PROTECCIÓN ACÚSTICA DE MAMPARAS: EVALUACIÓN E ÍNDICES DE PROTECCIÓN

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1 PROTECCIÓN ACÚSTICA DE MAMPARAS: EVALUACIÓN E ÍNDICES DE PROTECCIÓN REFERENCIAS PACs: 4.Dk 4..Fn 4.55 Dt 4.55 Ev. J. Pfretzschner, R.Mª. Rodríguez, F. Simón, C. De la Colina, A. Moreno Instituto de Acústica (CSIC) Serrano Madrid ABSTRACT It is wide sread the use of screens in large landscae offices. In general, the installation of these screens is addressed to rovide a certain visual rivacy among workers, but most of the times, their acoustical rotection is suosed but not accredited. This aer shows a method to redict the acoustical rotection of indoor screens considering all the magnitudes that must be taken into account: geometrical dimensions and acoustical roerties of the screen, together with the volume and acoustical treatment of the room. Theoretical and exerimental data are comared. A single number rating index to characterise the attenuation rovided by indoors screens, emloying the human voice normalised sectrum, is also roosed. INTRODUCCIÓN El uso de mamaras de comartimentación arcial en oficinas aisajistas y en talleres está amliamente difundida con objeto de crear tanto una cierta rivacidad como una rotección a los niveles sonoros de fuentes acústicas con diversos orígenes. Usualmente los catálogos solo muestran sus características acústicas intrínsecas: absorción acústica y algunas veces su aislamiento a ruido aéreo, quedando or determinar su caacidad de rotección or efectos de difracción en sus bordes erimetrales, efecto de rimordial imortancia cuando se trata de roteger acústicamente dos uestos contiguos de trabajo, tanto en una oficina como en un taller. Consultadas las normas al uso [, ], se comrueba que la norma ISO se centra en la medida de las érdidas or inserción en condiciones de camo libre, condiciones muy lejos de la utilización real, como se verá en el desarrollo del resente trabajo. Por otra arte, la norma VDI establece una redicción teórica que según nuestras comrobaciones exerimentales se aleja mucho de los datos encontrados, obteniéndose resultados mas acordes con los exerimentales si se utiliza el método descrito en el desarrollo de un ejemlo incluido en la norma, que tiene el grave inconveniente de hacer un tratamiento de recinto bidimensional, lo que se aleja mucho de la realidad en una gran mayoría de casos. Ante esta situación, hemos creído conveniente desarrollar un rocedimiento alternativo que ermita redecir la caacidad de rotección de una antalla acústica situada en un recinto conocido, con suficiente grado de aroximación, ara su osterior utilización en cálculos de redicción de acondicionamiento acústico de locales. A lo largo de este trabajo se exonen las consideraciones a tener en cuenta en los cálculos de revisión de esta magnitud, ya que además de sus dimensiones geométricas y características acústicas de la antalla, el resultado deende del entorno que la rodea (volúmenes y características acústicas del recinto). Página de 8

2 Así mismo, se roone caracterizar la atenuación de la antalla instalada mediante un índice de número único, que deenderá del tio de señal emleada. En este trabajo nos centraremos en oficinas, or lo que la señal a utilizar corresonderá a un esectro normalizado de la voz humana [], ya que esta señal es la que redomina en estos locales. La norma ISO5 99, roone ara este fin el romediado aritmético o bien la evaluación Lw. ASPECTOS TEÓRICOS Las formulaciones de las érdidas de inserción, IL, de una antalla acústica se establecen ara condiciones de camo acústico libre, condiciones que ierden su validez cuando ésta se instala en el interior de un recinto, debidas a las reflexiones en sus suerficies límites o en los objetos situados en sus cercanías. En los cálculos que se exonen a continuación, se trata el roblema de forma energética a artir de las resiones cuadráticas en el unto de receción como suma de las corresondientes resiones cuadráticas del camo reverberante más las difractadas or los bordes de la barrera. El rocedimiento debe considerarse como un método de ingeniería, cuya justificación reside en el carácter mas o menos aleatorio de las señales a emlear así como su tratamiento conjunto en bandas de octava o tercio de octava. El grado de incertidumbre asociado es suficientemente reducido ara obtener una correlación acetable entre los cálculos redictivos y los ensayos in - situ. De acuerdo con Embleton [4] la resión cuadrática media en el unto de observación antes de interoner la antalla o mamara se uede exresar aroximadamente or: Q 4 = ρ cw + Sα () siendo: ρc la imedancia acústica del aire; W la otencia acústica de la fuente; Q el factor de directividad, r la distancia emisor - recetor; α el coeficiente de absorción acústica medio del local y S la suerficie total del recinto. Desués de insertar la antalla, la resión cuadrática en el lugar de receción será: r + d = () corresondiendo el rimer sumando a la resión cuadrática en camo difuso y el segundo a la difractada or los bordes de la antalla. Presión cuadrática debida al camo difuso Antes de instalar la antalla se calculará la resión cuadrática debida al camo difuso considerando que la antalla divide al recinto original en dos subrecintos. Éstos están acolados or la energía reverberante que asa sobre y alrededor del erímetro de la antalla. Suoniendo que la fuente acústica radia con una otencia constante, W, el balance energético en el interior del subrecinto emisor es: W-W -W +W = () Página de 8

