Acústica Técnica, Universidad Carlos III de Madrid, Práctica 5: Medición del aislamiento acústico entre dos recintos

Transcripción

1 Acústca Técnca, Unversdad Carlos III de Madrd, Práctca 5: Medcón del aslamento acústco entre dos recntos Práctca 5. Medcón del aslamento acústco entre dos recntos SEGURIDAD: Durante la realzacón de los ensayos se usarán protectores audtvos que serán ofrecdos por el tutor encargado. En nngún caso se excederá un nvel acústco superor a 90 db, lo cual ha de ser montorzado por el tutor. S algún asstente notara molesta, se ruega que lo comunque de nmedato al tutor. No se recomenda la realzacón de la práctca a personas con oído especalmente sensble, con enfermedad audtva o que les hayan recomendado no verse sometdos a sondos altos. Fecha realzacón: Fecha de entrega: Realzado por: (rellenar) Apelldos y nombre % partcpacón Frma Se entregará 1 nforme por grupo, salvo ndcacones. 1. OBJETIVOS Obtener expermentalmente el aslamento entre dos locales separados por un tabque con puerta. Se realzará mdendo el nvel acústco (Level L) smultáneamente en ambos, mentras que se excta el campo acústco con una fuente estaconara con rudo rosa en uno de ellos. Tanto el tutor como los demás asstentes han de conocer la matera objeto de la práctca y los detalles de su realzacón antes de comenzar, extremo que ha de ser verfcado por el tutor antes de comenzar. Han de tomarse todas las precaucones posbles para evtar golpes de sondo excesvo, manejando los controles con prudenca. 2. MATERIAL 2 mcrófonos para medcones acústcas de y 2 cables de conexón con pre-amplfcador. 1 amplfcador de carga para mcrófonos. 2 cables largos BNC/BNC para llevar la señal de salda del amplfcador al analzador de espectros y dos adaptadores BNC/BNC hembras. 2 trípodes fotográfcos para sujetar los mcrófonos. 2 adaptadores de mcrófono a trípode. 1 fuente de rudo rosa con amplfcador ncorporado con cable de conexón de red y a altavoz.

2 1 altavoz, preferblemente omndrecconal. 1 tarjeta de sondo PC con conexón USB de 2 canales, dotada de 2 adaptadores BNC/RCA. 1 cable USB 1 calbrador tpo pstónfono. 1 mcroordenador PC con Wndows XP y software de análss espectral. Se puede hacer uso de OSCILLOMETER, o equvalente, dsponble en versón de evaluacón totalmente operatva para 15 segundos de adquscón: Actúa así de analzador de espectros en tempo real de dos canales, con capacdad de octava y terco de octava. 2 cntas métrcas para la medcón de los locales. Tapones de proteccón de los oídos para cada asstente. 1 memora PENDRIVE, aportada por los alumnos para retrar los resultados. 3. Bases teórcas El aslamento acústco bruto se defne como la dferenca en db del nvel acústco en ambos recntos y es fáclmente medble s se nvoca la exstenca de un campo dfuso. I emsor, Iemsor, / I ref R = 10log = 10log = Lp, emsor, L p, receptor, I receptor, Ireceptor, / I ref Este parámetro es funcón de la frecuenca, de ahí que nos reframos a él con el subíndce. (1) S no se dspone de capacdad smultánea de medda en dos canales, se podrá dsponer de un solo mcrófono que se colocará en uno y posterormente en el otro recnto, mentras que la fuente emte el msmo rudo. Para la determnacón del aslamento entre recntos se emplea en el recnto de emsón una fuente lo más omndrecconal posble y colocada de tal manera que cree una ntensdad lo más unforme posble sobre la el tabque separador y tambén sobre el resto de partcones y preferblemente normalzada. Con el propósto de evtar la formacón de estaconaras el sondo puede ser de tonos puros osclantes dentro de la banda de medda, de rudo aleatoro fltrado en bandas, o ben de rudo aleatoro, contenendo rudo smultáneamente en todo el espectro de nterés con gual nvel en bandas de frecuenca, lo cual sgnfca rudo rosa 1. Esta últma opcón es la elegda. La emsón smultánea en todo el espectro demanda separar la recepcón en bandas, pues el aslamento depende de la frecuenca. En el recnto vecno (recepcón) s se mde el nvel global, se obtene de su dferenca con el del local emsor, una aproxmacón grosera al aslamento global frente a rudo rosa en db, pues el rudo obtendo en la realdad no es exactamente rosa. 1 Por rudo rosa se entende aquél que sendo de orgen aleatoro, pero de valor efcaz constante en el tempo, proporcona gual densdad de energía en todo el espectro db/hz. En vrtud de ello su nvel decae 3dB/octava. Tambén proporcona gual nvel en todo el espectro, s éste está en escala logarítmca y consecuentemente tambén en octavas, tercos de octava o cualquer fraccón de octava. 2

