SC ice 222

MINI CAMARA ANECOICA
INDICE
1. INTRODUCCION………………………………………………………………………..3
2. OBJETIVO……………………………………………………………………………….5
3. ANTECEDENTES……………………………………………………………………….5
4. MARCO TEÓRICO………………………………………………………………………6
4.1.
CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO……………………………………………6
4.2.
AISLAMIENTO ACÚSTICO……………………………………………………17
4.2.1 INDICES DESCRIPTIVOS DEL AISLAMIENTO ACÚSTICO…………...21
4.3.
ACONDICIONAMIENTO ACÚSTICO…………………………………………22
4.4.
MATERIALES ABSORBENTES………………………………………………..24
4.4.1 TIPOS DE MATERIALES EN CUANTO SU ABSORCIÓN……………….27
4.4.2 COEFICIENTE DE ABSORCIÓN…………………………………………..34
5.
CAMARA ANECÓICA………………………………………………………………….35
5.1.
5.2.
TIPOS DE CÁMARAS ANECOICAS……………………………………………36
5.1.1.
CÁMARA ANECÓICA…………………………………………………..36
5.1.2.
CÁMARA SEMIANECOICA……………………………………………37
REQUERIMIENTOS DE LAS CÁMARAS ANECÓICAS……………………..39
5.2.1.
ELEMENTOS ABSORBENTES UTILIZADOS………………………...40
5.2.2.
AISLAMINETO EN CÁMARAS……………………………………...…44
5.2.2.1.
TRANSMISIÓN DEL SONIDO VIA AREA…………………….44
5.2.2.2.
AISLAMIENTO AL RUIDO AÉREO……………………………44
5.2.2.3.
LEY DE MASAS………………………………………………….45
5.2.2.4.
AISLAMIENTO A LAS VIBRACIONES………………………..52
5.2.2.5.
AISLAMIENTO DE LAS PUERTAS…………………………….53
5.2.2.6.
AISLAMIENTO DEL PISO………………………………………54
5.2.2.7.
AISLAMIENTO EN LA VENTILACIÓN………………………..56
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MINI CAMARA ANECOICA
6. DISEÑO DE UNA MINI CAMARA ANECOICA………………………………………57
6.1 DIMENSIONES MINIMAS DE LA CAMARA ANECOICA……………………....63
7. NORMATIVIDAD RELACIONADA……………………………………………………65
8. RESULTADOS EXPERIMENTALES…………………………………………………...74
9. CONCLUSIONES………………………………………………………………………...83
10. BIBLIOGRAFÍA………………………………………………………………………….85
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MINI CAMARA ANECOICA
1. INTRODUCCION
Una cámara anecóica es una sala especialmente diseñada para absorber el sonido que incide
sobre las paredes, el suelo y el techo de la misma cámara, anulando los efectos de eco y
reverberación del sonido, es decir, simula condiciones de campo libre.
El sonido es en realidad una onda que transmite energía mecánica a través de un medio material
como un gas, un líquido o un objeto sólido. De este modo, cuando una onda de sonido incide
sobre una superficie se da un efecto de reflexión, que devuelve la onda sonora; y un efecto de
absorción, que absorbe parte de la energía mecánica de la onda tras el impacto contra la
superficie en cuestión.
En la naturaleza se da este fenómeno en todo entorno, salvo en el vacío, donde el sonido no se
puede transmitir. En cualquier medio por el que el sonido se propague, se dan la reflexión y la
absorción y como fruto de ellas se dan los efectos de reverberación y eco. La sala anecóica está
diseñada para reducir, en la medida de lo posible, la reflexión del sonido.
La cámara anecóica ideal es un recinto totalmente libre de reverberaciones acústicas. Cualquier
sonido proyectado dentro del recinto, a cualquier frecuencia, es completamente absorbido.
Por supuesto, ninguna cámara anecóica es perfecta. Es útil construir un recinto tan grande como
sea posible: la ley del inverso del cuadrado dicta que la energía sonora se disipará, de manera que
cada metro cuadrado de la superficie interna tendrá menos energía que absorber. Recíprocamente,
un recinto más pequeño requerirá mayor o mejor absorción del sonido para obtener el mismo
efecto.
Esto es particularmente cierto para las bajas frecuencias, es por ello que las cámaras más
pequeñas solamente tendrán una absorción efectiva hasta un límite inferior de quizás 100 Hz más
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MINI CAMARA ANECOICA
o menos. La efectividad de la cámara anecóica se mide en dB de rechazo. (La relación entre el
sonido directo y el sonido reflejado dentro de un recinto).
Una cámara debería proporcionar un rechazo mayor a 80 dB entre 80 Hz y 20 KHz, lo cual es
excelente para una cámara de tamaño mediano.
Las cámaras anecóicas están aisladas del exterior y constan de unas paredes cubiertas con cuñas
en forma de pirámide con la base apoyada sobre la pared, construidas de materiales que absorben
el sonido y aumentan la dispersión del escaso sonido que no se absorbe. Entre estos materiales
están la fibra de vidrio o espumas sintéticas.
Fig 1 Cámara anecóica
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MINI CAMARA ANECOICA
Además de la ingeniería acústica, la cámara anecóica tiene multitud de aplicaciones en el campo
de las telecomunicaciones, utilizándose frecuentemente para simular condiciones de espacio libre
al llevar a cabo la medición de parámetros involucrados en las comunicaciones móviles, como la
tasa de absorción específica (SAR, Specific Absortion Rate) de las terminales móviles, o el
diseño y caracterización de elementos radiantes tales como antenas y dipolos, utilizando como
materiales absorbentes de las ondas electromagnéticas.
2. OBJETIVO
Diseñar una pequeña cámara anecóica para la medición de niveles de ruido (NPS) de
pequeños dispositivos electrónicos cono PC portátiles, ventiladores, discos duros etc. y
conocer una aproximación al comportamiento sonoro que tendría.
