Unidad 2 Acustica

UNIDAD 2: ACÚSTICA
CAPÍTULO 4
NIVELES Y PROPAGACIÓN
DEL SONIDO
1. Introducción: Conceptos de vibración y onda
2. Definición del sonido: Onda sonora
3. Caracterización física del sonido
3.1. Velocidad del sonido
3.2. Frecuencia, longitud de onda y espectro sonoro
3.2.1. Tono puro: Frecuencia y longitud de onda
3.2.2. Sonido armónico: Espectro sonoro
3.2.3. Sonido complejo
3.2.4. Bandas de frecuencia: Octavas y tercios de octava
3.2.5. Algunos ruidos de interés
3.3. Magnitud del sonido
3.3.1. Presión, intensidad y potencia sonoras
3.3.2. El decibelio: Composición de niveles
4. Percepción del sonido: Sonoridad
5. Niveles acústicos: Medición
5.1. La escala de decibelios A
5.2. Nivel global
5.3. Nivel sonoro equivalente
5.4. Niveles percentiles
5.5. El Sonómetro
6. Propagación del sonido
6.1. Propagación en espacio libre
6.2. Reflexión, transmisión y absorción
6.3. Difracción
6.4. Reflexión especular y difusión
1. Introducción: Conceptos de vibración y onda
El sonido, como caso particular de una onda acústica, es una onda en la que se propaga
una vibración de las partículas del medio. Conviene, pues, introducir los conceptos de
vibración y onda, aunque solo sea de una forma cualitativa.
Vibración: Es un movimiento, en general de
pequeña amplitud, en el cual se produce un
desplazamiento en torno a una determinada
posición media de equilibrio.
En este movimiento, existe una
fuerza, llamada recuperadora,
que actúa sobre la partícula o el
sistema, tratando de llevarlo a su
posición de equilibrio cuando
éste se separa de ella.
Tipos
-Armónica: El desplazamiento varía senoidalmente con el tiempo.
-Periódica: El desplazamiento se repite periódicamente con el tiempo. Las
armónicas son un tipo de vibraciones periódicas.
-Compleja: El desplazamiento sigue una variación no periódica con el tiempo.
Onda: Propagación de una determinada magnitud física a través
del espacio, generada en un determinado lugar (foco emisor de la
onda). Sea cual sea la magnitud propagada, toda onda propaga
energía.
Propiedades físicas básicas de una onda
-Su velocidad de propagación (m/s):
Depende del tipo de onda y del medio de
propagación
-Su energía (J), potencia(w=J/s) e
intensidad(w/m2), transportadas. Suelen
ir disminuyendo con el avance de la onda
-Su contenido en frecuencia
Tipos de ondas según el medio de propagación
Ondas mecánicas: Precisan de un medio material para propagarse.
Ejemplo: el sonido, ondas producidas en la superficie del agua por
el movimiento de un cuerpo, ondas en una cuerda, etc.
Ondas electromagnéticas: No precisan de medio de propagación.
Se propagan variaciones de campos eléctricos y magnéticos.
Ejemplo: La luz, infrarrojos, UV, ondas de radio, etc.
Tipos de ondas mecánicas según la dirección de
variación de la magnitud física que propagan
Ondas longitudinales: La dirección de variación de la magnitud
física propagada y la dirección de propagación de la onda coinciden.
Ondas transversales: La dirección de variación de la magnitud física
propagada y la dirección de propagación de la onda son
perpendiculares.
Tipos de ondas según la variación espacio-temporal
En toda onda, hay variaciones de la magnitud física propagada:
-En el espacio: Variaciones de un punto a otro del espacio.
-En el tiempo: Variaciones de un instante a otro.
Ondas armónicas: Las variaciones son
senoidales
Ondas periódicas: Las
variaciones son repetitivas,
con un tiempo llamado
periodo. Las armónicas son
un caso particular de ondas
periódicas
Ondas complejas: Las
variaciones no son periódicas
2. Definición del sonido: Onda sonora
¿Qué es una onda acústica?
¿Qué es el sonido?
