escucha el vecino, la música para nosotros será un sonido, pero para el vecino será un ruido

ACCION OBJETIVA


Ruido ambiental : el sonido exterior no deseado o nocivo generado por las actividades humanas, incluido el ruido emitido por los medios de transporte, por el tráfico rodado, ferroviario y aéreo y por emplazamientos de actividades industriales.

Índice de emisión : índice acústico relativo a la contaminación acústica generada por un emisor

Índice de inmisión : índice acústico relativo a la contaminación acústica existente en un lugar durante un tiempo determinado.


Molestia : el grado de perturbación que provoca el ruido o las vibraciones a la población,

Ensayo acústico : operación técnica basada en una sistemática de mediciones acústicas, cuyo objetivo es la determinación de un índice de valoración acústico.

FACTORES OBJETIVOS

determinado mediante encuestas sobre el terreno

mediciones acústicas

Evaluación de un índice acústico .

Evaluación acústica : el resultado de aplicar cualquier método que permita calcular, predecir, estimar o medir la calidad acústica y los efectos de la contaminación acústica


La presión sonora

De todas estas magnitudes, lo más utilizado en Acústica Arquitectónica y Ambiental es caracterizar la onda sonora como una onda de presión

P0= Presión en el medio antes de que llegue la onda (presión de equilibrio)

P(x,t) = Presión real en un punto x y un instante t, una vez que ha llegado la onda

p(x,t)= P(x,t)-P0

La presión sonora nos informa de cómo cambia la presión al pasar la onda, respecto de la que había antes de pasar

Tiempo

Presión


Para medir lo fuerte o débil que es un sonido, se usan diferentes magnitudes. La primera ya la conocemos, es la PRESIÓN SONORA, p

A lo largo del tiempo p va variando, es decir p(t)

Unidades S.I.: N/m2= Pa

Tiempo

Presión


VALOR EFICAZ

Es importante recordar que la energía sonora es proporcional al cuadrado del valor eficaz de la presión, por lo que la suma de las cantidades de energía estarán relacionadas con la suma de los cuadrados de las presiones eficaces.

A partir de ahora, a menos que se exprese lo contrario, el término presiónacústica indica la presión acústica eficaz.

Viene determinado por la expresión:


Parámetros de Nivel Sonorop

Pa

Pico Pico – Pico

RMS =

Medio =

pPa

1 2

0Tx t dt

T

( )∫

1

0Tx dt

T

∫

Tiempo

Tiempo

Medio

F. Cresta =PicoRMS

RMS


El decibelio: Composición de niveles

En Acústica, para medir un sonido, no se suelen usar las magnitudes anteriores (presión, intensidad y potencia sonoras) directamente con sus unidades en el S.I., sino que se suele usar una escala logarítmica y unas nuevas “unidades” llamadas DECIBELIOS .

Además, a las magnitudes presión, intensidad y potencia sonoras, medidas en decibelios se les llama:

NIVEL DE PRESIÓN SONORA (Lp 0 SPL),NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (L I)NIVEL DE POTENCIA SONORA (Lw)


se define mediante la expresión siguiente:

0

2

0p p

plg20

pp

lg10L ⋅=

⋅= dB

Siendop presión sonora considerada, [Pa];p0 presión sonora de referencia, de valor 2·10-5 [Pa].(20µµµµ Pa)

Se sobreentiende que las presiones sonoras se expresan en valores eficaces o rms, salvo que se diga lo contrario

NIVEL DE PRESIÓN SONORA (Lp 0 SPL),


La unidad denominada decibelio (décima parte del belio) que viene definida por:

Consecuentemente con lo anterior:

El número de divisiones de la escala es mucho más reducido y los valores de la misma quedan asignados a ruidos usuales de nuestravida ordinaria.

µµµµ Pa200.000.000

20.000.000

2.000.000

200.000

20.000

2.000

200

20

(dB)140 (L.Dolor)120100806040200 (Umbral)


No obstante también posee sus desventajas.