3. ANTECEDENTES
Los primeros intentos por simular un campo al aire libre dentro de un recinto a mediados del
siglo pasado se limitaban a cuartos tratados con materiales absorbentes que impidieran las
reflexiones del sonido, posteriormente se diseñaron e implementaron sistemas de absorción con
mejores prestaciones los cuales proporcionaban grados de absorción de hasta el 99% en las
frecuencias de interés. Estos sistemas son basados en cuñas y junglas absorbentes que son
utilizados en la actualidad en el diseño de cámaras anecóicas de diversos tipos y dimensiones en
las cuales es posible medir diversos parámetros acústicos.
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4. MARCO TEORICO
4.1 CARACTERISTICAS DEL SONIDO
SONIDO.
Es un disturbio vibratorio, el cual excita el mecanismo de audición, transmitido de una manera
fiable determinada por el medio en el cual propaga. Para ser audible el disturbio debe estar dentro
de la gama de frecuencia 20Hz a 20,000Hz.
CARACTERÍSTICAS DE LAS ONDAS SONORAS
El número de variaciones de presión por segundo es lo que se llama frecuencia (n) del sonido y se
mide en Hercios (Hz) o en ciclos por segundo. La banda de frecuencias audibles se descompone
en tres regiones:
Tonos graves: entre 125 y 250 Hz.
Tonos medios: entre 500 y 1.000 Hz.
Tonos agudos: entre 2.000 y 4.000 Hz.
Cada frecuencia de sonido produce un tono distinto. Un sonido de una única frecuencia se
denomina tono puro, pero en la práctica, los tonos puros se encuentran muy raramente y la
mayoría de sonidos se componen de diferentes frecuencias.
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AMPLITUD.
Es la máxima distancia que puede llegar una partícula con respecto a su posición de equilibrio.
Las amplitudes se consideran positivas en un sentido y negativas en el sentido contrario.
FASE.
Es la distancia de una partícula a su posición de equilibrio, medida angularmente. Dos puntos
están en la misma fase cuando además de estar a la misma distancia de sus respectivas posiciones
de equilibrio, se están moviendo en la misma dirección y sentido.
LONGITUD DE ONDA.
La distancia hasta la cual se propaga el movimiento cuando el centro de perturbación completa un
ciclo; esta distancia equivale a la que hay entre dos puntos consecutivos que tienen la misma fase.
La longitud de onda para las ondas sonoras se encuentra entre 17.16m 1.716cm,
para la
frecuencia de 20Hz y de 20 KHz respectivamente.
Longitud de onda en función de la frecuencia
100.0000
19940
19110
18280
17450
16620
15790
14960
14130
13300
12470
11640
9980
10810
9150
8320
7490
6660
5830
5000
4170
3340
2510
1680
20
1.0000
850
Longitud de onda en m
10.0000
0.1000
0.0100
Frecuencia en Hz
Fig 2 Longitud de onda en función de la frecuencia
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PERIODO.
Es el tiempo trascurrido entre la emisión de dos ondas consecutivas. Coincide con el tiempo que
dura una oscilación completa de cualquier partícula o punto del medio en que se ponga la
vibración.
FRECUENCIA.
Se define como el número de ondas que en un segundo salen del centro emisor.
PRESIÓN SONORA.
La manera más habitual de expresar cuantitativamente la magnitud de un campo sonoro es
mediante la presión sonora. Dicha presión se obtiene como la suma de la presión atmosférica
estática (Po) y la presión asociada a la onda sonora.
Se define la Presión Estática (Po) en un punto en el medio como la presión que existiría en ese
punto sin ondas sonoras presentes. A presión barométrica normal, Po es aproximadamente 105
N /m2. Esto corresponde a una lectura del barómetro de 751mm. Hg, cuando la temperatura del
mercurio es 0°C.
La presión atmosférica estándar se toma generalmente de 760mm. Hg a 0°C. Ésta es una presión
de 1.013 x 105 N/m2.
La presión de referencia establecida es de 2· 10-5 N/m2 = 20 µPa
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Fig 3 muestran físicamente las definiciones antes mencionadas.
INTENSIDAD SONORA.
Se define como la energía por unidad de superficie y se mide en W/m2.
Para una onda plana propagándose en campo libre:
I
P2
c
Para una fuente puntual que irradia ondas esféricas la intensidad en función de la potencia esta
dada por
I
W
4 r2
= densidad del medio
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c = velocidad de propagación de la onda sonora
r = distancia de la fuente sonora al punto de medida.
En campo difuso cerca de las paredes se tiene que
I
P2
4 c
En la escala de intensidades, el umbral auditivo corresponde a 10 -12 W/m2 y el umbral doloroso es
25 W/m2.
POTENCIA SONORA.
La potencia acústica es la cantidad de energía radiada por una fuente determinada.
La potencia acústica de un foco sonoro es constante y sólo depende de las características de la
fuente.
La potencia de referencia establecida es de 10-12 W = 1 pW.
DENSIDAD DE ENERGÍA SONORA.
Se define como la energía sonora por unidad de volumen. La energía sonora en una onda plana
esta dada por:
E
P2
c2
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NIVEL DE PRESIÓN SONORA.
Se define como el logaritmo del cociente de una presión dada, con la presión sonora de
referencia.
Sabemos que la intensidad es proporcional a la amplitud de la presión sonora al cuadrado.
I
P2
c
NIVEL DE INTENSIDAD SONORA.
Se define como el logaritmo del cociente de una intensidad dada, con la intensidad sonora de
referencia.
NI
10 log
I
Io
Siendo Io = 10 -12 W/m2
NIVEL DE POTENCIA SONORA.
Se define como el logaritmo del cociente de una potencia dada, con la potencia sonora de
referencia.