Por tanto:
Es la propagación (onda) de
una vibración en un
determinado medio material
Es una onda acústica capaz de
producir una sensación
auditiva
Hay ondas acústicas que no son
sonidos (Infrasonidos y Ultrasonidos)
Una misma onda acústica puede ser
un sonido para un ser vivo y no para
otro
El fenómeno auditivo: El sonido
ACÚSTICA FÍSICA
CAUSA
Emisor o fuente
sonora
(Vibración)
-Cuerdas vocales
-Instrumento o equipo
musical
-Avión, tren, coche, etc.
-Objeto vibrante en
general
ACÚSTICA
FÍSIOLÓGICA
Medio
material
EFECTO
(Propagación
de la onda)
(Percepción
por el oído)
-Habitualmente el aire
(SONIDO AÉREO)
-Cerramientos
Receptor
-Es el que genera la
sensación auditiva
en nuestro cerebro
¿Qué es un ruido? ¿Qué diferencia hay entre sonido y ruido?
Es un sonido que produce molestia, es
decir, resulta desagradable
-La diferencia entre sonido y ruido
es muy subjetiva
Por tanto:
-Un mismo sonido puede resultar
molesto (ruido) para una persona,
pero no para otra (sonido).
Por ejemplo: Si oímos música en casa y nos
escucha el vecino, la música para nosotros será
un sonido, pero para el vecino será un ruido
¿Cómo se genera una onda acústica o un sonido?
Al golpear al diapasón, las
partículas de aire vecinas se
ponen en movimiento,
empujando también a las de
su entorno, regresando
después a su posición de
equilibrio ya que su
movimiento se ve frenado.
Se genera la propagación de
la vibración original del
diapasón a lo largo del
medio que lo rodea. Esta
propagación es la onda
acústica.
Por tanto
-Cada partícula del medio realiza una
vibración de desplazamiento muy pequeño
en torno a su posición de equilibrio. Es
decir, no se propaga materia.
-La onda acústica propaga energía
mecánica, llamada energía acústica.
Una onda acústica conlleva
Una onda de densidad
Una onda de presión
Cuando las partículas del medio se
acumulan, se crea una zona de
compresión (mayor densidad), mientras
que cuando se separan, se crea una zona
de dilatación (menor densidad).
Cuando las partículas del medio se
acumulan, aumenta la presión respecto de la
que había antes de llegar la onda
(compresión), mientras que cuando se
separan, disminuye la presión respecto de la
que había antes de llegar la onda (presión de
equilibrio, normalmente la atmosférica).
Por tanto
-Si nos quedamos parados en un punto del espacio, y vemos
cómo pasa la onda, observamos que: Varía la presión y la
densidad en dicho punto.
-Si detenemos el tiempo, y vemos todos los puntos por los que
ha pasado la onda, observamos que: Varía la presión y la
densidad de un punto a otro del espacio.
En la onda acústica hay tres variables
-La magnitud que varía (presión y densidad del medio).
-El tiempo
-La posición
La presión sonora
De todas estas magnitudes, lo más utilizado en Acústica
Arquitectónica y Ambiental es caracterizar la onda sonora
como una onda de presión
P0= Presión en el medio antes de que llegue la onda (presión de equilibrio)
P(x,t) = Presión real en un punto x y un instante t, una vez que ha llegado la onda
p(x,t)= P(x,t)-P0
La presión sonora nos
informa de cómo cambia
la presión al pasar la onda,
respecto de la que había
antes de pasar
PRESION
SONORA
Su valor es muy pequeño
respecto de las presiones
habituales
3. Caracterización física del sonido
3.1. Velocidad del sonido
Velocidad de propagación del sonido: Distancia que
avanza la onda por unidad de tiempo, medida en una
determinada dirección de propagación.
Unidades S.I.: m/s
Depende de:
-Densidad del medio
-Elasticidad del medio
Depende de la presión,
humedad, temperatura, etc.
Aire
T=00C, P0=1,5013 105 N/m2
ρ0= 1,293 Kg/m3
c0=330 m/s
c = c0 (1 + T / 273)
Si T ↑ ⇒ c ↑
T=200 C ⇒ c=342 m/s
En sólidos:
-Es mayor que en gases y
líquidos, por ser más densos.
