1.5. Suma de niveles sonoros

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1 1.5. Suma de niveles sonoros Algunas de las consideraciones que se desprenden del carácter logarítmico de la escala de medida son las siguientes: a) Si P = P 0, la escala atribuye un valor de 0 decibelios. Es decir, las medidas o niveles tienen como referencia un nivel cero que corresponde a la menor intensidad acústica audible a la frecuencia de 1000 Hz. b) Cuando se duplica el número de focos iguales, el nivel sonoro resultante en un determinado punto equidistante será el inicial añadiéndole 3 db. Por ejemplo, dos focos sonoros que generen cada uno de ellos 60 db de nivel de presión sonora producirán en combinación 63 db de nivel de presión acústica total, y no 120 db como cabría esperar. Por tanto, una disminución de 3 db en un sonido implica reducir la energía acústica existente a la mitad. Lp 1 = 60 db Lp 2 = 60 db Lp Total = 63 db 28

2 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO De este modo podemos calcular el incremento en el nivel sonoro propiciado por un aumento sucesivo en el número de focos emisores de una misma potencia acústica: N o focos sonoros idénticos Nivel resultante en db L L+3 L+5 L+6 L+7 L+8 L+8,5 L+9 L+9,5 L+10 c) No es posible sumar directamente niveles sonoros distintos, pues el decibelio no es una unidad lineal sino logarítmica 26. En este sentido, la suma de niveles sonoros (niveles de presión, intensidad o potencia) de n fuentes se puede realizar por dos caminos: a) Matemáticamente ; donde Li representa el nivel sonoro de la fuente i. b) Gráficamente El gráfico indica cuántos db se deben añadir a la cantidad mayor en función de la diferencia en db entre los sumandos. Cuando existan más de dos sumandos, el resultado de aplicar este procedimiento a dos de ellos se sumará al siguiente, y así sucesivamente 27. Ejemplo: L1=50 db L2=52 db L3=55 db L Total =10 log (10 5, , ,5 )=57,6 db 1.6. Curvas isofónicas de igual sonoridad Aunque el oído humano posee la capacidad de convertir en sensación sonora aquellas variaciones de presión que oscilen con una fre- 26 Aunque el proceso sería tedioso, si que se podrían sumar de forma automática las magnitudes físicas obtenidas previamente mediante una transformación antilogarítmica. 27 De cara a minimizar el error final, han de ordenarse los sumandos en orden creciente y empezar por aquellos de menor valor y sumar su resultado al tercero, y así de modo sucesivo. 29

3 cuencia perteneciente a un abanico que abarca de 16 a los Herzt 28, éste no percibe igualmente todas las frecuencias; sino que, dentro del mencionado intervalo, su sensibilidad es máxima para las frecuencias medias 29 (desde unos 1000 a 5000 Hz) y mucho menor para aquellas de los extremos, siempre hablando para un mismo nivel de presión sonora. Por tanto, para que el oído perciba los sonidos con la misma sensación sonora subjetiva en cuanto a volumen, los de más baja frecuencia y aquellos de altas frecuencias han de poseer mayor nivel de presión sonora real que los sonidos de las frecuencias centrales 30. Esta condición se refleja en el diagrama de las curvas isofónicas de igual sonoridad 31, que indican, para cada nivel de sonoridad, el nivel 28 Los sonidos de frecuencias menores a 16 Hz se denominan infrasonidos y los de frecuencias mayores a Hz se conocen como ultrasonidos. 29 Variables de un individuo a otro en función de diversos factores, principalmente la edad. 30 Por tal razón, aunque el nivel de presión sonora (Lp o NPS) de dos sonidos distintos, en cuanto a tono, sea el mismo, el primero puede juzgarse subjetivamente como más alto que el segundo si el nivel de presión sonora del primero pertenece a aquella zona de frecuencias donde el oído es más sensible. 31 Curvas de Fletcher y Munson,

