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CONCEPTOS BÁSICOS
MASTER EN INGENIERIA ACUSTICA
SONIDO
¿Qué es el sonido? :
Es una onda acústica capaz de producir una sensación auditiva
¿Qué es una onda acústica?
Es la propagación (onda) de una vibración en un determinado medio
material
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Hay ondas acústicas que no son sonidos (Infrasonidos y Ultrasonidos)
1
10
100
1000
Rango Audible
10 000
Frecuencia
[Hz]
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CONCEPTOS BÁSICOS
Nivel de Presión Sonora
140
dB
120
Umbral de Dolor
100
80
Riesgo de Daño
Música
60
Voz
40
20
Umbral
0
20
50
100
200
500
1k
2k
Frecuencia [Hz]
5k
Campo Audible en dB y Frecuencias
10k
20 k
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SONIDO
CUALQUIER VARIACIÓN DE PRESION SOBRE LA PRESION
ATMOSFERICA QUE EL OIDO HUMANO PUEDA DETECTAR:
PROVOCA SENSACIONES PROPIAS DEL SENTIDO DEL OIDO.
Sonido: es la sensación auditiva
producida por una onda acústica.
Cualquier sonido complejo puede
considerarse como resultado de la
adición de varios sonidos
producidos por ondas senoidales
simultáneas
El sonido es una transmisión de energía
NO de masa
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¿Qué es un ruido? ¿Qué diferencia hay entre sonido y ruido?
Es un sonido que produce molestia, es decir, resulta desagradable
GRUPO DE SONIDOS QUE INTERFIERE UNA ACTIVIDAD HUMANA
La diferencia entre sonido y ruido es muy subjetiva
UN SONIDO NO MOLESTO
PUEDE SER PERJUDICIAL
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
ACCION OBJETIVA
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Ruido ambiental: el sonido exterior no deseado o nocivo generado por
las actividades humanas, incluido el ruido emitido por los medios de
transporte, por el tráfico rodado, ferroviario y aéreo y por
emplazamientos de actividades industriales.
Índice de emisión: índice acústico relativo a la contaminación acústica
generada por un emisor
Índice de inmisión: índice acústico relativo a la contaminación
acústica existente en un lugar durante un tiempo determinado.
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FACTORES OBJETIVOS
Molestia: el grado de perturbación que
provoca el ruido o las vibraciones a la
población,
Ensayo acústico: operación técnica basada
en una sistemática de mediciones acústicas,
cuyo objetivo es la determinación de un índice
de valoración acústico.
determinado mediante
encuestas sobre el terreno
mediciones acústicas
Evaluación de un índice acústico.
Evaluación acústica: el resultado de aplicar cualquier método que permita calcular,
predecir, estimar o medir la calidad acústica y los efectos de la contaminación
acústica
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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
La presión sonora nos informa de
Presión
cómo cambia la presión al pasar
la onda, respecto de la que había
antes de pasar
p(x,t)= P(x,t)-P0
Tiempo
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Para medir lo fuerte o débil que es un sonido, se usan diferentes
magnitudes. La primera ya la conocemos, es la PRESIÓN SONORA, p
Presión
A lo largo del tiempo p va variando, es decir p(t)
Tiempo
Unidades S.I.: N/m2= Pa
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VALOR EFICAZ
Viene determinado por la expresión:
Es importante recordar que la energía sonora es proporcional al cuadrado
del valor eficaz de la presión, por lo que la suma de las cantidades de
energía estarán relacionadas con la suma de los cuadrados de las presiones
eficaces.
A partir de ahora, a menos que se exprese lo contrario, el término presión
acústica indica la presión acústica eficaz.
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Parámetros de Nivel Sonoro
p
Pa
T
RMS =
1
x 2 (t )dt
∫
T 0
Tiempo
T
Pico
Pico – Pico
Medio
Medio =
RMS
1
x dt
T ∫0
p
Pa
F. Cresta =
Tiempo
Pico
RMS
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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 0 SPL),
NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (LI)
NIVEL DE POTENCIA SONORA (Lw)
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NIVEL DE PRESIÓN SONORA (Lp 0 SPL),
se define mediante la expresión siguiente:
 p
L p = 10 ⋅ lg 
 p0
2

p
 = 20 ⋅ lg

p0

dB
Siendo
p
p0
presión sonora considerada, [Pa];
presión sonora de referencia, de valor 2·10-5 [Pa].(20µ
µ Pa)
Se sobreentiende que las presiones sonoras se expresan en valores
eficaces o rms, salvo que se diga lo contrario
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La unidad denominada decibelio (décima parte del belio) que viene definida por:
Consecuentemente con lo anterior:
µ Pa
200.000.000
20.000.000
2.000.000
200.000
20.000
2.000
200
20
(dB)
140 (L.Dolor)
120
100
80
60
40
20
0 (Umbral)
El número de divisiones de la escala es mucho más reducido y los
valores de la misma quedan asignados a ruidos usuales de nuestra
vida ordinaria.