Por ejemplo para dos niveles de ruido cuya diferencia entre ellos es de solamente 3 dB, podría pensarse que esta diferencia es muy pequeña y que probablemente carezca de importancia a efectos energía, considerar uno u otro nivel.

Sea L1 el nivel de presión acústica inicialSea L2 el nivel de presión acústica finalSea L1 – L2 = 3 dB la diferencia entre los dos niveles

Dividiendo miembro a miembro


Vemos pues que el incremento en tres decibelios un nivel sonoro, equivale a duplicar la energía de la onda .

No debe olvidarse que se están considerando valores eficaces al referirnosa los niveles de presión acústica. Por ello, para determinar cual es el valormáximo de la presión acústica deberemos utilizar la relación:


Suma de niveles de presión acústica

Para sumar dos o más niveles de ruido, podemos adoptar dos métodos: uno analítico y otro gráfico.

Método analítico

Sean Lp1 = 86 dB Lp2 = 90 dB Lp3 = 82 dB

L suma = 91,92 dB


Método gráfico


Resta de Niveles Sonoros

Algunas veces es necesario restar el ruido de fondo del NPS total. La corrección para el ruido de fondo puede hacerse restando el ruido de fondo del nivel de ruido total usando la siguiente ecuación o curva:

Cuando la diferencia entre el Nivel Total y el Nivel de Ruido de fondo es inferior a 3 dB se considera que el ruido de fondo puede enmascarar al ruido de nuestro interés desvirtuando el cálculo a efectos prácticos.


Nivel medio de presión sonora en un recinto , L

Nivel correspondiente al promedio temporal y espacial del cuadrado de la presión acústica, extendiendo el promediado espacial al interior del recintoexceptuando las zonas de radiación directa de las fuentes y las próximas a las paredes, suelo y techo.

Para exploraciones de la presión en n puntos discretos se define mediante la expresión siguiente:

∑=

⋅=n

1i

10/Lpi10n1

lg10L dB

Siendo: Lpi= nivel de presión sonora medido en el punto i, [dB].

Cuando las diferencias entre los valores componentes son menores que 4 dB, se puede tomar como nivel medio la media aritmética de los niveles componentes


Rango Audible

La sensación sonora del organismo frente a las ondas acústicas responde a las variaciones de presión o de frecuencia, siendo sensaciones distintas:

Tono : propio del espectro de frecuencias, de modo que un sonido, en general, parece más agudo (o más grave) cuanto mayor (o menor) sea su frecuencia.

Sonoridad: propia de la presión acústica; cuanto mayor sea la presión, más intenso (o “fuerte”) parece el sonido recibido.

En general, ambas magnitudes están relacionadas, ya que tanto el tono como la sonoridad dependen del espectro completo en frecuencias que posea el sonido recibido.


140

dB120

100

80

60

40

20

0


Niv

el d

e P

resi

ón S

onor

a

Umbral

Riesgo de Daño

Umbral de Dolor

Voz

Música

140

dB120

100

80

60

40

20

0


Niv

el d

e P

resi

ón S

onor

a

Umbral

Riesgo de Daño

Umbral de Dolor

Voz

Música

Umbrales auditivos. Nivel de sonoridad y sonoridad

La intensidad acústica mínima que el oído puede detectar se denomina umbral de audición o de audibilidad .

La experiencia confirma que el umbral de audición depende de la frecuencia del tono puro y del individuo concreto al que se le haga la prueba. Mediante análisis estadísticos se obtiene la siguiente curva

máxima sensibilidad

el umbral asciende de forma regular


Se pierde sensibilidad en la zona de altas frecuencias con la edad. A una determinada frecuencia,

Al aumentar la intensidad sonora crece también la sensación de molestia hasta alcanzar el umbral de molestia alrededor de los 120 dB, el cual es casi independiente de la frecuencia, pero sí varía según las personas.

Cuando se llega a los 140 dB se produce sensación de dolor, pudiendo ocasionar daño permanente en la audición si la exposición es prolongada.