-Puede depender mucho de:
-Frecuencia del sonido (dispersión)
-Si es onda longitudinal o transversal
-De la homogeneidad del material
Velocidades de ondas
sonoras a 200C en m/s
3. 2. Frecuencia, longitud de onda y espectro sonoro
3.2.1. Tono puro: Frecuencia y longitud de onda
Un tono puro es un sonido en el cual la presión sonora varía en
posición y tiempo senoidalmente
Ejemplo: Sonido emitido por un diapasón
Periodo (T): Duración de
una oscilación de un tono
puro (s)
Frecuencia de un tono puro
Frecuencia (f): Número de oscilaciones por segundo
(Unidad S.I.: 1/s=Hz Herzio) (Heinrich Hertz 1857-1894)
Posición fija
La frecuencia del sonido suele coincidir con la frecuencia de la vibración mecánica
que lo ha generado (frecuencia del diapasón)
La frecuencia de un sonido y de una onda acústica en general,
es una magnitud física muy importante pues:
-El oído humano de un adulto normal solo es capaz de
detectar ondas acústicas entre 20 y 20000 Hz (SONIDOS).
-El comportamiento acústico de los materiales y
soluciones constructivas depende mucho de la frecuencia.
0
20
400
ULTRASONIDOS
AGUDOS
MEDIOS
GRAVES
INFRASONIDOS
SONIDOS
1600
20000
f (Hz)
Longitud de onda de un tono puro
Tiempo fijo
Distancia recorrida por la onda
en el tiempo de un periodo (T)
Longitud de onda
(λ): Distancia
entre dos puntos
consecutivos que
se encuentren en el
mismo estado de
vibración en todo
instante de tiempo
c
λ = cT =
f
Para un tono de una frecuencia determinada, su longitud de onda
depende de la velocidad, y por tanto, del medio de propagación
Onda larga
Onda media
Para un medio determinado
Si la f aumenta, la λ disminuye
Si la f disminuye, la λ aumenta
Onda corta
Ejemplo: Aire (200C, 1 atm)
f=20 Hz ⇒ λ=17,2m
f=20000 Hz ⇒ λ=17,2mm
3.2.2. Sonido armónico: Espectro sonoro
Sonido formado por la superposición de un tono
puro primario con una frecuencia determinada
(frecuencia fundamental o primer armónico) y un
conjunto finito o infinito de tonos con frecuencias
múltiplos de esta (armónicos secundarios)
Ejemplo:
Sonido emitido
por los
instrumentos
musicales
Sonido formado por
el primer armónico
(f0) y su tercer
armónico (3f0)
Cada tono puro de los
superpuestos tendrá una
presión sonora diferente
Espectro sonoro:
Representación gráfica de
la presión de cada tono
puro frente a su frecuencia
3.2.3. Sonido complejo
Sonido formado por la superposición
de infinitos tonos puros, con
frecuencias infinitamente próximas
Ejemplo: Casi la totalidad de los sonidos son
sonidos complejos (voz, música, ruido, etc.)
Espectro sonoro: Representación de la
presión sonora de cada tono puro en los
que se descompone el sonido, frente a
su frecuencia correspondiente. Cada
sonido tiene su espectro sonoro.
Para analizar un sonido o un ruido es básico
conocer su espectro. El espectro del sonido es
como su “firma de identidad”. Al hecho de
extraer el espectro de un sonido, se le llama
ANÁLISIS FRECUENCIAL O ESPECTRAL
DEL SONIDO
¡¡¡ El comportamiento acústico
de los materiales depende del
espectro del sonido que incide
sobre ellos¡¡¡
3.2.4. Bandas de frecuencia: Octavas y tercios de octava
A una zona del espectro se le llama BANDA DE
FRECUENCIA. Está caracterizada por dos frecuencias
límite (inferior y superior) y una frecuencia central.
Ancho de banda: Diferencia entre las dos frecuencias límite
En Acústica Arquitectónica, para
realizar el análisis espectral de un
sonido, el rango audible (20-20000)Hz
se suele dividir en bandas de frecuencia.