4 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO sonoro real de las distintas frecuencias puras que producen la misma sensación sonora 32. Así, en el ejemplo de la gráfica, si observamos la curva de 20 Fon vemos cómo un sonido puro de 100 Hertz y un nivel de presión acústica real 50 db provocará la misma sensación de sonoridad que otro de 1000 Hertz y 20 db de nivel de presión acústica. También se comprueba cómo para la frecuencia de 100 Hertz el intervalo de niveles de presión audibles varía de 37 db a 120 db Curvas de ponderación. Escala de decibelios A Para poder tener en cuenta los condicionantes indicados, las medidas acústicas se ponderan o corrigen en función de la frecuencia, adecuando así los valores de los parámetros acústicos obtenidos al comportamiento del oído humano. En este sentido, cuando se pretenden realizar estudios de contaminación acústica se emplea un filtro de ponderación A en los aparatos de medida. Este filtro produce una atenuación importante de los sonidos de baja frecuencia, no modifica la medida del sonido alrededor de los 1000 Hz y aumenta algo la medida de los sonidos comprendidos entre 2000 y 4000 Hz. Así se caracteriza la reacción humana hacia los ruidos complejos y se imita la sensación de molestia que éstos originan 33. Los decibelios se denomina entonces decibelios A (dba). 32 Las curvas isofónicas son, por tanto, representaciones del nivel de presión sonora necesario a cada frecuencia para que el cerebro perciba la misma sonoridad subjetiva en todo el rango; es decir, indican el NPS de los tonos puros que producen la misma sensación de sonoridad. 33 La escala de ponderación A fue adoptada en la mayoría de los casos por las diversas legislaciones, tanto para llevar a cabo medidas acústicas como para abordar la gestión de la contaminación por ruido. 31

5 Además existen otras ponderaciones B y C de uso ocasional para ciertos objetivos 34. La figura anterior muestra las curvas de ponderación A, B y C (las tres curvas coinciden en 0 db a 1000 Hertz). Para cada frecuencia, el valor de la ordenada representa la corrección a aplicar al nivel de presión sonora de ésta de cara a obtener el valor del nivel sonoro con la escala empleada. A modo de ejemplo, para una frecuencia de 31,5 Hz el nivel sonoro obtenido en decibelios lineales o no ponderados ha de corregirse mediante la resta de 39,4 db para conocer el valor en dba. Las ponderaciones para las diferentes frecuencias centrales de bandas de 1/3 de octava (concepto expresado posteriormente) del espectro audible son, según la escala A: 34 Una comparativa de los resultados en dbc respecto a los obtenidos según la escala A permite determinar la existencia de componentes de baja frecuencia en el espectro de ruido, pues esta última curva pondera notablemente tales frecuencias mientras que las correcciones de la escala C son prácticamente nulas. De este modo, si la lectura en dba es similar a la de dbc implica que el contenido en bajas frecuencias es poco importante; por el contrarío, si los valores en dbc son mayores, se puede afirmar el citado contenido es considerable. 32

6 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO Fr. (Hz) Pond. A Fr. (Hz) Pond. A 6-56, , , , , ,5-39, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,3 En acústica arquitectónica, las bandas de frecuencias empleadas normalmente se sitúan entre los 125 y los 4000 Hz, de modo que las ponderaciones según la escala A para las diferentes frecuencias centrales de bandas de octava serán: Frecuencias centrales (Hz) 31, Ponderación (db) -39,4-26,2-16,1-8,6-3,2 0 1,2 1,0-1,1-6, Determinación del nivel de presión sonora a partir de la potencia sonora Los fabricantes de los distintos equipos o dispositivos mecánicos suelen facilitar el nivel de potencia sonora (Lw en dba) o el nivel de presión sonora (Lp en dba) que genera la fuente a una distancia concreta. En numerosas ocasiones es preciso determinar la Lp en función 33