NW
10 log
W
Wo
Siendo Wo = 10 -12 W
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REVERBERACIÓN
La reverberación es un fenómeno derivado de la reflexión del sonido consistente en una ligera
prolongación del sonido una vez que se ha extinguido el original, debido a las ondas reflejadas.
Estas ondas reflejadas sufrirán un retardo no superior a 50 milisegundos, que es el valor de la
persistencia acústica, tiempo que corresponde, de forma teórica, a una distancia recorrida de 17
metros a la velocidad del sonido (el camino de ida y vuelta a una pared situada a 8'5 metros de
distancia). Cuando el retardo es mayor ya no hablamos de reverberación, sino de eco.
En un recinto pequeño la reverberación puede resultar inapreciable, pero cuanto mayor es el
recinto, mejor percibe el oído este retardo o ligera prolongación del sonido. Para determinar
cómo es la reverberación en un determinado recinto se utiliza una serie de parámetros físicos, uno
de ellos es conocido como tiempo de reverberación.
Es probable que la sensación de reverberación en nuestro cerebro esté asociada a la calidez y
seguridad que sentía el hombre primitivo hace millones de años atrás, cuando se protegía en las
cavernas y convivía diariamente con este fenómeno acústico.
TIEMPO DE REVERBERACIÓN.
Es un parámetro utilizado para determinar la reverberación de un determinado recinto.
El tiempo de reverberación es el tiempo que transcurre en un determinado recinto, desde que se
produce un determinado sonido, hasta que la intensidad de ese sonido disminuye a una
millonésima de su valor original.
Existe una unidad comparativa para medir el tiempo de reverberación (T60), que es definida
como el tiempo que demora un sonido en disminuir en 60 dB su nivel inicial.
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MINI CAMARA ANECOICA
Fig 4. Comportamiento de la reverberación en un recinto cerrado.
El físico Wallace Clement Sabine desarrolló una fórmula para calcular el tiempo de reverberación
(TR) de un recinto en el que el material absorbente está distribuido de forma uniforme. Consiste
en relacionar el volumen de la sala (V), la superficie del recinto (A) y la absorción total (a) con el
tiempo que tarda el sonido en disminuir 60 dB en intensidad, a partir de que se apaga la fuente
sonora.
La fórmula de Sabine después fue mejorada al introducir un factor de absorción (x) del aire para
una determinada temperatura y humedad. Factor que tiene gran importancia si se trata de grandes
recintos.
Hay que tener en cuenta que la fórmula de Sabine no es la única, ni es absolutamente fiable. Sólo
se trata de una de las fórmulas más utilizadas.
Cuando los ingenieros encargados del acondicionamiento acústico la usan, lo hacen sólo a modo
de orientación.
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MINI CAMARA ANECOICA
PRESIÓN SONORA
En primer lugar tenemos la presión atmosférica, es decir la presión del aire ambiental en ausencia
de sonido. Se mide en una unidad SI (Sistema Internacional) denominada Pascal (1 Pascal es
igual a una fuerza de 1 newton actuando sobre una superficie de 1 metro cuadrado, y se abrevia 1
Pa).
Esta presión es de alrededor de 100.000 Pa (el valor normalizado es de 101.325 Pa). Podemos
luego definir la presión sonora como la diferencia entre la presión instantánea debida al sonido y
la presión atmosférica, y naturalmente, también se mide en Pa. Sin embargo, la presión sonora
tiene en general valores muchísimo menores que el correspondiente a la presión atmosférica. Por
ejemplo, los sonidos más intensos que pueden soportarse sin experimentar un dolor auditivo
agudo corresponden a unos 20 Pa, mientras que los apenas audibles están cerca de 20 µPa (µPa
es la abreviatura de micro pascal, es decir una millonésima parte de un pascal).
Esta situación es muy similar a las pequeñas ondulaciones que se forman sobre la superficie de
una profunda piscina. Otra diferencia importante es que la presión atmosférica cambia muy
lentamente, mientras que la presión sonora lo hace muy rápido, alternando entre valores positivos
(presión instantánea mayor que la atmosférica) y negativos (presión instantánea menor que la
atmosférica) a razón de entre 20 y 20.000 veces por segundo.
Esta magnitud se denomina frecuencia y se expresa en ciclos por segundo o Hertz (Hz). Para
reducir la cantidad de dígitos, las frecuencias mayores que 1.000 Hz se expresan habitualmente
en kiloHertz (kHz).
NIVEL DE PRESIÓN SONORA
El hecho de que la relación entre la presión sonora del sonido más intenso (cuando la sensación
de sonido pasa a ser de dolor auditivo) y la del sonido más débil sea de alrededor de 1.000.000 ha
llevado a adoptar una escala comprimida denominada escala logarítmica. Llamando P ref (presión
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MINI CAMARA ANECOICA
de referencia a la presión de un tono apenas audible (es decir 20 µPa) y P a la presión sonora,
podemos definir el nivel de presión sonora (NPS) Lp como
Lp = 20 log (P / Pref)
Donde
Log = logaritmo decimal (en base 10).
La unidad utilizada para expresar el nivel de presión sonora es el decibel, abreviado dB. El nivel
de presión sonora de los sonidos audibles varía entre 0 dB y 120 dB.
Los sonidos de más de 120 dB pueden causar daños auditivos inmediatos e irreversibles, además
de ser bastante dolorosos para la mayoría de las personas.
NIVEL SONORO CON PONDERACIÓN A
El nivel de presión sonora tiene la ventaja de ser una medida objetiva y bastante cómoda de la
intensidad del sonido, pero tiene la desventaja de que está lejos de representar con precisión lo
que realmente se percibe. Esto se debe a que la sensibilidad del oído depende fuertemente de la
frecuencia.
En efecto, mientras que un sonido de 1 KHz y 0 dB ya es audible, es necesario llegar a los 37 dB
para poder escuchar un tono de 100 Hz, y lo mismo es válido para sonidos de más de 16 KHz.
