CUALIFICACION IN SITU DE DISPOSITIVOS ANTIRRUIDO POR EL METODO ADRIENNE

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1 CUALIFICACION IN SITU DE DISPOSITIVOS ANTIRRUIDO POR EL METODO ADRIENNE PACS: Gf Pero Cobo y Carlos Ranz Instituto e Aústia. CSIC. Serrano Mari iap4@fresno.si.es SUMMARY The Arienne metho ombines the M metho with the signal subtration tehnique. The M metho affors the impulse response of the system. The subtration tehnique allows to separate optimally the iret an samplereflete signals. Maximum separation between the sample-reflete an the nearest events in the refletion trae is require in orer the lowest reliable frequeny to be minimum. Therefore, the mirophone shoul be as lose as possible to the sample whilst the louspeaker shoul be as far as possible to the sample. As a onsequene, the iret an sample-reflete events in the trae are lose eah other. This work eals with the optimization of the louspeaker-mirophone setup, given the sample height, in orer to get the best lowest reliable frequeny. INTRODUCCION Las barreras aústias son uno e los ispositivos e ontrol pasivo el ruio más populares. Su misión es la e obstruir la transmisión ireta entre la fuente e ruio (tráfio roao o ferroviario y el reeptor (la poblaión. Existe un Comité Europeo, CEN/TC6, que se oupa e la araterizaión aústia e estos ispositivos. La norma europea EN 1793, "Dispositivos reutores el ruio e tráfio en arreteras. Métoo e ensayo para eterminar su omportamiento aústio", onsta e 5 partes, e las uales, la parte , se refiere a la araterizaión in situ e la absorión aústia y aislamiento a ruio aéreo. Ante la ausenia e métoos normalizaos e meia in situ, surgió el Proyeto Europeo MAT1-CT94049 "ADRIENNE", uyo objetivo funamental era poner a punto un métoo que: Fuese relevante para araterizar barreras antirruio en arreteras. Fuese apaz e araterizar toos los ispositivos antirruio que irulan en el merao europeo, tanto planos omo volumétrios. Usara esenialmente los mismos prinipios y equipamiento para la meia e la absorión y el aislamiento. Se puiera apliar tanto in situ omo en laboratorio. Proporionara las meias e absorión y aislamiento en las banas e terio e otava entre 100 Hz y 5 khz. El métoo resultante es onoio omo métoo Arienne (Clairbois et al, 1998ab; Cobo et al, 1997; Cobo y Santiago, A ontinuaión se esriben los funamentos e la meia e la absorión (o e la Péria por Reflexión, RL por el métoo Arienne. EL METODO ADRIENNE PARA LA MEDIDA DE RL Página 1 e 7

2 El métoo Arienne ombina el métoo M para la meia e la traza e reflexión on la ténia e substraión e señal para separar la señal ireta e la señal reflejaa en la muestra (Cobo et al, La absorión aústia, (f,, y el oefiiente e reflexión en la muestra, R p (f,, están relaionaas por α( f, θ = 1 R ( f, θ p (1 one es el ángulo e inienia. La Péria por Reflexión promeiaa sobre n meias, RL, se efine omo (Cobo et al, RL( fi = Rp = n n k = 1 z z fi fi I p ( t ( t w( t f r, k I p ( t ( t w( t f one p (t y p r,k (t son las señales ireta y reflejaa en la muestra, respetivamente, (t es la funión e orreión por ivergenia esféria, y w(t es la ventana que seleiona los eventos ireto y reflejao e las trazas ireta y reflejaa en la muestra. En el métoo Arienne se promeia sobre m*n trazas, one n=1,,..,9, orrespoientes a ángulos e inienia (50º, 60º, 70º, 80º, 90º, 100º, 110º, 10º, 130º (90º orrespone a la inienia normal en la muestra, y m es el número e puntos signifiativos en la muestra. Para una muestra plana m=1, mientras que para una muestra en zig-zag m=3. El ventaneo proporiona el evento eseao en la traza a osta e resoluión en baja freuenia. La freuenia más baja fiable está relaionaa on el tipo y tamaño e la ventana usaa. El métoo Arienne, para una separaión altavoz-mirófono e 1.5 m, una separaión mirófono muestra e 0.5 m, y una altura e barrera e 4 m, usa una ventana asimétria on un bore e ataque tipo semi- Blakman-Harris e 0.5 ms, una parte entral retangular e 5.18 ms, y un bore e aia tipo semi-blakman- Harris e. ms. La ventana resultante, e 7.44 ms, se onoe omo ventana Arienne (Cobo y Santiago, OPTIMIZACION DE LA CONFIGURACION GEOMETRICA La ventana Arienne esrita aolee e algunas limitaiones: Se aluló para una altura e barrera fija e 4 metros. Consiera una geometría altavoz-mirófono fija. No tuvo en uenta la reflexión en el suelo. Cobo (1998 emostró que puee optimizarse la onfiguraión altavoz-mirófono respeto a la barrera para obtener la mínima freuenia más baja fiable. Para la geometría e la Figura 1, se pueen alular los tiempos e viaje e aa uno e los eventos en la traza e reflexión. Las euaiones (3-7 orresponen a los tiempos e viaje e las señales ireta,, reflejaa en la muestra, r, ifrataa en el bore, e, ifrataa en el altavoz, l, y reflejaa en el suelo, f, respetivamente. τ = / (3 1 τr = os ϑi (4 1L O τe = + SE + + SE + + SE α θi NM osb g (5 QP 1 1 τ l = + = 3 + MS b g b g (6 ( Página e 7

