MODULO Nº 5

Ambiente Físico

“RUIDO, ERGONOMICAMENTE

CONTROLADO”

Pablo Acuña

Diplomado en Ergonomía

Unidad de Ergonomía-Universidad de Concepción

Tema Pagina

1.- Introducción 3

2.- Conceptos básicos del sonido 3

3.- El Oído 8

4.- Terminología 10

5.- Campos sonoros 17

6.- Evaluación del ruido 17

7.- Control del ruido 21

“RUIDO” ERGONÓMICAMENTE CONTROLADO (Pablo Acuña)

1. INTRODUCCIÓN

A pesar de llevar más de 70 año, realizando estudios científico acerca del ruido y de haber generado alternativas de intervención, el ruido sigue siendo unos de los agentes más incapacitantes que existen. La cantidad de trabajadores que termina su vida laboral, con diferentes niveles de hipoacusia es cada día mayor. En este sentido los responsables de velar por la salud ocupacional de los trabajadores, deben necesariamente realizar una mayor cantidad de esfuerzos para realizar intervenciones a los procesos productivos, de tal forma de lograr resultados más significativos. Para ello, una visión sistémica del problema, con herramientas que la ergonomía entrega, permitirá resolver la problemática básica generadora del problema. Las soluciones no serán sólo abordadas considerando al trabajador a quien intervenir, ni tampoco la fuente generadora del ruido, sino será el cambio de tecnología, planificación y organización del trabajo. Finalmente, esta visión distinta de revisar la problemática que no necesariamente debe ser entregada por los especialistas, permitirá aportar soluciones con la nueva visión de la ergonomía y en consecuencia, hablaremos del ruido ergonómicamente controlado.

2. CONCEPTOS BÁSICOS DEL SONIDO

2.1. Que entendemos por Sonido Se define como sonido a la perturbación que se propaga en un medio elástico produciendo variaciones de presión o vibración de partículas, las que pueden ser percibidas por el oído o detectadas por instrumentos.

Otro término, es el de Rango audible, conocido también como frecuencia, que en forma simple lo podemos dividir en tres grandes grupos, infrasonidos, rango audible y ultrasonido, el rango audible (para el oído de una persona normal) abarca desde los 20 Hz (ciclo por segundos o veces de oscilación de la onda) hasta los 20.000 Hz (20 KHz).

2.2. Onda Es una perturbación que se propaga transportando energía, no materia.

2.3. Clases de Ondas a) Onda Longitudinal

Es aquella en que las partículas oscilan en la misma dirección en que se propaga la onda. Un ejemplo de este tipo de onda, es un resorte, también lo es, una onda de sonido que se propaga en el aire. Las figuras 1. a y b, ilustran respectivamente estos ejemplos.

b) Onda Transversal (Elástica)

Una Onda Transversal es aquella cuando las partículas del medio oscilan en dirección perpendicular a la dirección a la dirección de propagación de la onda.

c) Onda Plana Se entiende como onda plana, cuando existe frente de ondas y estos se propagan como planos paralelos unos respectos a los otros.

rayo

Frente de onda

rayo

Frente de onda

d) Onda Cilíndrica Se entiende que existe una onda cilíndrica cuando los frentes de ondas se propagan en formas de cilindros paralelos,

2r r3r

Área A

Área 2AÁrea 3A

Fuente linealDe potencia W/Longitud

2r r3r

Área A

Área 2AÁrea 3A

Fuente linealDe potencia W/Longitud

e) Ondas esféricas Cuando la ondas se propagan esferas concéntricas, se habla de Ondas esféricas.

f) Onda divergente Una onda divergente es cuando la energía de la onda se distribuye sobre áreas más y más grandes conforme ésta se aparta de la fuente,

g) Onda progresiva Se dice que se tiene una onda progresiva, cuando existe transferencia de energía en la dirección de la propagación de la onda por ejemplo, una onda que se propaga en el aire libre.

h) Onda estacionaria Es aquella producida por la interferencia constructivas de dos o más ondas que van a dar lugar a un patrón de distribución de desplazamiento de partículas, esta condición genera patrones de máximo y mínimos de presión.

