26/03/2014 Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Rosario Dpto. de Ingeniería Civil Instalaciones Eléctricas y Acústica TEMA: ACUSTICA Fecha: Marzo 2014 Versión: 4 Ing. Alfredo Castro Ing. Marcos S. Juzefiszyn NATURALEZA DEL SONIDO 1 26/03/2014 NATURALEZA DEL SONIDO DEFINICION DE SONIDO: ES TODA AQUELLA VIBRACIÓN ACÚSTICA QUE SE TRANSMITE A TRAVÉS DE UN MEDIO ELÁSTICO (AIRE) POR MEDIO DE UN MOVIMIENTO ONDULATORIO Y QUE ES CAPAZ DE PRODUCIR UNA SENSACIÓN AUDIBLE. DEFINICION DE RUIDO: * ES TODO AQUEL SONIDO INDESEADO Y DESAGRADABLE. * SONIDO INARTICULADO Y CONFUSO MÁS O MENOS FUERTE. * TODO SONIDO QUE INTERFIERA O IMPIDA ALGUNA ACTIVIDAD HUMANA. * “SONIDO ES LO QUE HAGO YO, Y RUIDO LO PRODUCIDO POR MI VECINO” (definición subjetiva. Profesor Raes) CARACTERIZACION DEL RUIDO PRESION Unidad = pascal, bares, dinas, etc Es producto de la propia propagación del sonido La energía provocada por las ondas sonoras genera un movimiento ondulatorio de las partículas del medio en que se encuentre, provocando la variación alterna de la presión estática del dicho medio. Para el caso del aire, dicha variación se refiere a un cambio en la presión atmosférica. 2 26/03/2014 CARACTERIZACION DEL RUIDO INTENSIDAD Grado de energía de la Onda Sonora Unidad de Presión: PHON (W/m2) I = A2 2 d v I = INTENSIDAD A = PRESION ONDA SONORA (medible con instrumentos) d = DENSIDAD DEL MEDIO EN EL QUE SE PROPAGA V = VELOCIDAD DE LA ONDA SONORA EN EL MEDIO Se demuestra que la mínima intensidad que percibe el oído humano es 10-16 W/cm2 Y de la misma manera, la máxima intensidad que percibe el oído humando es 10-4 W/cm2 CARACTERIZACION DEL RUIDO INTENSIDAD Debido a que el rango de cuantificación acústica es muy elevado en estas unidades (de 10-16 a 10-4 W/cm2), la operatividad y comprensibilidad de los valores es baja, se ha optado por crear una nueva unidad denominada decibelio (dB) El dB es una unidad adimensional, logarítmica y relativa, que expresa la diferencia entre dos niveles de intensidad, y que es igual a 10 veces el logaritmo decimal de la relación entre una cantidad dada y otra que se toma como referencia Se da en forma de relación ya que un individuo puede identificar la intensidad de dos sonidos, comparándolos entre si mientras que se le hace difícil indicar el nivel de intensidad de un solo sonido I NIS(dB) 10log dada I0 NIVEL DE INTENSIDAD SONORA IO = 10-16 W/cm2 3 26/03/2014 CARACTERIZACION DEL RUIDO Valoración subjetiva a diferentes niveles de presion acústica (dB) 10-4 W/cm2 10-16 W/cm2 