3 siendo W la otencia absorbida en el subrecinto emisor, W la reflejada desde el subrecinto emisor al recetor y W la reflejada desde el subrecinto recetor al emisor. La teoría de la difusión en recintos, ermite relacionar las resiones cuadráticas con las otencias reflejadas y disiadas a través de las exresiones: S α S S W = (a ) W = (b ) W = (c ) 4 ρ c 4 ρ c 4 ρ c corresondiendo los subíndices a la resión, coeficiente de absorción medio y área suerficial del subrecinto emisor, y la del recetor. S corresonde al área de aertura limitada or el erímetro de la antalla y las aredes y techo del recinto en su sección. Sustituyendo estas exresiones en la ec(): ( S + S ) S 4ρ cw = α (4) Similarmente, el balance energético ara el subrecinto recetor requiere que: W 4 +W -W = (5) siendo W 4 la otencia absorbida en el subrecinto recetor, que de acuerdo con la teoría de la difusión en recintos: S α W 4 = (5a) 4 ρ c ecuación análoga a la (a). Sustituyendo (5a), (b), y (c) en la ec(5),se tiene: Sα + S S = (6) ecuación que relaciona las resiones cuadráticas en ambos subrecintos. Sustituyendo la ec. (6) en la ec.(4): K K S S = 4 ρ cw (7) con K = (7a) y K = (7b) S ( K K ) S α + S S α + S que corresonde a la resión cuadrática media del camo difuso actuante sobre el recetor. Presión cuadrática debida a la difracción or los bordes de la antalla Puede utilizarse cualquiera de los algoritmos establecidos ara antalla seminfinita. Por su mayor simlicidad se utiliza la conocida exresión de Tatge que relaciona las resiones cuadráticas en camo libre (en ausencia de la antalla) y la difractada or su borde suerior: d f = + N (8) siendo la resión cuadrática en camo libre, antes de insertar la antalla: Página de 8

4 f WQ = ρ c (8a) siendo Q el factor de directividad (= ara fuente untual sobre el terreno). En el caso que se consideren las difracciones sobre tres bordes de la antalla: d = f + N + + N + + N (9) siendo N i los corresondientes números de Fresnel de acuerdo a cada uno de los bordes considerados. En general, la resión cuadrática media difractada or la antalla en condiciones de camo libre uede escribirse: WQD d = ρ c () en la que D uede tratarse como un coeficiente de difracción al relacionar el cociente de las resiones difractada e incidente. (Nótese que IL=log(D) db siendo D = /( + ) ). La resión cuadrática total en el recetor vendrá dada or la suma de las ec. 7 y : i N i K K WQD = 4ρ cw + ρ c () S ( K K ) La otencia acústica radiada or la fuente uede calcularse a través de la exresión ara camo libre: W = ρ cq f Pérdidas or inserción en un recinto semirreverberante Se obtienen or definición de la relación entre las ec.() y (): IL QD 4 K K + S ( K K = log Q 4 + S α ) () ecuación cuyo numerador está comuesto or un sumando corresondiente a la difracción de la antalla en camo libre y otro corresondiente (roorcional) a la resión cuadrática del camo difuso actuante sobre el recetor. Ambos términos se normalizan a unos términos roorcionales a la resión cuadrática en camo libre y al camo reverberante en el recetor, en ausencia de la antalla. Llamando T=QD/ ; T=4K K /S(-K K ); T= Q/ y T4=4/S α, se tiene que el término log(t/t) reresenta las IL de una antalla semiinfinita en camo libre; log(t/t+t4) corresonde a la contribución de la difracción en el camo semireverberante; log((t/t+t4) corresondería a la resión cuadrática media del camo difuso en el recetor normalizada a la del camo reverberante en ausencia de la antalla. Página 4 de 8

