Principios de Acústica, Medida y Control del Ruido Mediante el Análisis y Calculo de Espectros Sonoros Utilizando el Método Especifico

El sonido Nociones Básicas Es una variación de presión transmitida a través de un medio elástico; percibida por el oído humano o cualquier otro receptor. Los Sonidos se caracterizan por el tono o frecuencia, intensidad o fuerza y distribución espectral

Velocidad de Propagación del sonido MATERIAL Velocidad del sonido m /seg (20ºC) Aire 344 Agua 1410 Madera 3400 Concreto

Su propagación en el aire se hace bajo forma de una onda esférica El Sonido Frecuencia Su propagación en el aire se hace bajo forma de una onda esférica La frecuencia de una onda sonora se define como el número de pulsaciones que tiene por unidad de tiempo. La unidad correspondiente es el hertzio (Hz).

Frecuencia Diversos tipos de sonidos 20000 1600 400 20 zona de percepción del oído humano sonidos agudos sonidos graves sonidos médium ultra-sonidos infra-sonidos 22 Hz 22627 Hz

Decibelio Unidad logarítmica de medida utilizada en diferentes disciplinas de la ciencia. En todos los casos se usa para comparar una cantidad con otra llamada de referencia. Lp = 10 Log P2/Pref Lw = 10 Log W/Wref Es la décima parte del Bel. El Bel es el logaritmo en base 10 de la relación de dos potencias o intensidades. No obstante esta unidad resulta demasiado grande por lo que se ha normalizado el uso de la décima parte del Bel: En escala logarítmica los valores límite son Inferior : 0 dB Superior: 120 dB

Para determinar un nivel sonoro se hace una medida de presión sonora MEDIDA DEL SONIDO Para determinar un nivel sonoro se hace una medida de presión sonora La unidad de presión es el Pascal: limite inferior: 0,00002 Pa limite superior: 20 Pa En Acústica la mayoría de las veces el decibelio se utiliza para comparar la presión sonora, en el aire, con una presión de referencia.

dB Subjetivo vs Objetivo

EL SONIDO : Potencia y presión sonora La Fuente emite una potencia sonora (Lw) El oyente recibe una presión sonora (Lp) (presión ejercida por la vibración del aire sobre el tímpano o membrana del micrófono Lp1 LW Lp2 D 1 D 2

Potencia acústica Característica propia de la fuente que no depende del entorno o de la distancia Si la fuente sonora emite en todas las direcciones, "en campo libre": Lw = Lp + 10 Log (4 π r2) donde "r" es la distancia entre la fuente y el oyente

Ejemplos : potencia y presión sonora Potencia acústica = 85dB la presión acústica a 5 m es: Lp = 85 - 10 Log (4 π 52) Lp = 85 - 25 = 60 dB presión = 54 dB a 10 m la potencia acústica es: Lw = 54 + 10 Log (4 π 102) Lw = 54 + 31 = 85

Atenuación en función de la distancia   distancia (m) atenuación (dB) 1 -11 5 -25 1,5 -14,5 6 -26 2 -17 8 -29 3 -20 10 -31 4 -23 20 -37

SUMA DE NIVELES SONOROS El ruido resultante de dos fuentes iguales NO es la suma Aritmética de los niveles sonoros de cada fuente Para sumar dos valores en decibelios se tiene que hacer una suma logarítmica o utilizar la tabla siguiente

Tabla para cálculos rápidos cuando la diferencia entre dos niveles sonoros es de se añade al nivel más grande 0 o 1 dB 3 dB 2 o 3 dB 2 dB 4 o 9 dB 1 dB 10 dB o más 0 dB

60 dB + 60 dB = 63 dB 60 dB + 61 dB = 64 dB 58 dB + 60 dB = 62 dB Ejemplos 60 dB + 60 dB = 63 dB 60 dB + 61 dB = 64 dB 58 dB + 60 dB = 62 dB 54 dB + 60 dB = 61 dB 54 dB + 66 dB = 66 dB