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 UMBRAL DEL DOLOR COMUNICACIÓN CASI IMPOSIBLE HAY QUE GRITAR COMUNICACIÓN POSIBLE COMUNICACIÓN FACIL UMBRAL DE LA AUDICION El oido humano es capaz de detectar variaciones de presión acústica comprendidas entre los 0 y los 140 dB. A niveles del orden de 150 – 160 dB existe riesgo de estallido del tímpano CARACTERIZACION DEL RUIDO FRECUENCIA (f) Número de vibraciones que tienen lugar en un segundo, y que nos dan lugar al tono (grave= baja; agudo= alta) Unidad: ciclos por segundo ó Hz El oído humano tan solo es capaz de percibir frecuencias comprendidas entre los 20 y 20.000 Hz (rango audible). Por debajo o por encima de este rango, nos encontramos ante la zona de los INFRASONIDOS y la de los ULTRASONIDOS, respectivamente 4 26/03/2014 CARACTERIZACION DEL RUIDO FRECUENCIA (f) CARACTERIZACION DEL RUIDO FRECUENCIA (f) HAY UNA SERIE DE “FRECUENCIAS NORMALIZADAS” PARA LAS CUALES SE REALIZAN TODOS LOS ESTUDIOS. EN NUESTRO PAIS ESTAN DEFINIDAS EN LA NORMA IRAM 406. ES DE PRACTICA COMUN GRAFICAR LAS FRECUENCIAS EN ESCALA LOGARITMICA. 5 26/03/2014 CARACTERIZACION DEL RUIDO PERIODO (P) Intervalo de tiempo en el que una partícula perturbada realiza una oscilación completa. Se expresa en segundos. T = 1 2 π . f AMPLITUD (A) Es la máxima separación de las partículas perturbadas respecto de su posición de equilibrio. LONGITUD DE ONDA (L) Es la distancia recorrida por la perturbación en un tiempo igual a un periodo. CARACTERIZACION DEL RUIDO VELOCIDAD DE PROPAGACION (V) Es la velocidad con que se transmite la perturbación V = L P = f . L VELOCIDAD DEL SONIDO (C) Es una constante para un medio dado C = f . L Para aire C = 340 m/seg 6 26/03/2014 ACUSTICA ARQUITECTONICA ACUSTICA ARQUITECTONICA ESTUDIO DE 2 PROBLEMAS PRINCIPALES AISLACION DE RUIDOS (ó AISLACION SONORA) Disminución ingreso de ruido (ruido exterior) Ruidos Aéreos Impacto TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL Controlar ruidos ambientales (ruido interior) Coeficientes absorción de distintos materiales Tiempo de reverberación 7 26/03/2014 ENERGIA SONORA AL AIRE LIBRE ENERGIA SONORA AL AIRE LIBRE SI LA FUENTE ES OMNIDIRECCIONAL, EL SONIDO SE EXTIENDE COMO UNA ONDA CONTINUA EN TODAS DIRECCIONES. COMO ESTA POTENCIA SONORA SE EXTIENDE EN UN AREA CADA VEZ MAYOR, LA INTENSIDAD SONORA VA DISMINUYENDO A MEDIDA QUE NOS ALEJAMOS DE DICHA FUENTE. SE DEMUESTRA QUE EL NIVEL 68Db 74Db 80Db DE INTENSIDAD SONORO DISMINUYE 6Db CADA VEZ QUE SE DUPLICA LA DISTANCIA 1m 2m 4m 8 26/03/2014 ENERGIA SONORA DENTRO DE LOS LOCALES ENERGIA SONORA DENTRO DE LOS LOCALES 9 26/03/2014 ENERGIA SONORA DENTRO DE LOS LOCALES ENTRE LAS CONDICIONES DEL LOCAL MENCIONAMOS: 1) LAS PROPIEDADES DE REFLEXION DE LOS CERRAMIENTOS. 