Cuando se alcanzan los 160 dB se producen daños inmediatos, irreversibles y permanentes.

Entre el umbral de audición y el de molestia estarán los sonidos perceptibles sin causar molestia.

Nivel de Sonoridad y Sonoridad

A la capacidad de un sonido de generar una sensación sonora en nuestro cerebro se le llama Sonoridad


SONORIDAD

Sensación de percepción de un sonido, su intensidad dependerá de:

•PECULIARIDADES DEL SISTEMA AUDITIVO

•FACTORES FISICOS:Nivel de Presión Sonora (20.10-6 a 200 Pa)Frecuencia de la onda

•FACTORES SUBJETIVOS:Salud del receptorActitud ante el ruidoSer generador del ruido


curvas de igual sonoridad

Nivel depresiónsonora, Lp

(dB ref 20 µPa)

120

100

80

60

40

20

Fones0

1020

3040

50

6070

8090

100110120130

20 Hz 100 Hz 1 kHz 10 kHzFrecuencia

Nivel depresiónsonora, Lp

(dB ref 20 µPa)

120

100

80

60

40

20

Fones0

1020

3040

50

6070

8090

100110120130


Contornos de Igual Sonoridad para Tonos Puros


Podríamos concluir diciendo que:

El oído es mucho más sensible a medias y altas frecuencias que a bajas frecuencias

A niveles bajos de presión el oído es más insensible a bajas frecuencias

A niveles muy altos de presión el oído tiende a responder de una manera más homogénea en todo el rango de frecuencias


Niveles acústicos: Medición

Hasta ahora, para medir la magnitud de un sonido, hemos empleado el Nivel de Presión sonora Lp en DB (llamada escala Lineal)

Este nivel representa una magnitud completamente FISICA y no tiene en cuenta la sonoridad del sonido.

Para que la medida realizada, sea representativa de la sonoridad asociada a un sonido, es necesario aplicar las redes de Ponderación

Estas redes de ponderación, son A, B, C, y D

Es decir no incorpora los aspectos fisiológicos asociados con la sensibilidad del oído a distintas frecuencias


40

20

0

20 Hz 100 1 kHz 10 kHz

40

0

-20

-40

20 Hz 100 1 kHz 10 kHz

40

Lp

(dB)

Lp

(dB)

Ponderación A

• Contorno de Igual Sonoridad de 40 dB normalizado a 0 dB a 1kHz

� Contorno de Igual Sonoridad de 40 dB invertido y comparado con la curva de ponderación A

Contorno de 40 dB y Ponderación A


Una red de ponderación es un sistema de corrección de los niveles de presión sonora por frecuencias mediante unos factores de compensación fijos en decibelios que dependen de la red usada, a semejanza de lo que hace el oído humano

RED DE PONDERACIÓN A

Ejemplo: A 250 Hz

Lp = 50 dB

LA = 50 – 9 = 41 dBA


Ponderación espectral A : aproximación con signo menos de la línea isofónica con un nivel de sonoridad igual a 40 fonios. En el margen de frecuencias de aplicación de este DB, la curva de ponderación A viene definida por los valores siguientes:

-1,9-3,2-4,8-6,6-8,6-10,9-13,4-16,1-19,1Curva de ponderación dBA

630500400315250200160125100FrecuenciaHz

Tabla A.6 Valores de la curva de ponderación A

0,51,01,21,31,21,00,60-0,8Curva de ponderación dBA

50004000315025002000160012501000800FrecuenciaHz

La red de ponderación A, Corresponde al valor de nivel de presión acústica en dB, cuya presión eficaz se ha medido con un aparato equipado con un filtro de ponderación “A”, según la Norma UNE-20464-90 (CEI-651).


0

-20

-40

10 100 1 k 10 k

Lp

[dB]

AB

CD AB + C

D

Lin.