CONCEPTOS BÁSICOS
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CONCEPTOS BÁSICOS
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No obstante también posee sus desventajas.
Por ejemplo para dos niveles de ruido cuya diferencia entre ellos es de
solamente 3 dB, podría pensarse que esta diferencia es muy pequeña y
que probablemente carezca de importancia a efectos energía, considerar
uno u otro nivel.
Sea L1 el nivel de presión acústica inicial
Sea L2 el nivel de presión acústica final
Sea L1 – L2 = 3 dB la diferencia entre los dos niveles
Dividiendo miembro a
miembro
CONCEPTOS BÁSICOS
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Vemos pues que el incremento en tres decibelios un nivel sonoro,
equivale a duplicar la energía de la onda.
No debe olvidarse que se están considerando valores eficaces al referirnos
a los niveles de presión acústica. Por ello, para determinar cual es el valor
máximo de la presión acústica deberemos utilizar la relación:
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Suma de niveles de presión acústica
Para sumar dos o más niveles de ruido, podemos adoptar dos
métodos: uno analítico y otro gráfico.
Método analítico
Sean Lp1 = 86 dB
Lp2 = 90 dB
L suma = 91,92 dB
Lp3 = 82 dB
CONCEPTOS BÁSICOS
Método gráfico
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CONCEPTOS BÁSICOS
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Resta de Niveles Sonoros
Algunas veces es necesario restar el ruido de fondo del NPS total. La
corrección para el ruido de fondo puede hacerse restando el ruido de
fondo del nivel de ruido total usando la siguiente ecuación o curva:
Cuando la diferencia entre el
Nivel Total y el Nivel de Ruido
de fondo es inferior a 3 dB se
considera que el ruido de
fondo puede enmascarar al
ruido de nuestro interés
desvirtuando el cálculo a
efectos prácticos.
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CONCEPTOS BÁSICOS
Nivel medio de presión sonora en un recinto, L
Nivel correspondiente al promedio temporal y espacial del cuadrado de la
presión acústica, extendiendo el promediado espacial al interior del recinto
exceptuando las zonas de radiación directa de las fuentes y las próximas a
las paredes, suelo y techo.
Para exploraciones de la presión en n puntos discretos se define mediante
la expresión siguiente:
n
1
Lpi / 10
dB
L = 10 ⋅ lg
10
n
∑
i =1
Siendo: Lpi= nivel de presión sonora medido en el punto i, [dB].
Cuando las diferencias entre los valores componentes son menores que 4 dB,
se puede tomar como nivel medio la media aritmética de los niveles
componentes
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Rango Audible
La sensación sonora del organismo frente a las ondas acústicas
responde a las variaciones de presión o de frecuencia, siendo
sensaciones distintas:
Tono: propio del espectro de frecuencias, de modo que un sonido, en
general, parece más agudo (o más grave) cuanto mayor (o menor)
sea su frecuencia.
Sonoridad: propia de la presión acústica; cuanto mayor sea la
presión, más intenso (o “fuerte”) parece el sonido recibido.
En general, ambas magnitudes están relacionadas, ya que tanto el
tono como la sonoridad dependen del espectro completo en
frecuencias que posea el sonido recibido.
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CONCEPTOS BÁSICOS
Umbrales auditivos. Nivel de sonoridad y sonoridad
La intensidad acústica mínima que el oído puede detectar se denomina
umbral de audición o de audibilidad.
La experiencia confirma que el umbral de audición depende de la frecuencia
del tono puro y del individuo concreto al que se le haga la prueba. Mediante
análisis estadísticos se obtiene la siguiente curva
140
Umbral de Dolor
Nivel de Presión Sonora
dB
120
100
80
Riesgo de Daño
máxima sensibilidad
Música
60
Voz
40
20
Umbral
el umbral asciende
de forma regular
0
20
50
100
200
500
1k
2k
Frecuencia [Hz]
5k
10k
20 k
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Nivel de Sonoridad y Sonoridad
Se pierde sensibilidad en la zona de altas frecuencias con la edad. A una
determinada frecuencia,
Al aumentar la intensidad sonora crece también la sensación de molestia
hasta alcanzar el umbral de molestia alrededor de los 120 dB, el cual es casi
independiente de la frecuencia, pero sí varía según las personas.