Se usan dos tipos de bandas:
Ancho de banda
Bandas de octava
fi
fc
fs
Bandas de tercios de octava
BANDAS DE OCTAVA (1/1)
Una octava es una banda de frecuencias cuya frecuencia
superior es el doble de la inferior
Bandas de octava usadas en Acústica Arquitectónica
BANDAS DE TERCIOS DE OCTAVA (1/3)
En ciertas situaciones, el
análisis de sonidos y ruidos
en octavas, puede no ser
suficiente, ya que se necesita
más precisión en el espectro
Se usa un análisis en
tercios de octava,
pues es un análisis
más preciso
Un banda de tercios de octava es la tercera parte
de una banda de octava, es decir, cada octava se
divide en tres bandas de frecuencias
Bandas de octava y tercios de octava usadas en Acústica
Arquitectónica (norma ISO 266)
Ejemplos de espectros sonoros en octava y tercios de octava
Dentro cada octava, la
presión sonora se
considera la misma
Dentro cada tercio de
octava, la presión
sonora se considera la
misma
3.2.5. Algunos ruidos de interés
Ruido blanco: Es un ruido patrón,
que se caracteriza por un aumento
de 3dB en la presión sonora cada
vez que aumentamos la banda de
octava
Ruido rosa: Es un ruido cuyo nivel
sonoro es constante en todas las
bandas de octava. Es el que se usa
en medidas de aislamiento y en
laboratorio
Ruido de tráfico: Su presión sonora
es más importante en las
frecuencias graves que en las
agudas
120
120
100
100
100
80
60
40
20
0
63
Presión sonora
120
Presión sonora
Presión sonora
Ruido rosa por bandas de octava
80
60
40
20
0
125 250 500 1000 2000 4000 8000
60
40
20
0
63
f(Hz)
80
125 250 500 1000 2000 4000 8000
63
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
f(Hz)
120
80
60
40
20
0
80
60
40
20
80
60
40
20
63
63
f(Hz)
100
0
0
125 250 500 1000 2000 4000 8000
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
120
120
100
100
Presión sonora
63
120
100
Presión sonora
Presión sonora
100
Presión sonora
Presión sonora
120
80
60
40
20
0
80
60
40
20
0
63
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
63
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
3. 3. Magnitud del sonido
3.3.3. Presión, intensidad y potencia sonoras
Para medir lo fuerte o débil que
es un sonido, se usan diferentes
magnitudes. La primera ya la
conocemos, es la PRESIÓN
SONORA, p
Otra magnitud es la
INTENSIDAD SONORA, I
I=Energía transportada por la
onda por unidad de tiempo y
unidad de área perpendicular a la
dirección de propagación
A lo largo del
tiempo p va
variando, es
decir p(t)
UnidadesS.I.
N/m2=Pa
Unidades S.I.: w/m2
Potencia sonora de una fuente
Para caracterizar la capacidad de
emisión de una fuente de sonido, se
suele usar la magnitud POTENCIA
SONORA, W
Cantidad de energía
sonora emitida por
la fuente por unidad
de tiempo
Unidad S.I.: J/s=w
Ejemplos
Una persona: 0.00001 w (a gritos 0.001 w)
Personas hablando de una ciudad de 6 millones de habitantes.: 60w
Aspiradora: 0.0001w
Coche: 0.001w
Cohete despegando: 100 millones de w
3.3.2. El decibelio: Composición de niveles
En Acústica, para medir un sonido, no se suelen usar las
magnitudes anteriores (presión, intensidad y potencia sonoras)
directamente con sus unidades en el S.I., sino que se suele usar
una escala logarítmica y unas nuevas “unidades” llamadas
DECIBELIOS.
Además, a las magnitudes presión, intensidad y potencia sonoras,
medidas en decibelios se les llama NIVEL DE PRESIÓN
SONORA (Lp o SPL), NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (LI)
y NIVEL DE POTENCIA SONORA (Lw), respectivamente
¿Por qué se usa la escala de decibelios
en lugar de las unidades en el S.I.?