Cuando esta dependencia de la frecuencia de la sensación de sonoridad fue descubierta y medida
(por Fletcher y Munson, en 1933, ver gráfica), se pensaba que utilizando una red de filtrado (o
ponderación de frecuencia) adecuada sería posible medir esa sensación en forma objetiva.
15
MINI CAMARA ANECOICA
Esta red de filtrado tendría que atenuar las bajas y las muy altas frecuencias, dejando las medias
casi inalteradas. En otras palabras, tendría que intercalar unos controles de graves y agudos al
mínimo antes de realizar la medición.
Fig 5 Curvas de Fletcher y Munson
Había sin embargo algunas dificultades para implementar tal instrumento o sistema de medición.
El más obvio era que el oído se comporta de diferente manera con respecto a la dependencia de la
frecuencia para diferentes niveles físicos del sonido. Por ejemplo, a muy bajos niveles, sólo los
sonidos de frecuencias medias son audibles, mientras que a altos niveles, todas las frecuencias se
escuchan más o menos con la misma sonoridad. Por lo tanto parecía razonable diseñar tres redes
de ponderación de frecuencia correspondientes a niveles de alrededor de 40 dB, 70 dB y 100 dB,
llamadas A, B y C respectivamente. La red de ponderación A (también denominada a veces red
de compensación A) se aplicaría a los sonidos de bajo nivel, la red B a los de nivel medio y la C a
los de nivel elevado (ver figura). El resultado de una medición efectuada con la red de
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MINI CAMARA ANECOICA
ponderación A se expresa en decibeles A, abreviados dBA o algunas veces dB(A), y
análogamente para las otras.
Fig 6 Curvas de ponderación A (40 dB), B(70 dB) y C(100 dB)
Por supuesto, para completar una medición era necesaria una suerte de recursividad. Primero
había que obtener un valor aproximado para decidir cuál de las tres redes había que utilizar, y
luego realizar la medición con la ponderación adecuada.
4.2 AISLAMIENTO ACÚSTICO
Es el recurso empleado para impedir la propagación del mismo mediante materiales o recursos
constructivos que determinan un obstáculo reflector de mayor o menor efecto.
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MINI CAMARA ANECOICA
La absorción de sonido es la disipación de la energía en el interior del medio de propagación.
El aislamiento permite lograr que la energía que atraviesa una barrera, se reduzca lo máximo
posible; para ello se instalan materiales con impedancia muy distinta a la del medio que conduce
el sonido. El aislamiento de un material está en función de sus propiedades mecánicas y responde
a la Ley de Masas.
La ley de masas postula que al aumentar al doble la masa, esto supone un incremento del orden
de los 6 dB al aislamiento acústico.
La transmisión del sonido se realiza a través del aire; para conseguir el aislamiento, se colocan
barreras de materiales pesados y de gran densidad. Cuando las ondas sonoras se transmiten a una
estructura edilicia, impactan produciendo ruido estructural o de impacto (generación por
impactos, pisadas, golpes, etc.). En el gráfico se observa la disposición de elementos
constructivos sobre un forjado que sirven para dar aislación acústica.
El aislamiento acústico brindar protección a los ocupantes de un recinto frente a sonidos no
deseados, llamados ruido.
Para que se pueda dar la transmisión del sonido a un recinto, debemos tener en cuenta que ésta se
debe a tres elementos básicos, que son: la fuente de ruido, el canal de transmisión y el local
receptor.
La fuente de ruido es el elemento generador de la señal sonora no deseada.
Para realizar el proceso de aislamiento acústico debemos tomar en cuenta el tipo de fuente
sonora, su naturaleza y localización, ya que son factores importantes para determinar el tipo de
aislamiento requerido.
El canal de transmisión esta constituido por todos los elementos por los cuales se propaga el
sonido, y medio por el cual éste llega de la fuente al receptor.
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MINI CAMARA ANECOICA
El ruido puede producirse y transmitirse de tres formas:
AÉREO
Se llama aéreo cuando el medio de transmisión para que el sonido llegue al recinto receptor es el
aire, sin importar la forma en que se produce la perturbación
DE IMPACTO
Se llama de impacto cuando se produce un golpe de corta duración sobre los cerramientos del
recinto receptor, el cual los hace entrar en vibración.
DE VIBRACIÓN
Es producido por la vibración de otros elementos, que transmiten la dicha perturbación a los
cerramientos del recinto receptor.
Fig 7. Caminos para la transmisión del sonido
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MINI CAMARA ANECOICA
TRANSMISIÓN DEL SONIDO VÍA AÉREA.
La transmisión del sonido vía aérea se produce cuando la perturbación que viaja a través del aire
llega a los cerramientos de un recinto, poniéndolos en vibración, los cuales transmitirán de nueva
cuenta dicha perturbación al aire circundante dentro del mismo, causando su vibración. Solo parte
de la energía de la onda incidente es transmitida al interior del recinto, siendo el resto reflejada o
absorbida por los cerramientos del mismo.
TRANSMISIÓN DEL SONIDO VÍA IMPACTO.
El ruido de impacto es producido por el choque de elementos sólidos. El choque de un elemento
solido con los elementos constructivos de un cerramiento, le transmiten energía que los hace
entrar en vibración, la cual se transmitirá al aire circundante provocando ondas sonoras en el
interior del recinto.
TRANSMISIÓN DEL SONIDO VÍA SÓLIDA.
El ruido se transmite por vía sólida en forma de vibración, y es producido cuando un elemento en
vibración tiene contacto directo con otros elementos sólidos los cuales están unidos a los
cerramientos del recinto.
CONTROL ACÚSTICO DEL RUIDO.