Cuando se llega a los 140 dB se produce sensación de dolor, pudiendo
ocasionar daño permanente en la audición si la exposición es prolongada.
Cuando se alcanzan los 160 dB se producen daños inmediatos, irreversibles y
permanentes.
Entre el umbral de audición y el de molestia estarán los sonidos perceptibles
sin causar molestia.
A la capacidad de un sonido de generar una sensación sonora en nuestro
cerebro se le llama Sonoridad
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SONORIDAD
Sensación de percepción de un sonido, su
intensidad dependerá de:
•PECULIARIDADES DEL SISTEMA AUDITIVO
•FACTORES FISICOS:
Nivel de Presión Sonora (20.10-6 a 200 Pa)
Frecuencia de la onda
•FACTORES SUBJETIVOS:
Salud del receptor
Actitud ante el ruido
Ser generador del ruido
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curvas de igual sonoridad
100
130
120
110
100
80
90
80
60
70
60
120
Nivel de
presión
sonora, Lp
(dB ref 20 µPa)
50
40
40
30
20
20
10
0
Fones
20 Hz
100 Hz
1 kHz
Frecuencia
Contornos de Igual Sonoridad para Tonos Puros
10 kHz
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Podríamos concluir diciendo que:
El oído es mucho más sensible a medias y altas frecuencias que a bajas
frecuencias
A niveles bajos de presión el oído es más insensible a bajas frecuencias
A niveles muy altos de presión el oído tiende a responder de una manera
más homogénea en todo el rango de frecuencias
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Niveles acústicos: Medición
Hasta ahora, para medir la magnitud de un sonido, hemos empleado el
Nivel de Presión sonora Lp en DB (llamada escala Lineal)
Este nivel representa una magnitud completamente FISICA y no tiene en
cuenta la sonoridad del sonido.
Es decir no incorpora los aspectos fisiológicos asociados con la
sensibilidad del oído a distintas frecuencias
Para que la medida realizada, sea representativa de la sonoridad asociada
a un sonido, es necesario aplicar las redes de Ponderación
Estas redes de ponderación, son A, B, C, y D
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Lp
(dB)
40
• Contorno
de Igual
20
Sonoridad
de 40 dB
0
normalizad
o a 0 dB a
Lp
1kHz
Contorno de
Igual Sonoridad
de 40 dB
invertido y
comparado con
la curva de
ponderación A
40
20 Hz
100
1 kHz
10 kHz
1 kHz
10 kHz
(dB)
0
-20
40
Ponderación A
-40
20 Hz
100
Contorno de 40 dB y Ponderación A
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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 250 Hz
Lp = 50 dB
LA = 50 – 9 = 41 dBA
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Ponderación espectral A: aproximación con signo menos de la línea
isofónica con un nivel de sonoridad igual a 40 fonios. En el margen de
frecuencias de aplicación de este DB, la curva de ponderación A viene
definida por los valores siguientes:
Tabla A.6 Valores de la curva de ponderación A
Frecuencia
Hz
100
125
160
200
250
315
400
500
630
Curva
de
ponderación dBA
-19,1
-16,1
-13,4
-10,9
-8,6
-6,6
-4,8
-3,2
-1,9
Frecuencia
Hz
800
1000
1250
1600
2000
2500
3150
4000
5000
Curva
de
ponderación dBA
-0,8
0
0,6
1,0
1,2
1,3
1,2
1,0
0,5
La red de ponderación A, Corresponde al valor de nivel de presión acústica en dB, cuya
presión eficaz se ha medido con un aparato equipado con un filtro de ponderación “A”,
según la Norma UNE-20464-90 (CEI-651).
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Lp
D
[dB]
Lin.