Razón 1: Para manejar cantidades más sencillas numéricamente,
ya que el rango de sonidos que se pueden percibir es muy amplio
Presión sonora mínima que tiene que
tener un sonido para ser oído (umbral
de audición)= 0.00002 Pa (10-12 w/m2)
Presión sonora a partir de la cual un
sonido produce dolor (umbral de
dolor)= 63.2 Pa, (10w/m2)
Log (0.00002)=-4.7
Log(10-12)=-12
Log (63.2)=1.8
Log(10)=1
¿Por qué se usa la escala de decibelios
en lugar de las unidades en el S.I.?
Razón 2: El sistema auditivo humano no responde de manera
lineal a los estímulos que recibe, sino que lo hace de una forma
logarítmica, aproximadamente.
Si la presión acústica de un tono puro de 1000Hz se
duplica, la sensación percibida por el oído humano
(y el cerebro), no se duplica. Para duplicar la
sensación percibida, habría que multiplicar la presión
acústica por 3.16
Nivel de presión sonora, Lp
p
L p = 20 log
p0
p: presión sonora en unidades S.I.
p0: presión sonora de referencia en unidades S.I.
elegida como el umbral de audición que es
0.00002=2 10-5 Pa
Ejemplos
Umbral de audición: Lp=20log(2 10-5/2 10-5)=0 dB
Umbral de dolor: Lp=20log(63.2/2 10-5)=130dB
Voz en conversación normal: Lp=20log(0.06325/2 10-5)=70dB
1dB: Mínimo cambio de nivel perceptible
5dB: Cambio de nivel claramente perceptible
10dB: La sensación sonora se duplica
Ejemplos
Nivel medio de presión
sonora a 1m de distancia,
producido por una persona
hablando
Nivel de intensidad sonora, LI
I
LI = 10 log
I0
I: Intensidad sonora en unidades S.I.
I0: Intensidad sonora de referencia en unidades S.I.
elegida como el umbral de audición que es 10-12 w/m2
I
p2
I ≈ p ⇒ LI = 10 log = 10 log 2 =
I0
p0
2
p
= 20 log
= Lp
p0
LI y Lp coinciden.
Normalmente se
usa Lp porque es
más fácil medirlo
Ejemplos
Umbral de audición: LI=10log(10-12/10-12)=0 dB
Umbral de dolor: Lp=10log(10/10-12)=130dB
Ejemplos
p (Pa)
I(w/m2)
L(dB)
Fuente
63.2
10
130
Umbral de dolor
20
1
120
Despegue avión
6.32
0.1
110
Máquina de remachado
2
0.01
100
Martillo neumático
0.632
0.001
90
Camión diesel a 15m
0.2
0.0001
80
Grito (a 1m)
0.0632
0.00001
70
Oficina ocupada
0.02
0.000001
60
Conversación normal a 1m
0.00632
0.0000001
50
Area urbana tranquila (día)
0.002
0.00000001
40
Area urbana tranquila (noche)
0.000632
0.000000001
30
Area suburbana tranquila (noche)
0.0002
0.0000000001
20
Campo tranquilo
0.0000632
0.00000000001
10
Susurro humano
0.00002
0.000000000001
0
Umbral de audición
Nivel de potencia sonora, Lw
W
Lw = 10 log
W0
W: Potencia sonora en unidades S.I.
W0: Potencia sonora de referencia en unidades S.I.
elegida como el umbral de audición que es 10-12 w
Ejemplos
Composición de niveles: ¿Cómo se suman o restan los decibelios?
80dB+80dB ≠ 160dB
¿por qué?