Lp1 = 45 dB y Lp2 = 47 dB LpT = 10 Log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 ) Ejemplo: Lp1 = 45 dB y Lp2 = 47 dB LpT = 10 Log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 ) LpT = 10 Log (10 4,5 + 10 4,7) LpT = 10 Log (31622.8 + 50118.7) LpT = 10 Log (81741.5) LpT = 10 ( 4,91)=49,1 dB

Un ruido es una mezcla compleja de sonidos de frecuencias diferentes ESPECTRO SONORO Un ruido es una mezcla compleja de sonidos de frecuencias diferentes El ruido se estudia por bandas de frecuencia Cada banda se define con su valor medio

Espectro sonoro En ventilación se usa un espectro de 8 bandas de frecuencia, de 63 a 8000 Hz El término de octava se considera el intervalo entre dos sonidos que tienen una relación de frecuencias igual a 2 Hz dB 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Medición del Nivel Sonoro Para medir el nivel sonoro disponemos de los Sonómetros. Estos aparatos nos proporcionan una indicación del nivel acústico de las ondas sonoras que inciden sobre el micrófono.

LA ESCALA A : EL dB(A) El oído no percibe los niveles de presión sonora de la misma manera para todas las frecuencias, mientras que los sonómetros tienen una sensibilidad idéntica en todas las frecuencias. dB(A)

El resultado obtenido no se expresará en dB si no en dB(A) La escala A : el dB(A) Para acercar la medida del sonómetro lo máximo posible a la molestia real que puede producir un sonido, se hace una ponderación del nivel de presión para ciertas frecuencias. El resultado obtenido no se expresará en dB si no en dB(A) En la práctica, en ventilación los niveles sonoros se dan en dB(A)

Tabla de correcciones para pasar de dB lineales a dB(A) Ponderaciones A Tabla de correcciones para pasar de dB lineales a dB(A) En las frecuencias medias la sensibilidad es máxima Menor en los agudos y poca en los graves Hz dB 63 125 250 500 1000 2000 4000 -26,2 -16,1 -8,6 -3,2 1,2 1 -1,1 8000

Atenuación asociada con curvas de ponderación A, B y C

Atenuación asociada con curvas de ponderación A y C Frecuencia Hz Curva A dB Curva C 63 -26.2 -0.8 125 -16.1 -0.2 250 -8.9 0.0 500 -3.2 1000 2000 1.2 4000 1.0 8000 -1.1 -3.0

Mediciones en Edificios Acústicos Acústica Arquitectónica: Es la creación de condiciones necesarias para escuchar cómodamente y de los medios para controlar los ruidos

Campo libre - Directividad Cuando una onda acústica se emite en todas las direcciones sin que haya ningún obstáculo que se oponga a su propagación diremos que está emitiendo en campo libre Si la onda se refleja sobre una parte del volumen que le rodea, se habla de directividad

Lw = Lp + 10 Log (4 π r2/Q) donde "Q" es el factor de directividad Cuando la potencia acústica se disipa en una dirección concreta tenemos: Lw = Lp + 10 Log (4 π r2/Q) donde "Q" es el factor de directividad Q=1 Q=2 Q=3 Q=4

La zona donde el nivel sonoro disminuye cuando nos alejamos de la fuente (como en campo libre) se llama el campo directo La zona donde la presión acústica reverberada es igual o superior a lo que sería en campo libre, se llama campo reverberado.