2.4. Parámetros de la Onda a) Desplazamiento

La partícula que oscila y define una distancia entre su posición de reposo y posición instantánea, se denomina el desplazamiento.

b) Amplitud El máximo desplazamiento que realiza una partícula en vibración. Para el caso de una onda de presión armónica, la amplitud será la máxima presión en un ciclo.

c) Período (T) Es el tiempo en que se efectua un ciclo completo, esta dado en segundos u otra unida de tiempo .

T

tiempo

desp

laza

mie

nto

T

tiempo

desp

laza

mie

nto

d) Frecuencia (F) Corresponde al número de ciclos por unidad de tiempo, sus unidades son generalmente ciclos por segundos o Hertz y está relacionada con el Período mediante la siguiente expresión:

Tf 1

=

e) Frecuencia Angular (ω)

Esta defina como: fπω 2=

Otra forma está en describir el comportamiento temporal de una onda en función de De su frecuencia angular (ω) tal como se ilustra en la figura a continuación, donde se muestra como se puede generar una sinusoide a partir de un movimiento circular.

φω =t

f) Longitud de Onda (λ)

Es la distancia entre dos máximos o dos mínimos sucesivos. En el caso de una onda plana de sonido, que se propaga en un tubo, se dice que la longitud de onda es la distancia entre dos máximos o dos mínimos sucesivos de presión.

g) Velocidad de Propagación Es la velocidad con la que se propaga una onda en un determinado medio, esta velocidad es constante, siempre que no varíen los condiciones de medio. Para el caso de una onda de sonido que se propaga en el aire, se cumplirá que:

ργ 0Pc = (asumiendo el proceso adiabático)

donde:

v

p

cc

=γ

ϕ π 2π ωt

cp= calor especifico a presión constante cv= calor especifico a volumen constante P0= presión atmosférica ρ=densidad del aire Si se considera al aire como un gas ideal, se puede demostrar que la velocidad de sonido depende sólo de la temperatura absoluta del aire y esta dada por:

2731332 tc +=

considerando: γ=1,4 ρ=1,2 kg/m3

P0=1 Atm = 1,013 x 105 NT/m2 t = temperatura del aire en oC c = velocidad del sonido m/seg. Para fines prácticos se utilizará como la velocidad del sonido en el aire, que es de 340 m/s. Finalmente, la velocidad de propagación de una onda de sonido en el aire está relacionada con la frecuencia y la longitud de onda mediante la siguiente expresión:

fc

=λ

h) Velocidad de partículas Esta velocidad está dada por el cambio del desplazamiento de las partículas del medio respecto del tiempo.

i) Valor Peak Es la máxima amplitud que alcanza la onda en un intervalo del tiempo T.

j) Valor Promedio Se define como

dtaT

AT

prom ∫=0

.1

k) Valor Promedio Se define como

( )dttaT

AT

prom ∫=0

2.

1

3. EL OÍDO

3.1. Mecanismo de la audición El oído consta de 3 partes: El oído externo, el oído medio y el oído interno, tal como lo muestra la siguiente figura. El oído externo, está conformado por el pabellón de la oreja y el canal auditivo. El pabellón de la oreja, es pequeño comparado con las longitudes de onda del sonido, es por este motivo que presenta un efecto direccional pobre. Cabe aclarar que en la percepción de altas frecuencias, la cabeza, el pabellón del oído y el torso tienen importancia. La función del oído externo es recepcionar y canalizar la onda incidente recibida en el tímpano, membrana que esta unida a tres huesecillos, martillo, yunque y estribo, conjunto que conforma el oído medio, es importante mencionar que el oído está comunicado con la cavidad bucal a través de la trompa de Eustaquio, conducto que nos permite igualar la presión que actúa sobre el tímpano. Los tres huesecillos actúan como un acoplador de impedancia (adaptador), entre el oído externo y oído interno, ésta adaptación es necesaria a través de los huesecillos la onda incidente lega al oído interno vía ventana oval, tendrá que propagarse en un medio líquido.