80dB+80dB = 83dB
log( x + y ) ≠ log( x) + log( y )
El nivel total será
Supongamos que tenemos
N fuentes sonoras y cada
una provoca en un punto
dado un nivel Li
Ejemplo (80dB+80dB):
Ejemplo (80dB-70dB):
Li
 N 10

L = 10 log ∑10 
 i =1

80
80

 10
10
L = 10 log10 + 10  = 83dB


80
70
 10

10
L = 10 log10 − 10  = 79.5dB


Composición de niveles iguales
Dos sonidos del mismo nivel se componen
dando un sonido 3dB más alto
4. Percepción del sonido: Sonoridad
Banda de frecuencias audibles
20-20000Hz
Umbral de dolor
130dB
Umbral de audición
0dB
El oído no tiene la misma
sensibilidad para todas las
frecuencias. Los umbrales
de audición varían con la
frecuencia
Sonoridad
Capacidad de un sonido para producir una sensación sonora en
nuestro cerebro
Conclusiones importantes
1) El oído es mucho más sensible a
medias y altas frecuencias que a
bajas frecuencias
2) A niveles bajos de presión, el
oído es muy insensible a las bajas
frecuencias
Ejemplos: 1)Un sonido de 20Hz con 70dB
tiene la misma sonoridad que otro de
1KHz y 0dB
2) Un sonido de 1KHz con 60dB tiene la
misma sonoridad que otro de 52dB a
4KHz y otro de 68dB a 100Hz
3) A niveles altos de presión, el
oído tiende a responder de una
manera más homogénea en todo el
rango de frecuencias.
5. Niveles acústicos: Medición
5.1. La escala de decibelios A
Hasta ahora, hemos visto
que para medir la magnitud
de un sonido se usa el nivel
de presión sonora Lp en dB
(llamada escala lineal)
Para que la medida realizada sea
representativa de la sonoridad
asociada a un sonido cualquiera, los
sistemas de medida llevan lo que se
llama una red de ponderación
Este nivel es totalmente
físico, y no incorpora los
aspectos fisiológicos
asociados con la diferente
sensibilidad del oído a
distintas frecuencias, es
decir, no tiene en cuenta la
sonoridad del sonido
Redes existentes
A, B, C, D
Una red de ponderación es un sistema de corrección
de los niveles de presión sonora por frecuencias
mediante unos factores de compensación fijos en
decibelios que dependen de la red usada, a
semejanza de lo que hace el oído humano
RED DE PONDERACIÓN A
Ejemplo: A 250Hz
Lp= 50dB
LA (Nivel ponderado A) =50-9=41dBA (decibelio A)
Banda
frecuencia
Corrección
(dB)
31.5
-39
63
-26
125
-16
250
-9
500
-3
1000
0
2000
+1
4000
+1
8000
-1
120
98
96
100
80
79
70
80
82
100
85
60
40
20
0
63
125
250
Nivel de presión sonora (dBA)
Nivel de presión sonora (dB)
Ejemplo
120
97
100
80
60
63
71
79
99
99
85
44
40
20
0
63
500 1000 2000 4000 8000
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
f (Hz)
f
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
dB
70
79
80
82
85
96
98
100
Corre.
-26
-16
-9
-3
0
1
1
-1
dBA
44
63
71
79
85
97
99
99
5. 2. Nivel global
Sabemos que un sonido complejo se puede
analizar en bandas de octava o bandas de
tercios de octava. En cada banda tendremos
un nivel diferente Li
Nivel de presión sonora(dB)
Ejemplo
120
100
95
93
80
70
70
70
250
500 1000 2000 4000 8000
60
60
62
Se denomina NIVEL
GLOBAL O NIVEL PASO
TODO (LAP) , a la suma de
los niveles en bandas de
octava o tercios de octava, Li,
que componen el sonido.Este
nivel lo suelen dar los
equipos de medida
60
40
20
0
63
125
f(Hz)
LGLOBAL=97dB
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
dB
95
93
70
70
70
60
62
60
Correc
ción.
-26
-16
-9
-3
0
1
1
-1
dBA
69
77
61
67
70
63
63
59
Nivel de presión sonora (dBA)
f
OJO: El nivel global en dB no
se puede pasar directamente a
dBA; Hay que pasarlo banda a
banda.