5 ÍNDICE DESCRIPTOR DE LAS CARACTERÍSTICAS DE PROTECCIÓN ACÚSTICA DE UNA MAMPARA La atenuación, o rotección que la ec. () roorciona, además de deender de las características acústicas de la antalla, del local en que se ubica y de las osiciones relativas de la fuente y del recetor, también es función de la frecuencia. Hasta el momento no existe una norma que aconseje o recomiende disosiciones concretas ara la medida así como recintos eseciales. A lo largo de los distintos desarrollos uede observarse la gran influencia de todos los arámetros indicados; sin embargo, no reresentaría dificultad alguna establecer ara la medida una sala normalizada con dimensiones acotadas así como un tiemo de reverberación medio de.5 s. Las osiciones del emisor y recetor ueden definirse sin dificultad alguna de forma que sean reresentativas de dos ersonas sentadas en sus uestos de trabajo a ambos lados de una mamara. nivel en db Figura. Esectro medio de la alabra y curva sonométrica A. Por último ara indeendizar el índice de la frecuencia de emisión de la fuente, se roone utilizar un esectro normalizado de voz. A estos efectos, la figura resenta un esectro normalizado en dba (en bandas de tercio de octava), realizado a artir del rouesto or Tarnóczy [] como esectro medio de la alabra de lenguajes euroeos (mujeres y hombres) cuya evolución es muy arecida a los utilizados normalmente. En la figura se resenta así mismo la curva sonométrica A, a efectos comarativos. Bajo estas condiciones, el índice de érdidas de una antalla situada en un camo reverberante uede exresarse como: IP =.( EPi+ Ai ILi) log () i.( EPi+ Ai) dado que el esectro se ha elegido de forma que: log =, donde EP i son los distintos niveles de la alabra, A i la curva de onderación A y IL i las erdidas de inserción, todos ellos referidos a las frecuencias centrales de las corresondientes bandas de tercio de octava entre Hz y 5 Hz. i RESULTADOS EXPERIMENTALES Se han ensayado en laboratorio las rotecciones acústicas de mamaras en distintas condiciones de absorción en el recinto, con objeto de comrobar el grado de aroximación de las formulaciones teóricas rouestas. Para ello se ha emleado una de las cámaras de transmisión horizontal del Instituto de Acústica, cuyas dimensiones son 4.8x5.97x.7 m y cuyos tiemos de reverberación en vacío oscilan entre 7.4 s, ara la frecuencia de Hz hasta. s ara la de 5 Hz. Para la exerimentación se emleó en rimer lugar una mamara de.6x.4 m, comuesta or dos módulos de.6x. m cada uno, situada erendicularmente a una de las aredes longitudinales de la cámara, según su lano central, y con uno de sus bordes egado a una ared. En la figura a, se reresenta los coeficientes de absorción, medido en cámara reverberante, de la mamara. En la figura b se resentan los resultados exerimentales (- -) de érdidas de inserción ara las condiciones exuestas anteriormente. Las tres curvas corresonden a registros de s de duración de una excitación con ruido blanco ara las osiciones de emisor y recetor que muestra la tabla I. Página 5 de 8

6 α IL f [Hz] Tabla I Posicion hs hr (m) S (m) R (m) es (m) ª ª.... ª.... Tabla I.- hs y hr, son alturas de altavoz y micrófono resectivamente. S y R, son las distancias horizontales a la mamara. Sobre las curvas exerimentales, se ha sueruesto la curva media calculada ara las tres osiciones según la ecuación (). Así mismo, a efectos de comaración, en la arte suerior de la figura b, se reresentan las érdidas de inserción de una antalla semiinfinita con la misma altura, ara las tres osiciones y en condiciones de camo libre. Dada la escasa absorción de la mamara y la alta reverberación del recinto, se comrueba su equeño valor de rotección en función de la frecuencia, lo que indica una reonderancia del camo reverberante sobre el difractado or la antalla. Una variación de las osiciones relativas del emisor y recetor resecto del borde difractor, que en condiciones de camo libre significarían variaciones de mas de db, aquí solo se traducen en variaciones exerimentales menores de db (teóricamente inferiores a. db), como se arecia en la figura (b). Se encuentra buena concordancia entre los resultados teóricos y exerimentales. a camo libre exerimental calculado Figura.-a) Coeficiente de absorción de los aneles divisorios. b) IL ara tres osiciones de emisor y recetor. Datos exerimentales (-.-) y teóricos (-) comarados con las IL en camo libre. b IL f [Hz] a Para las situaciones consideradas según las tres osiciones de la Tabla, se obtienen unos índices de rotección de: IP() =.8 dba IP() =.9 dba IP() =.8 dba IL b Según la ecuación (), en la exresión de las érdidas or inserción IL, aarece la contribución del camo reverberante en el interior del recinto, junto con la influencia de las dimensiones físicas de la antalla sobre los efectos de difracción. Con objeto de oner de manifiesto la influencia de las diferentes contribuciones, se han realizado un conjunto de exeriencias cuyos resultados se resentan en las figuras a y b. En rimer lugar se ha modificado la reverberación del recinto introduciendo 4.4 m de absorción equivalente. Idealmente esto se conseguiría instalando un techo acústico de características adecuadas, sin embargo en este caso y or 5 f [Hz] Figura.-a) Valores teóricos (-) y exerimentales(- o-) de IL de una antalla acústica de.4 m de longitud en recinto absorbente b) Valores teóricos (-) y exerimentales(- o-) de IL de una antalla acústica de.6 m de longitud en un recinto reverberante Página 6 de 8