tiempo

Aprom

ArmsA

mpl

itud

Otra función importante que realiza la cadena de huesecillos es la de proteger de daños del oído interno. En presencia de niveles peligrosos de sonido los huesecillos se desvían lateralmente. Finalmente, se encuentra el oído interno conformado por la ventana oval y la coclea. Al vibrar la ventana oval por acción de los huesecillos, hace que la onda de sonido se propague a través del fluido que contiene la coclea, ésta se encuentra dividida en dos partes por la membrana basilar, donde se encuentran distribuidos los sensores del sonido, los que a su vez están conectados a los terminales nerviosos. Estos sensores, son capaces de discriminar las diferentes frecuencias que conforman la onda.

3.2. Enmascaramiento En la vida diaria es muy común que no estemos expuestos a un solo tipo de sonido a la vez sino, a varios simultáneamente. Cuando por ejemplo, nos encontramos hablando con otra persona y de pronto un ruido impide que entendamos con claridad, diremos que el ruido ha enmascarado la conversación. Mucho se ha investigado al respecto, pues las características del sonido enmascarado y que enmascara son muy diversas, a saber: a) Un ruido de banda angosta produce más enmascaramiento que un tono puro de la

misma intensidad y centrado a la misma frecuencia. b) A bajos niveles, el enmascaramiento queda restringido a una banda angosta alrededor

de la frecuencia central, del ruido que enmascara y conforme se incrementa el nivel del ruido que enmascara se incrementará el ancho de banda sobre el cual tiene efecto.

c) El efecto de enmascaramiento no es simétrico alrededor de la frecuencia central del ruido que enmascara. Las frecuencias mayores que la frecuencia central, serán enmascaradas más fácilmente que las frecuencias menores.

3.3. Sonoridad (loudness)

Es de gran interés, saber como responde el oído humano a los diferentes niveles de presión sonora. Se ha experimentado con tonos puros y ruido de distintos ancho de banda, así como en distintos ambientes. La figura que se muestra a continuación, muestra un conjunto de curvas denominado de igual sonoridad, las curvas mostradas actualmente son aceptadas internacionalmente, y expresan desde el punto de vista subjetivo, como varía la sonoridad de un tono puro con la frecuencia. Para su trazado se ajusta la sonoridad de un tono de una determinada frecuencia, hasta que tenga la misma sonoridad que un tono 1000 Hz tomando referencia.

El valor del nivel de presión sonora determinado por la intersección de las curvas con la ordenada que pasa por 1000 Hz se le denomina “PHON” (en idioma ingles). La menor presión que el oído humano puede percibir es de 20µPa, valor que ha sido adoptado como referencia.

PhonPhon

4. TERMINOLOGÍA

4.1. Nivel de Intensidad, Presión y Potencia Acústica La Presión sonora se expresa en Pascales, dinas/cm2 o bares, y la potencia en watts, pero cuando se habla del rango de presiones y de potencia acústica que somos capaces de percibir. Un decibel (dB) es la razón de energía, potencia o intensidad que cumple con la siguiente definición.