120
100
80
69
60
77
61
67
70
61
63
59
40
20
0
63
125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
LGLOBAL=79dBA
Niveles globales típicos en dBA de algunas fuentes conocidas
5. 3. Nivel sonoro equivalente
Para valorar lo que ha ocurrido
acústicamente a lo largo de un
período de medida determinado en
un punto del espacio, se usan
diferentes índices o niveles de
valoración. El más usado es el
NIVEL SONORO
EQUIVALENTE, Leq
Leq: Nivel de un sonido constante en
todo el período de medida, que tuviese
la misma energía acústica que el sonido
que estamos valorando (es como una
media a lo largo del periodo de medida)
Lmax: Nivel máximo
en el periodo de
medida
Lmin: Nivel mínimo
en el periodo de
medida
5. 4. Niveles percentiles
Para tener una idea de las
fluctuaciones de sonido a lo largo
del tiempo, se suelen usar unos
índices estadísticos llamados
niveles percentiles (bien en dB
como en dBA).
El nivel percentil n, Ln, es el
nivel que se sobrepasa durante
el n% del periodo de medida
Se suelen usar los percentiles L1, L5, L10, L50, L90, L95 y L99
Por ejemplo, si el tiempo de medida son 10 minutos, y L90=80dBA y L10=90dBA, quiere
decir que durante 9 minutos hemos tenido niveles superiores a 80dBA, y que durante 1
minuto hemos tenido niveles superiores a 90dBA. O dicho de otro modo, que durante 8
minutos los niveles han estado entre 80 y 90dBA, lo cual indica un gran nivel de ruido
durante mucho tiempo
Importante
Todos estos índices (nivel Leq, Lmin, Lmax, Ln) admiten ser
evaluados:
-En bandas de octava y tercios de octava
-En nivel global
-En escala no ponderada (dB) y escala ponderada A (dBA)
5.5. El sonómetro
Dependiendo de la sensibilidad y precisión,, se dividen en:
-Tipo 0: Máxima precisión
-Tipo 1: Buena precisión (mínimo exigido)
-Tipo 2: Mala precisión
-Sin calificar
Dependiendo de sus prestaciones, pueden ser:
-Convencionales: Miden niveles instantáneos y suelen dar niveles máximo y mínimo en
un periodo de medida.
-Integradores: Miden niveles instantáneos, y calculan el Leq y los niveles máximo y
mínimo en un periodo de medida.
-Analizadores: Hacen análisis en frecuencia del sonido en octavas y/o tercios de octava
de los niveles medidos.
-Analizadores en tiempo real:. Hacen análisis en frecuencia, a lo largo de todo el
proceso de medida y recogen la historia temporal del sonido.
Sonómetro integrador,
analizador en tiempo real en
octavas y tercios de octavas,
con medición de Leq y
percentiles. Tipo 1
NA-27
Equipo de aislamiento acústico
Sonómetro tipo 1 analizador
Fuente omnidireccional
Tripodes
6. Propagación del sonido
6.1. Propagación en el espacio libre
Espacio libre: La onda no encuentra
obstáculos ni sufre atenuación
Consideremos una fuente puntual que emite por igual en
todas las direcciones (omnidireccional) con una potencia
W (onda esférica). Su intensidad a una distancia R es
W
W
=
I=
S 4π R 2
Ley del inverso de la
distancia
Conclusión
Si la distancia aumenta, la intensidad de la
onda disminuye; Por ejemplo, si la distancia
aumenta el doble, la intensidad se reduce a la
cuarta parte
Relación del nivel sonoro en dos puntos a
distancias R1 y R2 de la fuente
L1 = 10 log
I1
W
W
= 10 log
=
10
log
− 20 log R1
2
I0
4 π R1 I 0
4π I0
L2 = 10 log
I2
W
W
= 10 log
=
10
log
− 20 log R2
2
I0
4 π R2 I 0
4π I 0
Restando
R2
L1 − L 2 = 20 log
R1
R1
L2 = L1 + 20 log
R2
Si se duplica la distancia
(R2=2R1)
En general las fuentes no son ni
puntuales ni omnidireccionales,
sino que emiten con niveles de
potencia diferentes en cada
dirección y en cada frecuencia
El nivel sonoro disminuye 6dB
1
L2 = L1 + 20 log = L1 − 6dB
2
Niveles de presión sonora de un orador en
el espacio libre, en la banda de 2kHz
6.2. Reflexión, transmisión y absorción
Cuando una onda sonora llega a un
obstáculo, su energía acústica Ei se
divide en tres:
REFLEXIÓN: Una onda de energía
Er que vuelve al medio original
TRANSMISION: Una onda que
cruza el obstáculo y aparece al otro
lado, con energía Et
ABSORCION: Parte de la energía,
Ea, es retenida dentro del obstáculo y
convertida en calor por rozamiento
Conservación de la
energía
Ei = Er + Et + Ea
Coeficiente de
reflexión
Er
r=
Ei
Coeficiente de
transmisión
Coeficiente de
absorción
Et
t=
Ei
Ea
α=
Ei
r + t +α = 1
El valor de estos coeficientes
depende de dos factores importantes:
1) Las características físicas y geométricas del obstáculo
(composición del material, detalle constructivo, densidad,
dimensiones del material, etc.)