Tiempo de Reverberancia El Tiempo de Reverberación RT, es el tiempo que tarda una señal, desde que esta deja de sonar, en atenuarse un nivel de 60 dB

Coeficiente de Absorción de un material La Absorción de un Cuarto se obtiene sumando todas las superficies de absorción en el cuarto La absorción de cada superficie es el producto de el área de la superficie por el coeficiente de absorción El coeficiente de absorción de un material es la relación entre la energía absorbida por el material y la energía reflejada por el mismo

Refracción, Difracción, Reflexion Es el cambio de dirección que sufre una onda cuando pasa de un medio a otro. Es la distorsión de un campo de sonoro causado por la presencia de un obstáculo o también una flexión por parte de los frentes de onda. En el límite de dos medios capaces de conducir sonido, como el caso frecuente de las superficies que separan el aire ambiente de cuerpos sólidos ocurre tanto la reflexión como la absorción de energía

Ruido a Través de Canalizaciones Debidos al movimiento del aire y a las turbulencias, se transmiten por los conductos Se pueden generar en los conductos mismos cuando la velocidad del aire sobrepasa los 10 m/s La energía de presión consumida (pérdida de carga) se transforma en potencia acústica

Nivel de potencia sonora total

Nivel de potencia sonora especifica (Kw, dB) para potencia sonora total de ventiladores

Factor de corrección “C”

Frecuencia de paso de álabe

Ejemplo Calculo de Ruido En Canalizaciones :

Solución ejemplo: 1/13

Solución ejemplo: 2/13

Solución ejemplo: 3/13

LwT = 10 Log (10 Lp1/10 + 10 Lp2/10 ) Solución ejemplo: 4/13 LwT (Curva de ponderación) = 100.35 dBL LwT (A) = 86.4 dB(A) Spl = 74.9 dB(A)

Espectro de Potencia Sonora Especifico Solución ejemplo: 5/13 Supongamos que un ventilador, suministra una cantidad de aire que se distribuye en varios canales. La potencia sonora total emitida tiene un espectro reflejado en la Tabla Espectro de Potencia Sonora Especifico Frecuencia Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Decibelios dB 97 87 82 80 75 70 65

Solución ejemplo: 6/13

Solución ejemplo: 7/13 β = 0,1 /(0,1+ 0,16) = 0,385

Lw dB Resultante por Bifurcación Solución ejemplo: 8/13 Espectro Sonoro resultante Espectro de potencia sonora Especifico Frecuencia Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Decibelios dB 97 87 82 80 75 70 65 Atenuación por Bifurcación 4 Lw dB Resultante por Bifurcación 93 83 78 76 71 66 61

Atenuación debida a los codos Solución ejemplo: 9/13 Atenuación debida a los codos

Lw dB Resultante por atenuación codos Solución ejemplo: 10/13 Espectro de potencia sonora Especifico Frecuencia Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Decibelios dB 97 87 82 80 75 70 65 Atenuación por bifurcación 4 Lw dB Resultante por bifurcación 93 83 78 76 71 66 61 atenuación por codos 2 5 6 7 10 Lw dB Resultante por atenuación codos 81 73 59 51

Solución ejemplo: 11/13

Lw Resultante por Salida Solución ejemplo: 12/13 Espectro de potencia sonora Especifico Frecuencia Hz 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 Decibelios dB 97 87 82 80 75 70 65 Atenuación por bifurcación 4 Lw dB Resultante por bifurcación 93 83 78 76 71 66 61 atenuación por codos 2 5 6 7 10 Lw dB Resultante por atenuación codos 81 73 59 51 Atenuación a la Salida 11 3 1 Lw Resultante por Salida 86 72

Solución ejemplo: 13/13 Lw (Total ) dB =10 * Log (10 (82/10) + 10 (86/10) + 10 (78/10) + 10 (72/10) + 10 (70/10) + 10 (65/10) + 10 (59/10) + 10 (51/10) ) Lw (Total ) dB =88.12 dB Lw (A) =76.40 dB(A) SPL = Lw - 10 * log ( 4π r2 /Q) Factor de Directividad Q = 2 SPL = 64.9 dB(A) Medido a una Distancia de la fuente de 1.5 mts.

Bibliografía y recomendación: Woods Practical Guide to Noise Control Sharland Ian Fifth Edition Sound And Vibration Design and Analysis National Environmental Balancing Bureau Bevirt W. David First Edition Prontuario de ventilación S&P Ripoll, España