101log =R

Para expresar una relación en decibeles (dB), primeramente debemos escoger un valor de referencia y luego aplicar la definición.

referenciadecantidadcantidaddBenNivel log10=

Si se quiere expresar una relación de intensidad en dB, en este se tendrá: 10-12

I

ILo

i log10= Donde: Li = Nivel de intensidad I = intensidad Io = intensidad de referencia (10-12 watts/m2)

La intensidad acústica para una onda progresiva libre es:

cpI

ρ= Donde:

p = presión eficaz

ρ = densidad del medio c = velocidad del sonido

Reemplazando en la definición anterior

oop

ppLρρ

log20log10 2

2

==

donde: ρο es la presión de referencia (20 µPa) Dado que la potencia acústica es otro de los parámetros que se emplea en acústica, se define Nivel de Potencia Acústica Lw como:

ow W

WL log10= Donde: Lw = Nivel de potencia W = potencia Wo = potencia de referencia (10-12 watts)

4.2. Suma de niveles de Presión Sonora

En la vida real se cuenta de varias fuentes actuando en forma simultaneas es por ello que es necesario sumar o restar niveles de presión sonora. Suponga que se tienen dos fuentes de sonido con presiones P1(t) y P2(t) respectivamente en condición de campo libre. ¿Cuál será la presión sonora resultante en un punto en el espacio? PTOTAL(t) = P1(t)+ P2(t) La presión media cuadrática estará dada por:

[ ]∫ +=T

TOTAL dttPtPT

P0

211

2 )()(1

2

2212

12 2 PPPPPTOTAL ++= (1)

Habiendo llegado a este punto es necesario preguntarse. ¿Se obtendrá siempre el mismo resultado sin importar las características de las fuentes?... la respuesta es no; para aclarar esto es conveniente analizar 3 casos: 1) Las dos fuentes nos son coherentes 2) Las dos fuentes son coherentes e interfieren constructivamente 3) Las dos fuentes son coherentes e interfieren destructivamente.

Para el primer caso, se puede considerar que el término P1 P2 se hace igual a cero ( es el caso de dos fuentes radiando ruido) entonces se tendrá que la ecuación (1) quedará reducida a:

2

22

12 PPPTOTAL +=

si P1 =P2 se tendrá que: 2

12 2PPTOTAL =

Se puede ver que la presión media cuadrática se ha duplicado. Por lo tanto expresando la presión en decibeles se tendrá:

dBp

L

pL

pL

oTOTALp

oTOTALp

oTOTALp

3log10

2log10log10

2log10

2

1)(

2

21

)(

2

21

)(

+

=

+

=

=

ρ

ρ

ρ

Se puede ver que en este caso se tiene un incremento de presión de sonora de 3 dB. Para el segundo caso, asumiendo que se mantiene la condición de P1 =P2 se tendrá que:

2121 ppp =

Por lo tanto la ecuación (1) se tendrá que:

21

2 4PpTOTAL = lo cual expresado en decibeles de un incremento de nivel de presión sonora de 6 dB. Finalmente, si se tiene interferencia destructivas, se tendrá que P1 =- P2 por lo tanto:

02 2111

21

2 =+−= PPPPPTOTAL

4.3. Fuentes de Sonido

En acústica muchas veces es necesario conocer las características de la fuente de sonido, por ejemplo, el patrón de radiación de un altavoz a diferentes frecuencias o la radiación de la intensidad acústica emitida por una máquina. A continuación, se definirá distintas tipos de fuentes básicas:

a) Monopolo o Fuente Omnidireccional Si se tiene una esfera pulsante, ésta radiará sonido uniformemente en todas las direcciones del espacio, el patrón de radiación de este tipo de fuente son esferas de igual nivel de presión sonora. Muchas fuentes se comportan por lo menos en primera aproximación como un monopolo o conjunto de monopolos, este es el caso por ejemplo, de un altavoz en su gabinete radiando sonido de baja frecuencia. Es importante conocer cómo disminuye el nivel de presión sonora de la fuente con la distancia. La intensidad acústica emitida por un monopolo radiando en condiciones de campo libre a una distancia será:

24 rWIπ

= Donde: W = es la potencia r = la distancia de la fuente a un punto cualquiera del espacio

Tomando logaritmos y expresando como niveles la ecuación queda:

)4log(10log20 π−−= rLL wp Se puede apreciar que cada vez que se duplica la distancia el nivel de presión sonora disminuirá en 6 dB, estos e conoce, como la ley del inverso de los cuadrados. La figura muestra un monopolo radiando

Amplitud de la

vibración máximo mínimo

b) Dipolo Si un pistón oscila adelante y hacia atrás sobre un eje perpendicular a él su característica direccional será un dipolo. Un ejemplo de este tipo de fuente, es un altavoz sin caja radiando bajas frecuencias. Esta característica se puede lograr también haciendo radiar dos monopolos iguales que estén juntos pero 180° fuera de fase. Un ejemplo de esto último se consigue haciendo radiar dos altavoces en 180° fuera de fase, cada uno de ellos en sus respectivos gabinetes cerrados, colocados lo suficientemente juntos.

c) Factor de Directividad Es una forma de expresar la directividad de una fuente de sonido, y se define como la razón de la intensidad evaluada en un eje a una cierta distancia de una fuente, a la intensidad que produciría una fuente puntual (omnidireccional) de la misma potencia a la misma distancia sobre el mismo eje. El factor de directividad se denota por la letra Q.

refIIQ = Donde:

I = intensidad de la fuente INEF = intensidad de la fuente puntual

d) Factor de Directividad

El factor de Directividad expresado en dB, se define como:

refIIDI log10=

Las direccionalidaes de las fuentes varían en un amplio rango, por ejemplo, una fuente omnidireccional tendrá un factor de direccionalidad igual a 1, mientras que un altavoz tipo bocina tendrá valores mucho más alto tales como 12. La tabla a continuación muestra como varía el factor de directividad y el índice de directividad de una fuente omnidireccional conforme cambia sus condiciones de frontera.

θ

p(r,

Posición de la Fuente Factor de Directividad Índice de Directividad Campo libre 1 0 En una superficie plana 2 3 En la arista de 2 planos 4 6 En el vértice de 3 planos 8 9

4.4. Fenómenos de interacción entre la onda sonora y el medio a) Absorción

Al incidir una onda acústica sobre un material, parte de la energía de la onda será disipada dentro del material debido a pérdidas producidas por rugosidades y porosidades del material. Esta energía se pierde, por ejemplo, en forma de calor.

b) Transmisión Cuando una onda incide sobre una pared, parte de ésta es transmitida hacia el otro lado. La figura ilustra los dos fenómenos indicados

c) Reflexión

Al incidir una onda sobre una superficie una parte de su energía será reflejada y el resto absorbida o transmitida. En acústica al igual que en óptica se tendrá que, todo rayo que incide con un ángulo sobre una superficie reflectora será reflejado con el mismo ángulo (se entenderá por rayo a la recta que sigue la dirección normal a los frentes de onda).

monopolo

Q=1Lp

monopolo

Q=2 Lp +3 dB

monopolo

Q=4 Lp + 6 dB

monopolo

Q= 8 Lp + 9 dB

reflexió

absorció

Transmisión

La figura a continuación, muestra un frente de onda reflejándose en una superficie.

d) Difracción

Cuando una onda que se propaga encuentra un obstáculo en su camino, ésta seguirá propagándose casi como si éste no existiese siempre y cuando la longitud de onda sea grande comparada con las dimensiones del obstáculo, de lo contrario se formará una zona grande de sombra. A continuación se muestra claramente como se construye el nuevo frente de onda.

e) Refracción

Si la densidad del medio en el que se está propagando una onda cambia, cambiará como consecuencia su velocidad de propagación y por lo tanto su dirección, a este fenómeno se le conoce como refracción. Un efecto equivalente al cambio de densidad se produce, si en el medio existe un gradiente de velocidad, esto traerá también como consecuencia un cambio en la velocidad de propagación de la onda y por lo tanto de su dirección.