2) LA CONFIGURACION FORMAL DEL LOCAL. 3) LA UNIFORMIDAD EN LA DISTRIBUCION DE MATERIALES. AISLACION DE RUIDOS 1) EL OBJETIVO ES DISMINUIR EL INGRESO HACIA UN RECINTO, DE RUIDOS PROVENIENTES DESDE EL EXTERIOR. 2) SE ANALIZARAN LAS PARTES QUE SEPARAN AL RECINDO DE LAS FUENTES PRODUCTORAS DE RUIDO. 10 26/03/2014 AISLACION DE RUIDOS RUIDOS AEREOS 1) SE EMITEN Y SE PROPAGAN EN EL AIRE 2) LA ONDA SONORA CHOCA CONTRA UNA PARED, ESTA VIBRA Y HACE QUE PARTE DEL SONIDO PASE AL OTRO LADO. 3) CUANTO MAS PESADO (MAYOR MASA) TENGA EL MURO, MAYOR SERA LA DIFICULTAD PARA VIBRAR, Y POR LO TANTO TRANSMITIRA UNA MENOR ENERGIA SONORA. 4) RESUMEN: MATERIAL MAS PESADO, MAS AISLANTE. 5) EL TRATAMIENTO SUPERFICIAL DEL MATERIAL TIENE MENOR INCIDENCIA, SE DESPRECIA EN LO QUE RESPECTA AL ALCANCE DE ESTA CATEDRA. AISLACION DE RUIDOS RUIDOS DE IMPACTO 1) SE TRANSMITEN POR LOS SÓLIDOS QUE COMPONEN UN EDIFICIO. 2) EJ. TACOS, VIBRACIONES DE MAQUINAS, GOLPE ARIETE CAÑERIAS, ETC. 3) SI INFLUYE EL TRATAMIENTO SUPERFICIAL DE LOS MATERIALES 4) ESTOS RUIDOS PUEDEN ATENUARSE EJERCIENDO UN CONTROL SOBRE LA FUENTE. 5) PROBLEMA COMUN: AISLACION DE LOSAS EN EDIFICIOS DE ALTURA. 11 26/03/2014 AISLACION DE RUIDOS INDICES DE REDUCCION SONORA R ES UN INDICE DE REDUCCION SONORA EN FUNCION A LA FRECUENCIA. W1 R(dB) 10log W 2 W1 POTENCIA SONORA QUE IMPACTA SOBRE EL MURO BAJO ESTUDIO W2 POTENCIA TRANSMITIDA STC ó RW ES UN INDICE COMPENSADO DE REDUCCION SONORA. ES UNA CARACTERISTICA PROMEDIO PARA VARIAS FRECUENCIAS. 12 26/03/2014 AISLACION DE RUIDOS EJEMPLO: MURO: LADRILLOS CERAMICOS HUECOS ESP 10cm LIVING =65 Db DORMITORIO =? DE TABLA ANTERIOR: Rw =35Db 2 = 1 – Rw = 65Db‐35Db=30Db 13 26/03/2014 AISLACION DE RUIDOS INDICES DE REDUCCION SONORA PARA MATERIALES COMPUESTOS R1-R2 R1 -R S1-S2 S1 = SUPERFICIE ELEMENTO MAS AISLANTE S2 = SUPERFICIE ELEMENTO MENOS AISLANTE R1 = INDICE DE REDUCCION ELEMENTO MAS AISLANTE R2 = INDICE REDUCCION ELEMENTO MENOS AISLANTE R = INDICE DE REDUCCION RESULTANTE TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL 1) CUANDO EN UN LOCAL TENEMOS UNA FUENTE DE SONIDO, LAS ONDAS SONORAS PRODUCIDAS IMPACTARAN SOBRE PAREDES, CIELORRASO Y PISO, SIENDO EN PARTE ABSORBIDAS Y EN PARTE REFLEJADAS POR LA SUPERFICIE SOBRE LA QUE CHOCAN. 