Para controlar acústicamente el ruido se puede actuar sobre los diferentes elementos implicados
en la transmisión del mismo. Se puede actuar entonces sobre:
La fuente de ruido.
Las vías de transmisión del ruido.
Los cerramientos del recinto.
Personas o elementos receptores.
20
MINI CAMARA ANECOICA
También es necesario conocer el tipo de ruido que genera la fuente, así como el mecanismo de
transmisión del mismo, para elegir la mejor solución o método de aislamiento acústico.
4.2.1 ÍNDICES DESCRIPTIVOS DEL AISLAMIENTO ACÚSTICO
REDUCCIÓN ACÚSTICA
Se define como reducción acústica a la diferencia de niveles de intensidad acústica entre dos
recintos contiguos.
R
L1
L2
Donde
L1 = Nivel de intensidad en el local emisor.
L2 = Nivel de intensidad en el local receptor.
PERDIDA POR TRANSMISIÓN
Indica el grado de aislamiento acústico a ruido aéreo ofrecido por un elemento constructivo. Se
determinado bajo condiciones controladas en laboratorio, entre dos recintos contiguos llamados
cámara de transmisión. Se define como la relación expresada en dB de la energía acústica
transmitida a través de un muro a la energía acústica incidente sobre él.
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MINI CAMARA ANECOICA
Fig 8. Aislamiento acústico a ruido aéreo.
T .L.
L1
L2 10 log
S
A
Donde
S= superficie del elemento separador en m2
A= absorción acústica del recinto receptor en m2
4.3 ACONDICIONAMIENTO ACUSTICO
El objetivo del acondicionamiento acústico de un lugar es conseguir un grado de difusión
acústica uniforme en todos los puntos del mismo. Con ello se pretende mejorar las condiciones
acústicas de sonoridad aumentando el confort acústico interno del lugar. Fue emprendido por
primera vez, por el profesor W. C. Sabine en 1895 y su aportación puede resumirse en:
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MINI CAMARA ANECOICA
Las propiedades acústicas de un recinto están determinadas por la proporción de energía
sonora absorbida por paredes, techos, suelos y objetos.
La proporción de sonido absorbido está ligado al tiempo que un sonido emitido en el local
desaparezca después de suprimir el foco sonoro.
Fig 9. Campo sonoro en un recinto
La finalidad de acondicionar acústicamente un determinado recinto (cerrado o al aire libre) es
lograr que el sonido proveniente de una fuente o fuentes sea irradiado por igual en todas
direcciones logrando un campo sonoro difuso ideal.
Esta uniformidad no siempre se consigue y la acústica arquitectónica, intenta aproximarse al
máximo a este ideal a través de ciertas técnicas que aprovechan las cualidades de absorción o
reflexión de los materiales constructivos de techos, paredes y suelos y de los objetos u otros
elementos presentes en el recinto. De hecho, cosas tan aparentemente triviales como la
23
MINI CAMARA ANECOICA
colocación o eliminación de una moqueta, una cortina o un panel, son cruciales y pueden cambiar
las condiciones acústicas de un recinto.
La principal herramienta con que se cuenta en un acondicionamiento acústico de un determinado
lugar es conocer el tiempo de reverberación específico, que se calcula utilizando diversas
fórmulas. La reverberación debe ser inferior a los dos segundos.
El tiempo de reverberación, para que sea útil, se ha de calcular en función de una determinada
frecuencia, dado que depende del coeficiente de absorción de los materiales utilizados y este
coeficiente depende a su vez de la frecuencia.
Las frecuencias de trabajo más utilizadas son 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 Hz. De no
especificarse la frecuencia, se toma por defecto la de 500 Hz, por ser la empleada por Sabine.
Dentro de los recintos cerrados, es fundamental conseguir un equilibrio adecuado entre el sonido
directo y el campo sonoro reverberante. Por ello, un adecuado acondicionamiento acústico
implica que las ondas reflejadas sean las menos posibles, por lo que desempeña un papel la
capacidad de absorción de los materiales absorbentes que minimizaran la reverberaciones
indeseadas o ecos que pueden dificultar la ininteligibilidad de la comunicación sonora.
4.4 MATERIALES ABSORBENTES
ABSORCIÓN DEL SONIDO
Se consideran absorbentes sonoros aquellos materiales o sistemas que disponen de elevados
coeficientes de absorción sonora en todo o parte del espectro de frecuencias audibles. Se pueden
clasificar según el siguiente esquema:
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MINI CAMARA ANECOICA
Fig 10. Esquema de absorbentes sonoros
Se entiende por absorción el fenómeno por el cual un elemento absorbe (retiene) energía acústica,
de la total emitida por una fuente.
25
MINI CAMARA ANECOICA
La cantidad de energía absorbida depende del material, forma, espesor, método de montaje, así
como también del ángulo de incidencia y frecuencia de la onda sonora que incide sobre el
material.
Fig 11. Absorción del sonido
FORMAS DE ABSORCIÓN DEL SONIDO
Una forma de absorber energía acústica en un campo es introducir en él un elemento que sea
capaz de adquirir energía mecánica en base a la energía acústica del campo. Por ejemplo las
placas vibrantes y resonadores acústicos.
Otra forma es la transformación de energía sonora (cinética), en energía calorífica por medio de
sustancias absorbentes del sonido, las cuales amortiguan las ondas sonoras cuando estas pasan a
través de ellas.
Estas sustancias pueden absorber de dos formas. En sustancias homogéneas y blandas.
26
MINI CAMARA ANECOICA
4.4.1 TIPOS DE MATERIALES EN CUANTO A SU ABSORCIÓN
MATERIALES RESONANTES
Son los que presentan la máxima absorción a una frecuencia determinada: la propia frecuencia
del material.
Absorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor eficacia las bajas frecuencias
(los graves), que las altas. Absorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor
eficacia las bajas frecuencias (los graves), que las altas.