7 de la distancia (Lp, m en dba), tanto para una situación de campo libre (donde el sonido se propaga por igual en todas las direcciones) como para el interior de un recinto (donde resulta decisiva la capacidad de absorción del local). Por tanto, pueden establecerse los siguientes casos: a) Fuente sonora emitiendo en el exterior En esta situación existe una relación que establece el nivel de presión sonora que se inducirá en un determinado punto en función de la potencia sonora característica de la fuente y la distancia a ésta: De la anterior expresión, que aparece en db o dba, se desprende que el nivel de presión sonora desciende 6 db cada vez que se duplica la distancia a la fuente: Cuando el foco sonoro se localiza directamente en el suelo, caso habitual en equipos de aire acondicionado en el exterior, se toma éste como plano reflector para muchas frecuencias y el factor de directivi- 34

8 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO dad 35 Q adquiere el valor de Q = 2; por tanto, la fórmula anterior se puede expresar como L P =L w -20 lg r - 8 db. A modo de ejemplo, si un fabricante indica que la potencia acústica 36 (L AW ) de una determinada instalación exterior de climatización se sitúa en los 70 dba, y ésta se pretende instalar en una azotea, el nivel de presión sonora estimado a 10 metros será: LA P =70-20 lg 10-8 = 42 dba Además, conocido el nivel de presión sonora a una determinada distancia de la fuente r 1, es posible determinar éste a otra distancia r 2 cualquiera: suponiendo siempre que no existen pérdidas ni atenuaciones por el camino. 35 La mayoría de las fuentes de ruido ambiental poseen dimensiones que no permiten aproximar su estudio considerando tales focos como puntuales. En todo caso, para una fuente sonora puntual caracterizada por una potencia acústica constante, que genera ondas esféricas radiadas uniformemente en todas las direcciones en un espacio libre de obstáculos (sin influencia de ninguna superficie, campo libre, Q=1), entonces L P =L w -20 lg r-10,9 db. Por otra parte, Q=4 si la fuente se encuentra en la intersección de dos planos y Q=8 si se emplaza en la intersección de tres planos. 36 Si nos proporcionasen el nivel de presión a 1 m, para calcular la potencia acústica se aplicaría la fórmula: Lw=Lp (1m)+10 logs; donde S representa la superficie que envuelve a la máquina (desplazada 1 m de ésta). 35

9 b) Fuente sonora emitiendo en el interior de un recinto El nivel de presión sonora que existirá en un determinado punto, además de depender de la potencia de la fuente sonora y la distancia, también dependerá del área de absorción acústica del local (A): Entonces, el nivel de presión sonora total vendrá determinado por la suma del nivel inducido de modo directo por la fuente y del nivel generado por la reverberación (reflexión) en las distintas superficies del local: En este sentido, según se demostrará en capítulos posteriores, se comprueba como al incrementar la capacidad absorbente del local, y por tanto su área de absorción equivalente (A), se reduce el nivel de ruido total. Los valores del factor de directividad Q dependerán del emplazamiento de la fuente acústica respecto a tabiques y forjados. En todo caso, se puede obtener una estimación fiable del nivel de presión sonora inducido por una determinada potencia acústica en un recinto estimando la parte que procede del nivel sonoro reverberado (dependiente exclusivamente del área de absorción acústica del local): 36

10 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO A modo de ejemplo, si un fabricante nos indica que la potencia acústica (L AW ) de un determinado sistema de climatización se sitúa en los 30 dba y se pretende instalar en un local de 45 m 3, el nivel de presión sonora estimado será: Donde el área de absorción equivalente se podrá calcular 37 como: A=ΣS i α i (m 2 ), siendo α i el coeficiente de absorción medio de la partición i; o bien a partir del Tiempo de reverberación (Tr): pudiendo aplicarse un Tiempo de reverberación de referencia normalizado a 0,5 segundos (aproximación a la reverberación de una sala media en una vivienda). Volviendo al ejemplo: 14,4 m2 24,4 dba 1.9. Espectro de frecuencias de un sonido: Bandas de octava Las fuentes de ruido en edificación son muy diversas y, a su vez, cada una de ellas no se puede considerar como emisora de una sola frecuen- 37 Nos encontramos ante una metodología estimativa; en ningún caso se ha de olvidar que Lp, Lw y A son magnitudes dependientes de la frecuencia. 37