2) SUPERFICIES LISAS: LAS ONDAS REBOTAN FACILMENTE SUPERFICIES DIFICULTAD RUGOSAS: LAS ONDAS REBOTAN CON 3) EL NIVEL SONORO EN EL LOCAL SE DEBERA A LA SUPERPOSICION DEL SONIDO EMITIDO POR LA FUENTE MAS EL REFLEJADO POR PAREDES, PISOS Y CIELORRASO 14 26/03/2014 TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL 4) EN UN AMBIENTE VACIO CON PAREDES LISAS (MUY REFLECTIVAS) ESCUCHAREMOS QUE EL SONIDO PERMANECE POR UN TIEMPO MAS PROLONGADO QUE EN UN AMBIENTE CON MUCHOS MUEBLES, CORTINAS, PRESENCIA DE PERSONAS, ETC. TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL ABSORBENTES • MATERIALES ESPECIALMENTE FORMULADOS PARA TENER UNA ELEVADA ABSORCIÓN SONORA. • LA ABSORCIÓN AUMENTA CON SU ESPESOR Y CON LA DENSIDAD. • TABLA CON VALORES DE EN FUNCIÓN DE LA FRECUENCIA. • MÁS ABSORCIÓN SI MÁS FRECUENCIA, PUES SU LONGITUD DE ONDA ES PEQUEÑA Y COMPARABLE CON LAS IRREGULARIDADES DE LA SUPERFICIE. • MATERIALES: ESPUMAS DE POLIURETANO, LANA DE VIDRIO (SE DENOMINAN TRAMPAS DE SONIDO) 15 26/03/2014 TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL COEFICIENTE DE ABSORCION α • CUANDO LA ONDA SONORA INCIDE SOBRE LA SUPERFICIE, PARTE DE ELLA ES ABSORBIDA Y PARTE ES DEVUELTA AL MEDIO. LA RELACION ENTRE LA ENERGIA ABSORBIDA Y LA ENERGIA INCIDENTE SE DEFINE COMO COEFICIENTE DE ABSORCION . • EL VALOR DE VARIA ENTRE 0 Y 1, CONSIDERANDOSE QUE LOS MATERIALES CON VALORES CERCANOS A 0 SON POCO ABORSBENTES Y VICEVERSA. • DADO UN MISMO MATERIAL, LOS VALORES DE , DIFIEREN PARA DISTINTAS FRECUENCIAS 16 26/03/2014 TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL ABSORCION DE UNA SUPERFICIE A = S. α TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL ABSORCION DE UNA SUPERFICIE DONDE: A = ABSORCION EN UMA. S = SUPERFICIE EXPUESTA EN m2. α = COEFICIENTE DE ABSORCION UMA ES LA UNIDAD METRICA DE ABSORCION Y ES EQUIVALENTE A UNA SUPERFICIE UNITARIA EN VENTANA ABIERTA DE m2 17 26/03/2014 TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL COEFICIENTE DE ABSORCION MEDIO α α = S1 α1 + S2 α2 +…….. + Sn αn S1 + S2 + S3 +….. + Sn TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL • REVERBERACIÓN LA PERMANENCIA DEL SONIDO DESPUÉS DE INTERRUMPIDA LA FUENTE (REFLEXIONES DE LAS REFLEXIONES) DA LUGAR A UNA SITUACIÓN DE REVERBERACIÓN. • TIEMPO DE REVERBERACIÓN (T) SABIENDO QUE POR CADA REFLEXIÓN PARTE ES ABSORBIDA (Y TRANSFORMA EN FORMA DE CALOR) Y PARTE ES REFLEJADA, EL TIEMPO DE REVERBERACIÓN ES EL TIEMPO QUE TARDA LA MISMA EN EXTINGUIRSE. TÉCNICAMENTE, ES EL TIEMPO QUE TARDA EN BAJAR DE 60DB RESPECTO A SU VALOR INICIAL. 