ABSORBENTE HELMHOLTZ
Es un tipo de absorbente creado artificialmente que elimina específicamente determinadas
frecuencias. Consiste básicamente en un receptáculo en forma de celda, que separa el aire del
resto a través de un pequeño cuello.
Los resonadores de Helmholtz se suelen emplear donde existe una gran reverberación a una
determinada frecuencia, para reducir este valor sin afectar al resto de frecuencias en la
reverberación.
Fig 12. Variación del coeficiente de absorción.
27
MINI CAMARA ANECOICA
El coeficiente de absorción de estos sistemas está definido por la inercia y la resistencia del aire
en los agujeros del sistema.
La variación del coeficiente de absorción con la frecuencia presenta un máximo claramente
definido.
La frecuencia a la que el coeficiente de absorción presenta un máximo aumenta con el incremento
del diámetro de las aberturas y con una reducción de la distancia entre ellas, o entre la capa
perforada y la pared.
El sistema se puede calcular para unos parámetros dados, permitiendo la absorción sonora
necesaria, dentro de las bandas de frecuencia en que el sistema sea eficaz.
MATERIALES POROSOS
Son los que absorben más sonido a medida de que aumenta la frecuencia. El material poroso más
difundido, hoy por hoy es la espuma acústica.
Los materiales porosos disipan la energía acústica transformándola en calor. Su principal eficacia
es para frecuencias medias y altas, donde las longitudes de onda coinciden con los espesores
normales de los materiales utilizados (fibra de vidrio, lana mineral, corcho, etc).
La lana de roca y la fibra de vidrio son los materiales más comúnmente utilizados como
absorbentes acústicos en falsos techos y paredes dobles. Presentan una elevada resistencia a las
altas temperaturas ya que la materia prima de las que están compuestas son minerales silíceos y
rocas volcánicas. Las densidades aconsejables son entre los 40 y 70 Kg/metro cúbico, ya que los
valores mayores implicarían un aumento de la reflexión. El espesor es variable según las
frecuencias que se desean corregir, considerando que en general la absorción aumenta con el
espesor.
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MINI CAMARA ANECOICA
Fig 13. Fibra de vidrio
El corcho es un material muy bueno para bajas frecuencias, dependiendo de su grosor, tiene una
cierta elasticidad, y el sonido tiende a rebotar en él, pero es difícil atravesarlo, por lo que es muy
adecuado para recubrir las paredes.
Fig 14. Corcho
Los materiales porosos son de estructura granular o fibrosa, siendo muy importante el espesor de
la capa y su distancia a la pared de soporte. El espesor se suele elegir en función del coeficiente
de absorción deseado, ya que si es demasiado delgado se reduce el coeficiente de absorción a
bajas frecuencias, y si es muy grueso resulta bastante caro. Dentro de los materiales porosos
podemos a su vez distinguir varios tipos como son los porosos-rígidos, los porosos-elásticos.
En materiales porosos o fibrosos de poro abierto, al incidir la onda acústica sobre ellos, se refleja
una porción muy pequeña. Las partículas de aire que penetran en el material, a través de sus
29
MINI CAMARA ANECOICA
canales, siguen vibrando y en esta vibración se produce un rozamiento con las paredes de estos
poros o canales, lo que produce una perdida de energía cinética de las partículas, por
transformación en energía calorífica desarrollada en el rozamiento. Como las partículas del aire
han de penetrar en su interior, para que se produzca una fricción contra las paredes de los poros la
impedancia debe ser muy baja y gran parte de la onda pueda transmitirse en su interior. Pero para
que esto ocurra, debe existir una velocidad relativa entre las partículas del aire en movimiento y
las paredes de los canales.
A mayor rigidez de la estructura del material mayor será la velocidad relativa y por tanto se
producirá mayor rozamiento y así mayor será la absorción obtenida por este mecanismo.
Si la estructura del material es flexible se produce menor rozamiento y menor perdida por calor,
ya que las paredes de los canales entrarán también en vibración, en este caso se producirá una
perdida por transformación de energía acústica en mecánica, al moverse las paredes de los poros.
En materiales porosos, la practica muestra que para conseguir valores del 99% de absorción, la
distancia de la capa de material poroso a una pared rígida debe ser aproximadamente de /4, lo
cual indica que el mecanismo de absorción va a ser factible para frecuencias medias y altas y no
así para las bajas, donde la distancia requerida es muy grande.
Es necesario un espesor de aislamiento para una determinada frecuencia equivalente a
/4 ( ,
longitud de onda).
Fig 15. Absorbente en forma de cuña y de longitud /4 ( , longitud de onda)
30
MINI CAMARA ANECOICA
Desde el punto de vista del comportamiento acústico, conviene distinguir entre materiales de
esqueleto rígido y flexible. En los primeros el coeficiente de absorción aumenta con la
frecuencia, mientras que en los segundos se presentan resonancias (máximos) de absorción a
frecuencias bajas y medias.
Los resonadores, como su propio nombre indica, producen la absorción de energía acústica
mediante un proceso de resonancia. El movimiento resonante de una parte del sistema extrae
energía del campo acústico, de manera selectiva y preferente, en una banda de frecuencias
determinada.
Los absorbentes anecóicas, también llamados dispositivos de absorción con variación progresiva
de las características físicas, hacen uso del hecho por el que la reflexión de una onda acústica se
produce cuando encuentra una variación de las características físicas del medio en que se
propaga. Con la variación gradual de éstas, se pretende reducir al mínimo el obstáculo que
presenta el material.
Con estos absorbentes se logran coeficientes de absorción a incidencia normal superiores al 99%,
a partir de una determinada frecuencia llamada de corte. Su utilización es específica en cámaras
anecóicas.
Los materiales porosos están constituidos por una estructura que configura una elevada cantidad
de aberturas o poros comunicados entre sí. Los materiales de estructura fibrosa se ajustan
exactamente a esta configuración.