7 facilidades de montaje, se ha resuelto disoniendo en el suelo 9 m de aneles de lana mineral de 6 cm de esesor. La figura a corresonde al romedio de los resultados ara las tres configuraciones de la tabla I, En este caso se ha mantenido la mamara comuesta de dos módulos añadiéndose el recubrimiento de lana mineral en el suelo. Sobre la curva se ha sueruesto la evaluación teórica corresondiente a esta situación. En la figura b, las condiciones de reverberación del recinto son las iniciales (recinto vacío), modificándose las dimensiones de la mamara or adición de un módulo más, dando como resultado una longitud total de.6 m. Si bien las IL ara ambas situaciones resentan resultados numéricamente comarables, en el caso de la figura a se arecia que las érdidas de inserción resentan una tendencia ascendente de db/década a medida que aumenta la frecuencia, como corresondería a recintos con un tiemo de reverberación menor (en el caso ideal de camo libre la endiente es de 6db/década). Se debe advertir no obstante, que la actuación corresondiente al rimer caso (incremento de la absorción acústica del recinto), roduce una imresión subjetiva de mayor confort acústico. El índice global ara las situaciones estudiadas oscila entorno a dba, mientras que las mismas mamaras en condiciones de camo libre y teniendo en cuenta dos difracciones or los bordes y las reflexiones en el suelo, alcanzarían valores de índices globales de rotección, entre 6 y 9 dba. CONCLUSIONES Los biombos searadores en oficinas diáfanas de grandes dimensiones ueden ser acústicamente eficaces, además de constituir únicamente un elemento que roorciones indeendencia visual entre unos ocuantes y otros. Para ello es conveniente que resenten el grado de absorción mas alto osible. Una vez más se demuestra la idoneidad de un acondicionamiento acústico integral del recinto, en este caso ara incrementar las condiciones de intimidad de los uestos de trabajo en una oficina aisajista. Las mamaras searadoras deben ser altamente absorbentes y con ello ayudar a incrementar la absorción total del recinto (techos acústico, moquetas, mobiliario taizado, etc.), ya que bajo estos suuestos de bajos tiemos de reverberación, se incrementan a su vez las érdidas or inserción introducidas or las mamaras. El modelo matemático rouesto resenta una buena oción en el momento de lantear el diseño de acondicionamiento acústico de estas locales. Por último creemos que el emleo de un índice de número único, basado en el criterio de utilización del esectro de la voz, resenta una buena alternativa en el momento de comarar situaciones y calidades de diferentes mamaras. RECONOCIMIENTOS Este trabajo se enmarca en el Proyecto de Investigación AMB 98-9 del Plan Nacional de I+D de la DGICYT. Página 7 de 8

8 BIBLIOGRAFÍA Norma ISO 5 (99) Measurements of office screens sound attenuation under secific laboratory conditions. Norma VDI 7, hoja Schallschutz durch Absschirmung in Räumen (98) T. Tarnóczy. Noise Interference with oral Communication. En Noise Pollution (Eds. A Lara y RW Stehens). John Willey & Sons (SCOPE ;4), 986. T.F. Embleton, Noise Vibration Control (L. Beranek (Ed)). Mc Graw Hill, New York, U.J. Kurze.,Shielding of noise by barriers in oen lan offices and industrial halls. Internoise 78, 67-4,978 Página 8 de 8