3 τ 1 = sinϑ f SE SE i (7 E M' S' τ (b L τ r θ i M S τ e τ l M'' τ f (a F Figura 1. (a Disposiión geométria el sistema eletroaústio respeto a la barrera para la meia e RL. (b Aspeto e la traza meia por el sistema Para máxima resoluión en baja freuenia onviene que la ventana Arienne tenga la máxima longitu. Para ello, el mirófono ha e estar lo más próximo posible (limitao por el ampo próximo a la muestra, y el altavoz lo más alejao posible e ambos. La ventana Arienne ha e enajar entre el iniio e la señal reflejaa más próxima y el iniio el evento (reflexión en el suelo o ifraión en el bore o en el altavoz más próximo. El iniio más próximo orrespone a la señal reflejaa en inienia normal. El bore iniial e la ventana será, por tanto, 1 1 τ1 = τ θ = 90 = = + ( º b g b g (8 r MS El bore final e la ventana venrá eterminao por el evento más próximo en el aso más esfavorable ( i =40º. La Figura muestra los retaros entre los iferentes eventos en la traza e reflexión en funión e y MS, para i =40º. Como puee verse, las superfiies bτ l τrgy τ f τri siempre se ortan. A la izquiera e esta urva e orte, el bore posterior venría eterminao por el tiempo e viaje el evento ifratao en el altavoz. A la ereha e esta urva, sin embargo, el bore ereho orresponería al tiempo e viaje el evento reflejao en el suelo. Obviamente, la geometría óptima orresponerá a aquellas separaiones para las que ambos tiempos e viaje oinien. De las Es. (6 y (7, se obtiene entones la separaión óptima entre altavoz y mirófono, aas la separaión mirófono-muestra y la semi-altura e la barrera., opt = b g h MS SE MS MS SE 1 + 4sin40º + 18 ( sin40º El bore superior e la ventana Arienne será entones 16 (9 Página 3 e 7

4 MSi (10 1 τ = 3, opt + Figura. Retaros entre eventos, para i =40º, en funión e y SE LA MINIMA FRECUENCIA FIABLE El efeto e trunamiento el ventaneo es bien onoio (Nuttal, 1981; Gae y Herlufsen, Cuano se ventanea una señal, se piere informaión e baja freuenia. Con referenia a la Figura 3, sean la freuenia más baja fiable, y f=(1/n t el intervalo espetral. FFT... δ f f(hz Figura 3. Mínima freuenia fiable e intervalo freuenial Página 4 e 7