Al incidir una onda sonora sobre la superficie del material, un importante porcentaje de la misma
penetra por los poros; haciendo entrar en vibración a las fibras, con lo que se produce una
transformación en energía cinética de parte de la energía sonora.
Por otra parte, el aire que ocupa los poros entra en movimiento, produciéndose unas pérdidas de
energía por el rozamiento de las partículas con el esqueleto, que se transforma en calor.
31
MINI CAMARA ANECOICA
El comportamiento del material dependerá de la porosidad del mismo. La elevada absorción
acústica de los materiales constituidos por fibras de vidrio o roca es patente a su elevada
porosidad.
Otros factores de influencia son los espacios vacíos entre el material absorbente y la pared rígida
(cámara) y los revestimientos.
La cámara actúa como una extensión del espesor real del material, de modo que se consiguen
absorciones más elevadas para un mismo producto según su disposición esté más alejada de la
pared rígida.
Este hecho tiene especial relevancia en las bajas y medias frecuencias, pero no en las altas, ya que
en éstas los coeficientes de absorción son de por sí muy elevados.
Los revestimientos pueden ser de dos clases: porosos e impermeables.
Si el revestimiento es poroso, no presenta una impedancia importante al paso del aire, por lo que
los valores de absorción del material base no resultan modificados prácticamente. Es el caso de
los revestimientos de tejidos de fibra de vidrio u otros materiales y las aplicaciones de pinturas
con pistola.
Los revestimientos impermeables (láminas plásticas o metálicas) modifican sustancialmente el
espectro absorbente acústico del material de base, sobre todo a partir de las frecuencias en que la
resistencia de masa de la lámina supera la impedancia del aire.
M
c
=Frecuencia angular
M =Masa de la lámina (kg/m2)
32
MINI CAMARA ANECOICA
=Densidad del aire (kg/m3)
c= Velocidad del sonido del aire (m/s).
El grado de absorción de los materiales absorbentes porosos esta en función de su espesor,
mientras mas espesor tengan, mas absorbentes serán, mejorando su rendimiento en bajas
frecuencias principalmente.
Fig 16. Variación del coeficiente de absorción con la frecuencia para fieltro con diferentes
porosidades (1,2 y 3)
Fig 17. Absorción del sonido en función del espesor real absorbente
33
MINI CAMARA ANECOICA
4.4.2 COEFICIENTE DE ABSORCIÓN
Es coeficiente de absorción de un material es un índice que indica que tan buen o mal absorbente
acústico es este. Se define como la razón de la energía absorbida y la energía incidente.
La absorción del sonido se mide en el termino coeficiente de absorción del sonido que va desde 0
hasta 1 (los números mayores denotan una mejor absorción).
Los rangos de absorción también se miden con el Coeficiente de absorción del sonido (NCR), se
identifican con las letras A hasta D, siendo A, él más alto, y se refieren a la absorción de sonido
en rangos de frecuencias desde 250 hasta 4000 Hz.
Algunas veces el valor NRC es utilizado como un valor individual para los materiales
absorbentes. El NRC es un porcentaje aritmético de los coeficientes en octavas de banda desde
250 hasta 2000 Hz.
Fig18. Coeficiente de absorción de sonido (NCR)
34
MINI CAMARA ANECOICA
5.
CAMARA ANECOICA
Es un recinto cuyas paredes están adecuadas para que exista un campo sonoro similar al que
existiría en una atmosfera libre, sino hubiera cambios de densidad y temperatura; este campo
existe cuando el sonido se propaga libremente en un medio y no hay reflexiones por obstáculos o
superficies en el medio. En una cámara anecóica ideal no hay reflexiones de sonido en las
paredes, techo o piso; en tal caso, el nivel de presión sonora de una fuente simple radiando
esféricamente, obedece la ley inversa: el nivel de presión sonora decrece en 6 decibeles cada vez
que la distancia a la fuente se duplica.
Normalmente la cámara consiste en un recinto rectangular, aislado de vibraciones del piso con
material absorbente (desde el punto de vista acústico) que recubre su interior.
Una cámara anecóica, además de tener en su interior un campo libre, debe cumplir con otros
requisitos: debe estar aislada del ruido externo y de vibraciones, y debe tener temperatura y
humedad estables (condición que casi se da automáticamente por el material absorbente y grueso
de las paredes).
Estas condiciones permiten medir niveles de presión sonora y potencia acústica emitida por
fuentes; calibrar micrófonos en campo libre; medir patrones de radiación, medir umbrales
auditivos, o bien, realizar experimentos con control de reflexiones (colocando paneles o
reflectores en el interior).
35
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 19. Interior de una cámara anecoica
5.1 TIPOS DE CAMARAS ANECOICAS
5.1.1 CAMARA ANECOICA
Hay dos tipos de cámaras anecóicas de uso general, la cámara anecóica completa con las
características mencionadas anteriormente, y la cámara semianecoica, en la cual el piso es
reflejante y las paredes y techo son absorbentes. Esta cámara se usa en general para medir niveles
36
MINI CAMARA ANECOICA
de presión, directividad y potencia radiada por fuentes que son muy pesadas o grandes, y que por
lo tanto seria muy difícil de medir en una cámara completa (el piso flotante, normalmente de
alambre delgado no podría soportarlas), o que en uso normal están colocadas sobre el piso, como
máquinas, motores eléctrico, compresores etc.
Fig 20. Cámara anecoica completa
5.1.2 CAMARA SEMIANECOICA
Como se menciono, la cámara semianecoica tiene un piso reflejante de varios centímetros de
grueso y de concreto para soportar equipo pesado. Por lo mismo, generalmente estas cámaras
existen en ambientes de investigación industrial.