3 La desgual respuesta frecuencal del amplfcador de potenca, altavoz y recnto hacen que el rudo meddo no sea de ampltud constante en bandas, sno una aproxmacón a él. Sn embargo, como lo medremos por bandas, esto no resulta relevante, pues ha de resaltarse que aunque el rudo rosa no sea de ampltud perfectamente constante con la frecuenca, esto no es un gran nconvenente, pues se trabajará por dferenca, banda a banda. Lo que sí es relevante, es que haya exctacón sufcente en todo el espectro de nterés, lo cual sgnfca más de 10 db por encma del rudo de fondo en el local receptor. Esto es perfectamente posble dado que se medrá en un espectro lmtado, entre 100 y Hz. El altavoz no ha de nstalarse orentado haca el tabque, para evtar que predomne en la ncdenca el rudo drecto. Las normas recomendan nstalarlo en las dos esqunas opuestas a la separacón y mrando haca el rncón. S el recnto está vacío y es poco reverberante sería necesaro colocar dfusores del sondo. Solo de esta manera se logrará una aproxmacón satsfactora al campo dfuso. Se mde el aslamento por bandas de frecuencas, pues éste puede ser muy dstnto a dstntas frecuencas. Sguendo la norma UNE 74040/IV, se consdera un rudo rosa normalzado, en frecuencas comprenddas dentro del rango de 100 a Hz. Esto proporcona n bandas de octava: (2) log n = n = = log 2 Usando las frecuencas preferdas, serían: 125, 250, 500, 1.000, y Hz, luego, solo se medría desde 125 Hz hasta Hz; es una menos, 6; s se ncluye desde 100 hasta Hz serían 8. Para afnar más se pueden usar bandas de tercos de octava, o cual proporcona m bandas: log m log 2 Las frecuencas centrales son las de la tabla 1. ( m 1) / 3 2 = = = 18 (3) Para poder medr el rudo en bandas ha de dsponerse de un analzador de espectro. En nuestro caso puede ser la conjuncón de una tarjeta de sondo de PC y software de análss espectral, ya que se trata de una mera práctca docente que no necesta gran precsón. Este equpo no consttuye un analzador especalzado en meddas acústcas, sno de propósto general. Por ello: No proporcona nveles de presón acústca en db, sno que proporcona la medda en db referda a un nvel eléctrco de la señal de entrada, V 0, que es el tope de escala. Esto puede comprobarse pues la escala va desde un valor muy bajo (-120 db p. e.) hasta 0 db en el tope de la escala. En consecuenca, las meddas sempre serán con db negatvos (por debajo del nvel de tope de escala). Por ello ha de cudarse que el posble amplfcador de mcrófonos esté en la msma poscón de amplfcacón para ambos canales y que el botón de balance esté en el centro para el caso de usar tarjeta de sondo y PC (en Panel de Control/dspostvos de sondo de Wndows/Audo o ben pulsando control/x en el software OSCILLOMETER). 3