Refracción del sonido en la atmósfera

Refracción del sonido del sonido debido a la velocidad del viento

f) Eco Es un sonido definido y distinguible que se escucha separado o atrasado como resultado de la reflexión del sonido. Cuando un sonido llega con un trazo de 5 mseg respecto al sonido emitido por la fuente después de haber sido reflejado, decimos que se percibe eco.

g) Reverberación

Es la persistencia del sonido en un ambiente debido a la energía de los modos y de las múltiples reflexiones, la cual decae gradualmente después de que ha cesado de emitir sonido la fuente de excitación.

5. CAMPOS SONOROS 6. EVALUACIÓN DEL RUIDO

6.1. Parámetros usados en la evaluación del Ruido 6.1.1. Nivel de presión sonora ponderado (LpA)

Ya hemos visto que el oído no tiene una respuesta de frecuencia plana, por lo tanto, cuando se quiere evaluar el nivel total de un determinado ruido generalmente, será necesario ponderar la respuesta de frecuencia del instrumento usado (por ejemplo, un sonómetro). Inicialmente, se definieron las ponderaciones (A), (B) y (C) estas, se usaban de acuerdo al nivel del ruido que se quería evaluar. Las ponderaciones anteriormente mencionadas se pueden conseguir mediante el uso de filtros, cuyas respuestas de frecuencia siguen

aproximadamente las curvas de igual sonoridad invertidas de 40, 70 y 100 phons respectivamente. Hoy solo se usa la ponderación (A), pues se ha visto que existe uno buena correlación entre los resultados medidos y las apreciaciones subjetivas. Cuando tal ponderación se usa, el nivel de presión sonora se denota por LpA y se calcula mediante la expresión

dBPP

L ApA

2

0

log10

=

Donde: PA = es la presión eficaz evaluada con ponderación (A) P0 = 20 µPa

Cabe mencionar que la ponderación (C) aún se incluye en los sonómetros más complejos. Posteriormente, apareció la ponderación (D) usada para evaluar el ruido de aviones, ésta ponderación también está fuera de uso. La siguiente figura, muestra las respuestas de frecuencia del los filtros A, B, C y D.

6.1.2. Nivel de presión Sonora Equivalente continuo (Leq,T) Corresponde al nivel de presión sonora continuo, que tendría la misma energía sonora total, que el ruido real fluctuante evaluado en el mismo periodo de tiempo. En la figura se muestra este concepto.

La medición del (Leq,T) se basa en el principio de igual energía, y se calcula mediante la siguiente expresión:

dtPtP

TL

T

Teq

2

0 0,

)(1log10 ∫

=

Donde: P(t) = es la presión sonora instantánea P0 = 20 µPa T = es el período durante el cual se hace la medición

6.1.3. Nivel de presión Sonora Equivalente Continuo con ponderación A (LAeq,T) Es el valor del nivel de presión sonora continuo con ponderación A, que produciría la misma energía sonora ponderada en A, que un ruido fluctuante evaluado durante un período de tiempo determinado se define según la norma IEC 804 como:

dtPtP

TL

TA

TAeq

2

0 0,

)(1log10 ∫

=

Donde: PA(t)= es la presión sonora instantánea con ponderación A P0 = 20 µPa T = es el período durante el cual se hace la medición

Si se tienen lecturas discretas de niveles en dB evaluados con ponderación (A) durante intervalos iguales de tiempo. Se puede calcular el valor LAeq,T mediante la siguiente expresión:

10

1, 101log10

pAiLN

iTAeq N

L ∑=

= Donde: LpAi = es el nivel de presión sonora evaluado con ponderación (A) en cada intervalo de tiempo. N = es el número de mediciones

Para distintos intervalos de tiempo la formula anterior puede escribirse como:

∑

∑

=

== N

ii

N

i

L

i

TAeq

t

tL

pAi

1

1

10

,

10log10

Donde: LpAi = es el nivel de presión sonora evaluado con ponderación (A) en cada intervalo de tiempo. ti = son los intervalos de tiempo i = 1, 2, 3,…., N

A continuación, se indicará un ejemplo de niveles de presión sonora durante distintos tiempos intervalos de tiempo.