11 cia, sino como generadora de sonidos compuestos por una combinación de ondas sonoras de distintas frecuencias a diferentes intensidades o amplitudes, que además son variables en el tiempo. Por tanto, para proceder a la caracterización detallada de los ruidos es necesario conocer la contribución relativa de cada componente de frecuencia al nivel de ruido total. Los estudios de evaluación y posterior control de la contaminación acústica en determinadas fases y situaciones se apoyan en análisis frecuenciales pormenorizados de cara a una: Identificación de las fuentes de ruido, ya que éstas generan espectros característicos. Selección de medidas preventivas y correctoras a adoptar. Los materiales acústicos, aislantes y absorbentes, poseen un comportamiento distinto para las diversas frecuencias del sonido incidente, de modo que para la elección adecuada de éstos resulta preciso conocer aquellas frecuencias problemáticas en el ruido a controlar. Evaluación del efecto más o menos perjudicial del ruido, tanto en riesgo auditivo como en sensación de molestia. Así, el espectro de un sonido, que consiste en la descomposición en las distintas frecuencias que lo constituyen y en la obtención del valor del nivel de presión sonora (NPS en db) de cada una de ellas, es un instrumento imprescindible para su caracterización y evaluación 38. Debido al extenso rango de frecuencias audibles, con el fin de obtener información manejable, las frecuencias acústicas se agrupan en una serie de bandas que conforman la distribución espectral de un ruido y cuyos anchos 38 La elaboración de la representación espectral es una aplicación del análisis de Fourier encaminada al estudio de cualquier ruido a través de las ondas armónicas que lo componen. 38

12 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO se encuentran normalizados. Estos anchos se emplean en función del grado de precisión deseado para el análisis acústico 39. Los anchos más utilizados son los de una octava 40 y 1/3 de octava. En las primeras se cumple que la frecuencia más alta duplica a la más baja 41, f 2 /f 1 =2. En las segundas, basadas en dividir la octava en tres partes, la subdivisión es mucho más restrictiva, pues en cada una de ellas se cumple que f 2 /f 1 =2 1/3 y, por tanto, existe una relación constante de 1,26. A la frecuencia central de cada banda se le asigna el nivel resultante de componer todas las frecuencias contenidas entre los límites superior e inferior de dicho intervalo. Las frecuencias centrales, o principales, de las diversas bandas de octava 42 son: 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 y Hz. El resultado se representa físicamente mediante un gráfico cartesiano 43 con las frecuencias 44 (Hz) en el eje de abcisas y los niveles (db o dba) en el eje de ordenadas. 39 Por ello, los aparatos de medida poseen unos filtros electrónicos que únicamente permiten el paso de aquellas frecuencias pertenecientes a las bandas previamente seleccionadas y rechazan todas las restantes. De este modo, es posible determinar la cantidad de energía existente en cada banda de frecuencia de, a su vez, una serie de bandas contiguas que poseen un ancho y una frecuencia central determinadas. 40 El término octava se toma de una escala musical que considera el intervalo entre dos sonidos que poseen una relación de frecuencias igual a 2, y corresponde a ocho notas de dicha escala. 41 A modo de ejemplo, la banda cuya frecuencia central es de 1000 Hz admite frecuencias entre 707 y 1414 Hz. 42 De este modo, considerando la velocidad del sonido de, aproximadamente, 345 m/s, las longitudes de onda correspondientes a las mencionadas frecuencias centrales de bandas de octava son: Frecuencias (Hz) 31, λ (m) 10,95 5,47 2,76 1,38 0,69 0,34 0,17 0,08 0,04 0,02 43 Una característica importante del mismo reside en la inmediatez visual para revelar la estructura frecuencial de cualquier ruido. 44 El eje de frecuencias posee carácter logarítmico, por ello en la representación se observa la misma distancia entre las frecuencias de 100 Hz y 200 Hz que entre 1KHz y 2KHz. 39