4 4. Metodología Una manera de relaconar las meddas del analzador de espectro L ana con el nvel acústco L p es aplcar al mcrófono correspondente un generador de presón acústca calbrado, el cual estará dsponble en el laboratoro 2. Generalmente se le denomna pstónfono. Una vez encenddo y aplcado al mcrófono, se anota el nvel obtendo en la banda correspondente del analzador, lo que denomnaremos L ana,ps.se anotará asmsmo el nvel calbrado que proporcona el pstónfono, que denomnaremos L ps y que normalmente consta en el propo aparato, generalmente 94 db. En consecuenca, a todas las medcones proporconadas por el analzador es necesaro agregar la dferenca, que llamaremos L corr : Este procedmento se aplcará a los dos mcrófonos. MICROFONO EMISOR (rellenar): ES LEFT o RIGHT? Táchese lo que no corresponda Lps = db leído en calbrador Lana, ps = db leído en pantalla Lp = Lana L = L L = db L corr corr ps anaps MICRÓFONO RECEPTOR (rellenar): (4) Lps = db Lana, ps = db Lp = Lana + { 123 NPS L = L L = db L corr corr ps anaps Como esto se aplcará a todas las frecuencas y el pstónfono solo excta con una onda smple de ampltud constante a Hz, se está asumendo que el mcrófono y toda la cadena eléctrca hasta llegar al analzador espectral responden de gual manera a todas las frecuencas. En el recnto de recepcón del rudo la norma pde que se promede la medda, L p, efectuándose para ello meddas en dstntos lugares, o ben usando un mecansmo de gro, en un plano nclnado, dotado de un brazo en cuyo extremo se stúa el mcrófono (cuello de jrafa). Promedando en tempo se corrgen las nhomogenedades. Estas medcones, caso de hacerse se anotarán aparte y su promedo se consgnará en la tabla. El analzador dspone de la capacdad de obtener promedos de espectros en el tempo, necesaro, dada la aleatoredad del rudo rosa. Para ver como se confgura, consultar el manual correspondente. (5) 2 La demostracón de este cambo de escala es smple. El nvel acústco vene dado por Lp = 10log( I / I ref ).El nvel eléctrco en el analzador vene dado por Lp, ana = 10log( V / V0 ). La funcón de transduccón del mcrófono y toda la cadena de medda es lneal, luego V = KI. Susttuyendo este valor en la últma ecuacón y de ella despejando I, se puede fnalmente ntroducr la expresón resultante en la prmera ecuacón. El resultado es: p 0 L = 10log( V / K ) + L. Efectuando una calbracón que asoce L p,ps con L p,ana,ps permte despejar V 0 /K, que puede fnalmente ntroducrse en esta últma expresón, quedando: Lp Lana ( Lp,ps Lana, ps ) ana = + c. q. d.. 4

5 De este modo, la medcón se habrá realzado sguendo el espírtu de la Norma UNE 74040/IV (Medda de Aslamento Acústco de los Edfcos y Elementos Constructvos, posterormente modfcada por la Comsón Técnca de Aslamento Acústco del AENOR CT-74, según Norma UNE 21/314-75), equvalente a la Norma ISO Antes o después de cada secuenca de medda, se tomará tambén el espectro de rudo de fondo ó rudo ambente, L n, para restarlo en el local de recepcón, en el caso de que esté sufcentemente próxmo, < 10 db de dferenca a cada banda. En emsón, como la fuente se suele poner con un nvel de presón acústca alto, 94 db típcamente, el rudo de fondo suele ser desprecable. Tras fnalzar las medcones se recalbrarán los mcrófonos. Hasta ahora el aslamento meddo, R, se denomna aslamento bruto, pues ncorpora dos efectos que complcan la medda. Es necesaro obtener el aslamento normalzado. El rudo transmtdo del emsor al receptor vuelve otra vez a emsón en sentdo contraro, amortguándose, y a su vez vuelve a recepcón, contrbuyendo al campo acústco recbdo. Este efecto suele ser naprecable s el tabque es lo sufcentemente aslante y la absorcón del recnto receptor alta. El nvel de campo acústco recbdo en estado estaconaro depende de la absorcón acústca de este local. Está claro que para una determnada potenca recbda del paramento separador, el nvel acústco en el recnto será mayor cuan menor sea la absorcón, es decr, cuanto mayor sea el tempo de reverberacón en este local en la banda : T. S la medda de este tempo en las bandas correspondentes no está dsponble, esta correccón se hará con 0,5 s a todas las bandas. Con esta correccón se obtene el aslamento acústco normalzado, D, denomnado pérdda de transmsón (Transmsón Loss o TL en denomnacón estadoundense) y que caracterza la separacón. S se asume campo dfuso su expresón es: D S t = R' + 10 log A' (6) S t = Superfce del elemento separador, gual en sus dos caras. A = Área de absorcón del recnto receptor en guales undades que S t. Puede calcularse en m 2 partendo del tempo de reverberacón T en segundos, que es dstnto a cada banda, hacendo uso de la fórmula de Sabne: A ' = 0,161V T (7) V = Volumen del recnto en m 3. Calculado usando las dmensones del local, que sendo aproxmadamente paraleppédco será (rellenar): LOCAL RECEPTOR Ancho = m Alto = m Largo = m V = m 3 S t = m 2 Las medcones del tempo de reverberacón han arrojado los sguentes resultados en bandas de tercos de octava para un recnto característco. 5