10

20

30

40

50

60

70

80

0

4 8 10 Tiempo (min)

dBLp

10

20

30

40

50

60

70

80

0

4 8 10 Tiempo (min)

dBLp

LAeq,T= 66 dB

Desarrollando la expresión anterior se tendrá para este caso:

++++

=321

103

102

101

,

321

101010log10

tttttt

L

pApApA LLL

TAeq

++

×+×+×=

244102104104log10

375

,TAeqL

LAeq,T = 66,06 dB

7. CONTROL DEL RUIDO

7.1. Características Acústicas Fundamentales de un recinto Antes de tocar el tema referente a las medidas para controlar el ruido, es necesario introducir algunos conceptos básicos de acústica arquitectónica.

7.1.1 Tiempo de Reverberación Es el tiempo necesario expresando en segundos, para que el nivel de presión sonora presente en un recinto, decaiga 60 dB después de que la fuente ha cesado de emitir sonido. Para el cálculo del tiempo de reverberación existen diversas fórmulas, éstas fueron deducidas tomando en cuenta la influencia de distintas parámetros. En la práctica, estas fórmulas se usan de acuerdo a las condiciones que se tenga y al grado de precisión que se desee:

Tiempo de reverberación según Sabine A comienzo del siglo XX, W.C. Sabine dedujo experimentalmente la siguiente expresión para el cálculo del tiempo de reverberación.

AVT 161,060 =

Donde: T60 = tiempo de reverberación V = Volumen de la sala m3 A = Abrsorción total de la sala en m2 0,161 es una constante de proporcionalidad en el sistema MKS

7.1.2 Distribución del Nivel de Presión Sonora en un Recinto Cuando una fuente omnidireccional radía en condiciones de campo libre se cumplirá que, cada vez que se duplique la distancia entre la fuente y el punto de medida, el nivel de presión sonora disminuirá en 6 dB. Esto se conoce como ley del Inverso de los Cuadrados.

Ahora, si bien es cierto que la ley anterior es de suma importancia en la práctica, serán muchos los casos en los que la fuente de sonido estará encerrada en un cuarto. En estos casos, se puede dividir el campo de sonido creado por la interacción de la fuente con el cuarto en dos partes, campo cercano y campo lejano, este último a su vez puede ser subdividido en dos, campo libre y campo difuso, como se muestra en la siguiente figura.

Normalmente, se tratará de evitar mediciones de presión sonora en el campo cercano pues en esa zona, la intensidad acústica y los otros parámetros físicos tales como la presión y la velocidad de partículas no se relacionan en forma simple. En la zona denominada campo libre se tendrá que una onda de sonido se propaga tal como lo haría en condiciones de aire libre (sin fronteras). Finalmente, se denomina campo reverberante a la zona en la cual la energía sonora presente se debe fundamentalmente a las múltiples reflexiones. Tal como se muestra en la figura anterior, como en el campo cercano y reverberante el nivel de presión sonora se aleja de la ley del inverso sede los cuadrados, en la práctica, esto puede ser beneficioso, si mediante el diseño se controla correctamente este efecto, este es el caso por ejemplo de los teatros. Pero si hablamos de plantas industriales, normalmente este efecto será algo perjudicial pues incrementará el nivel de presión sonora en un puntos alejados de la máquina, lógicamente no se podrá lograr condiciones de campo libre pero si se debe evitar el diseñar un ambiente que sea demasiado reverberante. Matemáticamente, el nivel de presión sonora producido por una fuente omnidireccional que radía en un recinto con coeficiente de absorción promedio α , esta dada por:

++=Rr

LL wp4

41log 2π

Donde: Lp = Nivel de presión sonora en el punto de

medida Lw = Nivel de potencia acústica de la fuente r = representa la distancia entre la fuente y el punto donde se calcula el Lp