0
D
C
B+C
A
-20
A
B
-40
-60
10
20
50
100
200
500
1k
2k
5k
10 k 20 k
Curvas de Ponderación Frecuencial
Frecuencia
[Hz]
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Ejemplo:
Banda frecuencia
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
8000
Valor global
Lp (dB)
96,46
85,53
84,29
78,76
75,7
73,71
68,88
61,17
51,2
97,86
-39
-26
-16
-9
-3
0
1
1
-1
57,46
59,53
68,29
69,76
72,7
73,71
69,88
62,17
50,2
Escala Lineal y ponderada A
120
100
80
60
40
20
0
Lp (dB)
Lp (dBA)
63
12
5
25
0
50
0
10
00
20
00
40
00
80
00
31
,5
0
Lp (dBA)
dB
Corrección dB
HZ
78,55
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La escala A está pensada como atenuación al oído cuando soporta niveles
de presión sonora bajos (<55dB) a las distintas frecuencias.
La escala B representa la atenuación para niveles intermedios (55-85 dB)
y la C para altos (>85 dB).
La D está pensada para muy altos niveles de presión sonora.
El filtro exigido por la Legislación vigente Española y Comunitaria, es
el filtro "A" definido en la norma UNE-20464-90 (CEI-651).
Como puede verse en la figura el filtro A tiene una curva de ponderación con
una forma tal que se aproxima a la inversa de la curva de ponderación de igual
sensación sonora de 40 fonios. Para niveles de 55 dB, se emplea la curva B,
inversa de la curva de 55 fonios, y para niveles superiores a 85 dB, la curva C,
asimismo inversa a la curva de 85 fonios.
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rasgos teóricos para los cuales se deben utilizar las diferentes redes de
ponderación, así como las atenuaciones que presentan para las diferentes
frecuencias.
Frecuencias
(Hz)
Valores prácticos de la respuesta
relativa
Valor
Teórico
Escala A
A
< 55 dB
B
55-85 dB
C
> 85 dB
31.5
-39
-17
-3
-39.4
63
-26
-9
-1
-26.2
125
-16
-4
0
-16.2
250
-9
-1
0
-8.7
500
-3
0
0
-3.3
1000
0
0
0
0
2000
+1
0
0
+1.2
4000
+1
-1
-1
+1.0
8000
-1
-3
-3
-1.1
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100
130
120
110
100
80
90
80
red de ponderación C
60
70
60
red de ponderación B
120
Nivel de
presión
sonora, L p
(dB ref 20 µPa)
50
40
40
30
20
20
10
0
red de ponderación A
Fones
20 Hz
100 Hz
1 kHz
Frecuencia
10 kHz
En efecto, si un sonido de 45 dB y su energía se mide a través de la red de
ponderación A, según cuáles sean sus frecuencias predominantes, se verán
ponderadas ajustándose a la respuesta del oído humano, y obteniéndose con
el instrumento una medida que expresa la sensación sonora.
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Nivel de presión sonora ponderado A, LpA
Nivel que valora un ruido complejo mediante un valor único
empleando la ponderación A
Corresponde al valor de nivel de presión acústica en dB, cuya presión
eficaz se ha medido con un aparato equipado con un filtro de ponderación
“A”, según la Norma UNE-20464-90 (CEI-651).
Para un ruido de espectro conocido, en bandas de tercio de octava o
en bandas de octava, se define mediante la expresión siguiente:
L pA = 10 ⋅ lg
∑
10 (Li + A i ) / 10
dBA
i
Li nivel de presión sonora en la banda de frecuencia i, [dB];
Ai valor de la ponderación A en la banda de frecuencia i, [dBA].
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70
60
50
40
Red P A
Lineal
Red P C
30
20
10
0
31,5
63
125
250
500
1000
2000
4000
Valores en Octava, ponderados A, Lineal y Ponderado C
8000
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MUCHAS GRACIAS
Gracias por su atención, consulte el aula virtual
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LABORATORIO DE INGENIERIA ACUSTICA
DE LA UNIVERSIDAD DE CADIZ
ENTIDAD COLABORADORA DE LA CONSEJERIA DE
MEDIO AMBIENTE Nº REF.: REC 027
AGENTE TECNOLOGICO DE ANDALUCIA
LABORATORIO ENSAYOS ENAC 231/LE/545
ENTIDAD INSPECTORA ENAC 111/EI/205
INSPECCIÓN
Nº 111 / EI 205
Laboratorio de
Universidad de Cádiz
Departamento de Máquinas y motores Térmicos
Campus de Puerto Real : C.A.S.E.M.
Polígono Río San Pedro
11510 Puerto Real
CADIZ
[email protected]
Ingeniería
Acústica
ENSAYOS
Nº 231 / LE 545