6 1/3 Oct 10D02 locales 1 (A LA ENTRADA A) y 2 (AL FONDO B) T30 [s] Local 2 Local Hz T30 en este caso corresponde al tempo de reverberacón de caída de 60 db, usando solamente datos entre 0,1 s después de la nterrupcón de la fuente sonora contnua y cuando el nvel ha bajando 30 db y además es superor a 10 db del rudo de fondo. De esta manera se logra una mayor establdad de las medcones. Con esos datos se ha extrapolado lnealmente hasta la caída de 60 db. Para evaluar el campo acústco ncdente en la separacón, L emsor se nstala un únco mcrófono omndrecconal. Por ello su orentacón no es mportante. Se montará sobre un trípode fotográfco en poscón cercana a la separacón, pero a más de 70 cm de cualquer pared, suelo, techo u objeto reflectante. S el recnto de emsón es lo bastante reverberante, se supone que el campo acústco en él es espacalmente unforme y omndrecconal (campo dfuso) y por ello tambén el campo ncdente en la separacón. No obstante las normas pden que se realce con varas poscones de este mcrófono, típcamente 3 por cada poscón del altavoz. 5. Resultados Los resultados obtendos, serán tales que completen la tabla sguente. Se recomenda tomar nota de los resultados manualmente, leyendo en la pantalla con ayuda del cursor y apuntando a mano en la tabla, para prevenrse frente a un posble fallo en los archvos creados por el programa. Para detraer el rudo de fondo, caso de ser éste menos de 10 db menor que la señal, úsese la resta de ntensdades, lo que conduce a la sguente fórmula en L o NPS: Lcorr con rudo /10 Lcorr fondo /10 ( ) L = 10log (8) corr El haber efectuado esta correccón se podrá ndcar en la tabla encerrando el resultado con un círculo. Para la obtencón de R se usará la dferenca de L p. Para la obtencón de D se hará uso de la hpótess de rudo ncdente rosa puro, con lo que resulta la sguente expresón: D = 10 log N = 1 N 10 D 10 (9) Este cálculo da excesva mportanca a los valores obtendos a bajas frecuencas y a altas frecuencas (ncluso dentro del ntervalo restrngdo de 100 a Kz), ya que el oído es poco sensble a las bajas frecuencas y además, las fuentes naturales ofrecen poca contrbucón a las bajas y a las altas frecuencas. Por ello, suele ponderarse frecuencalmente con escala A y así adaptar pscoacústcamente la cfra. Se deja como opcón voluntara el realzar el cálculo de D A. 6

7 f Rudo rosa emsor L ana, (db re 1V ) Rudo fondo emsor L n, (db re 1V ) L corr = db L p,, emsor (db acústcos) Rudo rosa meddo en recepcón L ana, (db re 1V) Rudo de fondo receptor L n, (db re 1V) L corr = db L P,,receptor (db acústcos) Aslam. Acústco bruto R (db de reduccón) Tempo de reverb. T (s) Sabnos de absorcón A (m 2 ) Asl. Acust. Norm D (db de reduccón) Global (db) L p = db L p = db R = db D= db emsor receptor Tabla 1 7

8 6. Informe (use huecos) Trabajos, meddas realzadas y resultados obtendos (en la tabla), comentaros e ncdencas. 7. Comentaros fnales. Se recomenda comentar especalmente la capacdad de aslamento de la separacón a bajas frecuencas, medas y altas, hacendo cta y referenca a la ley de la masa. Puede ayudar el representar gráfcamente D y comparar con la ley de la masa, trabajo voluntaro adconal que se propone. Incertdumbre de las meddas realzadas. (estmacón a crtero del alumno) Realce una estmacón del orden de magntud que se estma para los resultados fnales de D, en db ( ±0,01dB, ±0,1 db, ±1 db, ±10 db? ), ctando las posbles causas de la ncertdumbre. Ideas de mejora para futuras realzacones de la práctca 8

9 Lsta de documentos adjuntos S se desea puede adjuntarse hoja justfcatva con volcado de pantalla, hoja Excel, lstados o gráfcos 8. Bblografía Apuntes de la asgnatura. Beranek L. L.; Vér I. L. eds. Nose and Vbraton Control Engneerng, 1992 John Wley. Kely G. Ingenería Ambental, 1999 McGraw-Hll. Celma et al. El Rudo como Agente Contamnante en la Industra, Edelvves. 9