2) La frecuencia del sonido incidente
En un obstáculo pesado (más peso por unidad de área), la
reflexión es mucho más importante que en un obstáculo
ligero. La transmisión y absorción son menos importantes en
un obstáculo pesado que en uno ligero
6.3. Difracción: Sombras acústicas
Es la habilidad del sonido para rodear un obstáculo
Si el sonido no se difractara, detrás del
obstáculo se produciría una sombra
acústica similar a la sombra óptica. Sin
embargo, la sombra acústica es menor
que la sombra óptica.
¿Por qué ocurre la difracción?
Por que los límites del obstáculo
se convierten en emisores de
nuevas ondas (ondas difractadas)
Conclusión
La difracción es más fuerte a bajas frecuencias (sonidos
graves) que a altas.
Es decir, en las sombras acústicas los sonidos graves se
perciben de forma más importante que los agudos (A este
efecto se le llama coloración del sonido por difracción)
Por tanto, la existencia de un obstáculo entre la fuente y el
receptor atenúa las componentes de alta frecuencia (agudos),
pero no así las de baja frecuencia (graves), que siguen
percibiéndose, a menos que las dimensiones del obstáculo
sean muy grandes
Ejemplos de sobras acústicas: Perjudiciales y beneficiosas
Perjudicial
Zona bajo un palco en la que se
produce una sombra acústica
mayor para altas que para bajas
frecuencias: Malo para la calidad
musical y la inteligibilidad de la
palabra para las personas bajo el
palco
Beneficiosa
Barreras para ruido de tráfico en
urbanizaciones: Deben hacerse
suficientemente altas y largas como para
evitar al máximo la difracción de las bajas
frecuencias
6.4. Reflexión especular y Difusión
La reflexión de una superficie grande, pesada y de un material no poroso
puede ser de dos tipos:
Reflexión especular
Reflexión difusa (o Difusión)
Reflexión especular: Es la que cumple la Ley de Snell (El ángulo
del rayo incidente es igual al ángulo del rayo reflejado)
Se produce si:
Las irregularidades y la textura de la
superficie son mucho más pequeñas que la
longitud de onda del sonido incidente
(superficie lisa)
Reflexión especular en superficie
curva
Reflexión especular en una
superficie convexa: Dispersa
el sonido
Reflexión especular en
una superficie plana
Reflexión especular en
una superficie cóncava:
Concentra el sonido
Efecto creado por superficies cóncavas:
Focalización
Focalización del
sonido (no deseado)
Reflexión difusa: Es la que no cumple la Ley de Snell. El
sonido es reflejado en todas las direcciones
Para que se produzca
Las irregularidades y la textura de la superficie deben
ser del orden de la longitud de onda del sonido
incidente (superficie rugosa)
Efecto producido sobre el sonido por diferentes materiales
La energía reflejada
es mínima
La energía reflejada
es mucho mayor y se
concentra en una
dirección
La energía reflejada es
elevada y se reparte
uniformemente en
todas las direcciones
Techo muy difusor de artesonado; Izquierda: sala Herkulessaal de
Munich; Derecha: Sala Beetthovenhalle de Bonn