13 En el espectro frecuencial del ejemplo, la frecuencia de mayor nivel sonoro (NPS) corresponde a 1250 Hz (Lp A, 1250 Hz =73,1 dba), seguida en orden de importancia por las frecuencias de 1000 y 1600 Hz. La descomposición espectral detallada es la siguiente: Hz dba 52,24 55,42 56,02 59,93 60,29 62,15 62,64 63,85 66,08 68,04 69,53 Hz dba 70,63 72,41 73,11 71,09 69,15 66,59 63,96 61,67 59,19 56,1 52,87 El nivel de presión acústica total en dba se obtiene mediante la suma logarítmica de los niveles de las distintas bandas 45 : Lp A,TOTAL = 10 log (10 5, , , ,2 ) = 80,4 dba; valor mostrado en la columna de la derecha. 45 Una vez corregidos o ponderados cada uno de los niveles en decibelios A. Operación efectuada directamente por los aparatos de medida. 40

14 CONCEPTOS UTILIZADOS EN EL ESTUDIO DEL RUIDO Como aplicación de los conceptos anteriores, para conocer el nivel de presión acústica total en decibelios A (dba) del ruido generado por una salida de la instalación de aire acondicionado (a cierta distancia de ésta) en una vivienda a partir de su espectro frecuencial lineal (sin ponderar), se procederá como sigue 46 : Frecuencias centrales (Hz) Lp global Lp para cada banda de octava (db) 68,2 69,3 64,3 67,0 65,0 64,3 58,0 74,6 db Ponderación escala A (en db) -26,2-16,1-8,6-3,2 0 1,2 1,0 Lp para cada banda de octava (dba) 42,0 53,2 55,7 63,8 65,0 65,5 59,0 70,2 dba Lp A,TOTAL = 10 log (10 4, , , ,9 )= 70,2 dba Supongamos ahora que logramos disminuir los niveles de presión sonora de aquellas frecuencias dominantes en decibelios sin ponderar (63 y 125 Hz): Frecuencias centrales (Hz) Lp global Lp para cada banda de octava (db) 46,2 56,3 64,3 67,0 65,0 64,3 58,0 71,6 db Ponderación escala A (en db) -26,2-16,1-8,6-3,2 0 1,2 1,0 Lp para cada banda de octava (dba) 20,0 40,2 55,7 63,8 65,0 65,5 59,0 70,1 dba Se aprecia cómo el nivel de presión sonora global en db se reduce en gran medida debido a la disminución de los niveles más elevados del espectro. Sin embargo, dado que la escala de ponderación A penaliza fuertemente las bajas frecuencias, y que además éstas ya poseían poca influencia en el espectro expresado en dba, el nivel de presión sonora global en dba apenas sufre variación. Nota: Para la obtención del LAp (en dba) de modo más exacto, el cálculo de este parámetro debiera de realizarse mediante la suma logarítmica de los valores de presión sonora de cada banda de 1/3 de octava. 46 Los cálculos serán más exactos si se efectúan en bandas de 1/3 de octava y se amplía el rango de frecuencias. 41

15 A modo de ejemplo, a continuación se detallan los espectros frecuenciales y los niveles de presión sonora totales (en dba) obtenidos en mediciones acústicas de ruidos producidos por una instalación exterior de climatizadoras y por el movimiento de un ascensor en el interior de una vivienda: Ruido de emisión generado por climatizadoras Hz dba 37,4 38,8 48,3 45,8 51,7 55,7 55,7 61,5 62,9 63,7 66,1 Hz dba 71,2 66,0 68,6 71,6 65,4 62,2 62,5 59,1 58,7 60,9 60,0 Lp total: 77,8 dba Ruido de inmisión en vivienda generado por el movimiento de ascensor Hz dba 21,7 15,9 13,5 19,8 24,0 27,4 35,5 27,6 26,6 24,2 21,0 Hz dba 22,6 21,7 21,2 22,8 19,9 16,4 16,4 14,7 15,9 12,8 10,9 Lp total: 38,5 dba 42

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