αα

−⋅

=1SR Siendo α el coeficiente de absorción promedio y S la superficie total del

cuarto. A este perámetro se le conoce como “La constante de la habitación”. En general para una fuente con factor de directividad Q se tendrá que:

++=Rr

QLL wp4

4log10 2π

7.1.3. Materiales Absorbente

Son materiales que tiene la propiedad de absorber parcialmente la energía presente en una onda, cuando ésta incide sobre ellos. En la práctica, estos materiales tienen muchas aplicaciones, por ejemplo, se usan para controlar el tiempo de reverberación de un ambiente, disminuir la energía de una onda reflejada que produce eco. Es importante tener presente al momento de diseñar un ambiente con prioridad acústica, que todo objeto dentro de él absorberá algo de energía y por lo tanto deberá ser tomados en cuenta. La capacidad de tienen estos materiales de absorber energía, se especifica a través de su coeficiente de absorción el cual es función de la frecuencia. El coeficiente de absorción se define como

IncidenteSonidodeEnergíaAbsorbidaSonidodeEnergía

=α

7.2. Aislamiento de ruido

Es frecuente encontrar en la práctica situaciones que exigen un buen diseño del aislamiento de ruido, este es el caso de salas de control en plantas industriales muy ruidosas, estudios de grabación, teatros, etc. Es importante incluir las consideraciones acústicas necesarias para el control de ruido al momento de diseñar un local pues generalmente, una vez terminada la obra resulta costoso dar solución a problemas de aislamiento de ruido. A continuación, se mostrará en forma simple como se puede abordar este problema.

7.2.1. Factor de reduccipon de ruido (NR) o nivel de diferencia (D):

Para dos habitaciones como se muestra en la figura se define como: D = L1 – L2

Donde L1 es el nivel de presión sonora promedio en la habitación con fuente de ruido L2 es el nivel de presión sonora promedio de la habitación receptora.

7.2.2. Pérdida por transmisión (TL) o Índice de reducción de ruido (R) Para las mismas condiciones que mostradas en la figura anterior, se define como:

2

1log10WW

R =

La expresión anterior se puede escribir como:

ASDR log10+=

Donde S = es la superficie de la pared que separa las habitaciones A = es la absorción total de la habitación receptadora.

7.2.3. Ley de Masa

Cuando un frente de onda incide sobre una pared con un ángulo θ, parte de su energía es disipada y parte transmitida.

( )

+≈

2

cos2

1log10 θρ

ωρθ

cR s

donde: ω =es la frecuencia angular de la onda incidente, rad/seg. ρs =ρm t que representa la densidad superficial de la placa, kg/m2 ρm = Densidad del material, kg/m3 t = espesor de la placa, m ρ = densidad del aire, kg/m3

Hab.Fuente

Lp1

Lw1

Lp2

Lw2

Hab.Receptor

Pareddivisoria

S

Hab.Fuente

Lp1

Lw1

Lp2

Lw2

Hab.Receptor

Pareddivisoria

S

c = velocidad del sonido en el aire, m/seg. θ = ángulo de incidencia Para el caso de incidencia normal θ = 0, la expresión queda:

( )

+=

2

21log10

cR s

ρωρ

θ dB

Para el caso de incidencia normal se tendrá que cada vez que se duplique la masa se incrementará la pérdida por transmisión en 6 dB en el incidencia aleatoria el incremento será menor.

7.3. Criterios para el control de ruido La definición de determinar un nivel de ruido aceptable para un ambiente está de acuerdo a dos criterios; el primero dado por Leo Beranek, el cual desarrollo las curvas NC y la segunda, las curvas NR adoptadas por ISO. Aunque actualmente ambas curvas se usan para recomendar niveles aceptables en una variedad de ambientes, hay que tener presente que su uso está limitado a determinado tipo de ruido.