5 El intervalo espetral puee haerse tan pequeño omo se quiera inrementano N, el tamaño e la transformaa e Fourier (zero paing. Para una ventana retangular =1/T w, one T w es la uraión e la ventana. Para otro tipo e ventana, poemos efinir omo el primer ero e su Transformaa e Fourier. La ventana Arienne ontiene (Cobo, 1998: Un bore e ataque, tipo semi-blakman-harris, e 0.05 ( - 1 ms e uraión. Un tramo entral retangular e longitu 0.7 ( - 1 ms. Un bore e aia, tipo semi-blakman-harris, e 0.3 ( - 1 ms e uraión. Así pues, el anho e la ventana Arienne,, será = τ τ 1 b g (11 La Tabla 1 presenta las geometrías óptimas ( MS,, la uraión e la ventana Arienne,, y las freuenias más bajas fiables,, para las semi-alturas e barreras SE =1.5, 1.75, y m. Tabla 1. Geometría altavoz-mirófono óptima ( MS,, uraión e la ventana Arienne,, y mínima freuenia fiable,, para semialturas e barrera SE =1.5, 1.75 y m SE =1.5 m SE =1.75 m SE = m ( MS, (m (0.10,0.79 (0.15,0.76 (0.0,0.73 (0.5,0.70 (0.30,0.67 (0.35,0.64 (0.40,0.6 (0.45,0.59 (0.50,0.56 (ms (Hz ( MS, m (0.10, (0.15, (0.0, (0.5, (0.30, (0.35, (0.40, (0.45, (0.50,0.70 (ms (Hz ( MS, m (ms (Hz (0.10, (0.15, (0.0, (0.5, , (0.35, (0.40, (0.45, (0.50, RESULTADOS A lo largo el Proyeto Arienne se onstruyó en el CSTB (Grenoble una barrera e 0 m e larga y 4 m e alta, on iferentes tramos, aa uno e ellos on un material istinto. La geometría eiia a lo largo el Proyeto ( =1.5 m, MS =0.5 m para esta altura e barrera no es la óptima. Como onseuenia, en una ventana e 7.44 ms, uya freuenia más baja fiable sería 175 Hz, se uelan las reflexiones en el suelo uano el sistema Página 5 e 7

6 altavoz-mirófono está orientao haia abajo. Este heho es eviente en la Figura 4, orresponiente a las urvas promeio e RL para un material e hapa perforaa rellena on material absorbente, el MICE. Como puee observarse, el promeio entre 50º y 90º ontiene un pio a 500 Hz que no se justifia en la ligera asimetría e los bores superior e inferior e los paneles e MICE. Cuano se proesan las señales on una ventana Arienne e 4.6 ms, Figura 5, la freuenia más baja fiable es e 40 Hz, y las urvas RL orresponientes a los promeios haia arriba y haia abajo son prátiamente iéntios. Es obvio que en este aso, la ventana exluye las reflexiones el suelo, y el álulo es más orreto. Figura 4. Curvas RL para el MICE, on una ventana e 7.44 ms (Según Cobo an Santiago, 1997 Figura 5. Curvas RL para el MICE, on una ventana e 4.6 ms (Según Corral, 1999 Página 6 e 7

7 RESUMEN Y CONCLUSIONES El métoo Arienne ombina el métoo M on la ténia e la substraión e señal para el álulo in situ e la RL e una barrera antirruio. Las señales ireta y reflejaa en la muestra se extraen e las trazas ireta y reflejaa, respetivamente, por ventaneo. La freuenia más baja fiable el métoo epene e la uraión e la ventana. Para que esta freuenia sea mínima, la separaión entre los eventos reflejao en la muestra y ifratao en el altavoz o reflejao en el suelo ha e ser máxima. Daa la semi-altura e la barrera y la separaión mirófono-muestra, este trabajo presenta la separaión altavoz-mirófono óptima para mínima freuenia más baja fiable. REFERENCIAS Clairbois, J.P., Beaumont, J., Garai, M., an Shupp, G., 1998a. A new in situ metho for the aousti performane of roa traffi noise reuing evies. Pro. ICA 98, Seatle, USA. Clairbois, J.P., Beaumont, J., Garai, M., an Shupp, G., 1998b. A new in situ metho for the aousti performane of roa traffi noise reuing evies. Pro. Euronoise 98, Munih, Germany. Cobo, P., Garai, M., an Santiago, J.S., Refletion Loss measurements on flat an non-flat samples using M methos with the subtration tehnique. Pro. Teniaustia 97, Ovieo, Spain. Cobo, P. an Santiago, J.S., "Refletion an Transmission Loss measurements on in situ samples using the Arienne Metho". Projet MAT1-CT94049, Do. ADR5-. Cobo, P., "Some alulations onerning the Arienne setup an the lowest reliable frequeny". Informe interno, Instituto e Aústia, Mari. Corral Quintana, A., "Meia in situ e la Péria aústia por Reflexión e barreras antirruio por el métoo Arienne". Proyeto Fin e Carrera, ICAI. Gae, S. an Herlufsen, H., "Winows to FFT analysis". B&K Tehnial Review, Nº 3 an 4. Nuttal, A., "Some winows with very goo sielobe behaviour". IEEE ASSP Trans., ASSP-9(1, AGRADECIMIENTOS Se agraee la finaniaión e los Proyetos SMT MAT-CT94049 ADRIENNE, e la UE, y AMB C01-03, e la CICYT. Página 7 e 7