18 26/03/2014 TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL • SI LAS SUPERFICIES SON MUY REFLECTORAS, T SERÁ MUY GRANDE; SI SON MUY ABSORBENTES, T SERÁ PEQUEÑA. • FÓRMULA DE SABINE: T = 0.161 ∙ V/ i∙Ai V = ES EL VOLUMEN DE LA HABITACIÓN = COEFICIENTE DE ABSORCION DE CADA MURO Α = AREA DE CADA MURO TRATADO. • COMO EL COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEPENDE DE LA FRECUENCIA, T TAMBIÉN. TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL TIEMPO DE REVERBERACIÓN ÓPTIMO • PARA CADA FINALIDAD EXISTE UN TIEMPO DE REVERBERACIÓN ÓPTIMO, QUE AUMENTA AL AUMENTAR EL VOLUMEN DE UNA SALA. • PALABRA REQUIERE T BAJO, SINO SERÍAN ININTELIGIBLES. (EJ. AULAS, TEATROS, VALORES PRÓXIMOS O MENORES A 1 seg.) • MÚSICA REQUIERE T ALTO, DISIMULA IMPERFECCIONES DE EJECUCIÓN. (EJ. SALA DE MUSICA, VALORES PROXIMOS O SUPERIORES A 2 seg.) 19 26/03/2014 TRATAMIENTO ACUSTICO AMBIENTAL ADICION DE SONIDO 20 26/03/2014 I1 I0 I2 I0 R1 = 10 log R2 = 10 log R1 10 = log antilog I1 = I0 antilog R1 10 R1 10 [dB] (a) [dB] (b) I1 I0 = I1 I0 [w/cm2] R2 [w/cm2] 10 I1 + I2 = I0 ( antilog R1 + antilog R2 10 10 I2 = I0 antilog ) [w/cm2] 21 26/03/2014 RTOTAL = 10 log10 I0 ( antilog R1 I0 + antilog R2 I0 I0 ( antilog RTOTAL = 10 log R1 10 + antilog R2 10 ) [dB] ) [dB] SUPONGAMOS DOS RUIDOS R1 = 35 dB R2 = 40 dB RTOTAL antilog R1 10 antilog R2 10 = = antilog 3,5 = 3.150 = antilog 4,0 = 10 log 13.150 10.000 13.150 = 10 x 4,12 = 41,2 dB 22 26/03/2014 R1 SEA EL NIVEL DE SONIDO DE UNA FUENTE EN dB R2 SEA EL NIVEL DE SONIDO DE OTRA FUENTE EN dB Y QUE SEA R1 > R2 , ENTONCES ES POSIBLE CALCULAR LA DIFERENCIA R1 – R2 = DIF. [dB]. ENTRANDO AL NOMOGRAMA CON EL VALOR DIF. [dB], AGREGAR AL NIVEL MAYOR PARA OBTENER RTOTAL. SEAN: R1 = 35 dB R2 = 40 dB DIF = R1 ‐ R2 = 40 ‐ 35 Db = 5 dB ENTRANDO AL NOMOGRAMA POR DIF=5 Db, ENCONTRAMOS QUE CORRESPONDE AR = 1,2 Db AGREGAR AL MAYOR DE LOS RUIDOS, ENTONCES: RTOTAL = R1 + AR = 40 + 1,2 Db = 41,2 Db, COINCIDENTE CON VALOR OBTENIDO EN EL EJEMPLO ANTERIOR. 23 26/03/2014 SEAN: R1 = R2 = 60 dB DIF = 0dB, CORRESPONDE AR = 3 dB, RTOTAL = 60 Db + 3 Db = 63 dB ES INTERESANTE DESTACAR QUE CUANDO SE ADICIONAN DOS SONIDOS DEL MISMO NIVEL, EL TOTAL SE OBTIENE SUMANDO 3dB AL SONIDO GENERADO POR CUALQUIERA DE LAS FUENTES. SI R1 = R2 RTOTAL = 10 log (2. antilog R1 ), QUE PUEDE ESCRIBIRSE 10 RTOTAL = 10 [ log 2 + log ( antilog R1 )] = 10 log 2 + R 1 10 PERO: log 2 = 0,3 10 log 2 = 3 dB RTOTAL = R1 + 3 dB 24 26/03/2014 BIBLIOGRAFIA Y FUENTES • 628.517 B29 EL RUIDO Y SU CONTROL • 699.8 P298 AISLAMIENTO TERMICO Y ACUSTICO • 534 B526 ACUSTICA • 534 R294 INGENIERIA ACUSTICA • http://www.lapastoriza.com 25