Frecuencia[Hz]

-60

20 k2 k 5 k200 50020 50

Curvas de Ponderación Frecuencial


Ejemplo:

78,5550,262,1769,8873,7172,769,7668,2959,5357,46Lp (dBA)

-1110-3-9-16-26-39Corrección dB

97,8651,261,1768,8873,7175,778,7684,2985,5396,46Lp (dB)

Valor global80004000200010005002501256331,5Banda frecuencia

Escala Lineal y ponderada A

020406080

100120

31,50 63 12

525

050

010

0020

0040

0080

00

HZ

dB

Lp (dB)

Lp (dBA)


La escala A está pensada como atenuación al oído cuando soporta niveles de presión sonora bajos (<55dB) a las distintas frecuencias.

La escala B representa la atenuación para niveles intermedios (55-85 dB)

y la C para altos (>85 dB).

La D está pensada para muy altos niveles de presión sonora.

El filtro exigido por la Legislación vigente Española y Comunitaria , es el filtro "A" definido en la norma UNE-20464-90 (CEI-651).

Como puede verse en la figura el filtro A tiene una curva de ponderación con una forma tal que se aproxima a la inversa de la curva de ponderación de igual sensación sonora de 40 fonios. Para niveles de 55 dB, se emplea la curva B, inversa de la curva de 55 fonios, y para niveles superiores a 85 dB, la curva C, asimismo inversa a la curva de 85 fonios.


-1.1-3-3-18000

+1.0-1-1+14000

+1.200+12000

00001000

-3.300-3500

-8.70-1-9250

-16.20-4-16125

-26.2-1-9-2663

-39.4-3-17-3931.5

C> 85 dB

B55-85 dB

A< 55 dB

Valor Teórico

Escala A

Valores prácticos de la respuesta relativa

Frecuencias (Hz)

rasgos teóricos para los cuales se deben utilizar las diferentes redes de ponderación, así como las atenuaciones que presentan para las diferentes frecuencias.


Nivel de

presión

sonora, Lp(dB ref 20 µPa)

120

100

80

60

40

20

Fones0

1020

3040

50

6070

80

90

100110

120130


Nivel de

presión

sonora, Lp(dB ref 20 µPa)

120

100

80

60

40

20

Fones0

1020

3040

50

6070

80

90

100110

120130


red de ponderación B

red de ponderación A

red de ponderación C

En efecto, si un sonido de 45 dB y su energía se mide a través de la red de ponderación A, según cuáles sean sus frecuencias predominantes, se verán ponderadas ajustándose a la respuesta del oído humano, y obteniéndose con el instrumento una medida que expresa la sensación sonora.


Nivel de presión sonora ponderado A, LpA

Nivel que valora un ruido complejo mediante un valo r único empleando la ponderación A

Corresponde al valor de nivel de presión acústica en dB, cuya presión eficaz se ha medido con un aparato equipado con un filtro de ponderación “A”, según la Norma UNE-20464-90 (CEI-651).

Para un ruido de espectro conocido, en bandas de tercio de octava o en bandas de octava, se define mediante la expresión siguiente:

∑ +⋅=i

10/)AL(pA

ii10lg10L dBA

L i nivel de presión sonora en la banda de frecuencia i, [dB];A i valor de la ponderación A en la banda de frecuencia i, [dBA].


0

10

20

30

40

50

60

70

31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Red P A

Lineal

Red P C

Valores en Octava, ponderados A, Lineal y Ponderado C



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ENTIDAD COLABORADORA DE LA CONSEJERIA DE MEDIO AMBIENTE Nº REF.: REC 027

AGENTE TECNOLOGICO DE ANDALUCIA

LABORATORIO ENSAYOS ENAC 231/LE/545

ENTIDAD INSPECTORA ENAC 111/EI/205

LABORATORIO DE INGENIERIA ACUSTICA

DE LA UNIVERSIDAD DE CADIZ

Universidad de CádizDepartamento de Máquinas y motores TérmicosCampus de Puerto Real : C.A.S.E.M.Polígono Río San Pedro11510 Puerto [email protected]

INSPECCIÓNNº 111 / EI 205

ENSAYOSNº 231 / LE 545

Laboratorio deIngenieríaAcústica


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