37
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 21. Camara semianecoica
El comportamiento de la cámara semianecoica con respecto al cumplimiento de la ley inversa (6
dB de reducción cada vez que se dobla la distancia) es diferente a la de la cámara anecoica. En
este caso la variación del nivel de presión sonora con la distancia muestra picos y valles que son
debidos a la interferencia entre la fuente y su imagen, localizada a la misma distancia debajo de
la fuente con respecto al plano del piso. Sin embargo, el comportamiento del campo puede ser
descrito teóricamente y existen métodos para caracterizar el comportamiento de la cámara.
En relación a las dimensiones se tienen requerimientos similares a los de la cámara anecoica,
pero además se recomienda que la superficie reflejante (piso de concreto) se extienda por lo
menos una longitud de onda de la frecuencia más baja de interés, más allá del punto de medición
más lejano.
La norma ISO 3745 establece que el coeficiente de absorción de energía en incidencia normal de
la superficie reflejante, no debe ser mayor a 0.06 a cualquier frecuencia dentro del intervalo de
interés.
38
MINI CAMARA ANECOICA
Las dimensiones de una cámara semianecoica son mucho mayores a las de una cámara anecoica
con frecuencia de corte equivalente. Por ejemplo, para una cámara que tenga una frecuencia de
corte de 100 Hz, la dimensión mínima es de
12m entre superficies de material absorbente: para
40 Hz es de Dmin = 21m, esto las hace más caras y por supuesto es recomendable analizar bien la
conveniencia de contar con una.
Si la necesidad de medir maquinas industriales (motores, equipo de refrigeración, compresores,
etc) es imperativa, la necesidad es real ya que estas maquinas están en el piso y son pesadas,
como se dijo antes.
En cualquier caso, las necesidades de una cámara de este tipo son bastante similares a las de la
cámara anecóica, excepto por el piso que elimina una capa de material absorbente y el piso
flotante, pero como es mucho más grande no hay en realidad ahorro de material, las necesidades
de ventilación y/o aire acondicionado son mayores, pues en este caso hay que extraer gases,
polvo, etc. más rápida y continuamente que en el caso de la cámara anecoica completa. Las
instalaciones requeridas dependen del tipo y tamaño de las máquinas que se medirían y de sus
características especificas, por lo cual es difícil establecer los requerimientos de la cámara sin
previo conocimiento de sus aplicaciones concretas.
5.2 REQUERIMIENTOS DE LAS CÁMARAS ANECÓICAS
Forma de la cámara y dimensiones interiores entre las superficies o extremos del material
absorbente, determinadas por el tamaño de las fuentes y las distancias de medición.
39
MINI CAMARA ANECOICA
Clase de material absorbente, determinada por la frecuencia de corte deseada, propiedades
acústicas y mecánicas, costo, disponibilidad, facilidad de colocación durabilidad, resistencia al
fuego y a la luz.
Aislamiento al ruido y grosor de paredes determinado en función de los niveles de ruido
requeridos en el interior para obtener el aislamiento requerido.
Puertas
Aislamiento de vibraciones
Tipo de piso interior
Ventilación o sistema de aire acondicionado, con control de temperatura y humedad,
distribución y ruido del flujo de aire.
Iluminación
Entradas para líneas de micrófonos e instrumentación diversa
Para aplicaciones muy especializadas se requiere de entradas y salidas de fluidos como son el
aire, agua, gases, etc y sistemas de extracción de gases indeseables y polvo.
5.2.1 ELEMENTOS ABSORBENTES UTILIZADOS
Para entender la influencia del material absorbente en las dimensiones y establecer su
importancia, a continuación se da una breve explicación de los requerimientos de absorción de la
cámara.
Dado que el propósito fundamental de una cámara anecóica es proveer un medio de campo libre
para pruebas acústicas, esto motiva que uno de los principales objetivos de diseño sea la
40
MINI CAMARA ANECOICA
absorción completa de las ondas sonoras que llegan a las paredes, sin importar frecuencia o
ángulo de incidencia, logrando así un medio libre de reflexiones, es decir un medio similar a un
espacio abierto y libre.
Un requisito usual es que la fuente y el receptor puedan colocarse en una posición arbitraria
dentro de la cámara, lo cual determina que las paredes deben ser totalmente absorbentes a todos
los ángulos de incidencia y frecuencias de interés. El material debe tener un coeficiente de
absorción lo mas cercano a 0.99, es decir aquella frecuencia donde el 1% de la energía incidente
en las paredes se regresa como sonido reflejado al interior de la cámara. Otra manera de definir
esta frecuencia es con el coeficiente de reflexión de presión es decir, la frecuencia a la cual este
coeficiente es igual a 0.1 o 10%.
Esta condición no puede ser lograda con capas uniformes de material sobre las paredes, ya que se
necesita una transmisión continua de la impedancia del aire a la del material.
Generalmente el material absorbente tiene forma de cuñas (prismas con punta en forma de
cuñas), con ángulos y longitudes que dependen del material, pero cumpliendo con la condición
anterior.
Fig 22 Muro con material absorbente en forma de cuña
41
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 23. Plano de una sala anecoica
También se han construido cámaras con paredes absorbentes de densidad variable (lanas
minerales de diferentes densidades) pero en general los mas usados son el hule espuma (espuma
de poliuretano) y la fibra de vidrio. Aunque la fibra de vidrio tiene buena absorción a bajas
42
MINI CAMARA ANECOICA
frecuencias, se deteriora con el paso del tiempo, suelta polvo y fibras de vidrio, por lo que
generalmente se recubre cada cuña con una malla de protección que sin embargo no elimina el
polvo. La espuma de poliuretano es mas barata, más absorbente y más fácil de trabajar para
formar la geometría requerida, además no suelta polvo y es relativamente estable, excepto si se
expone a la luz del sol que la degrada.
La configuración geométrica, es decir el ángulo de la cuña, la dimensión de la base y la longitud
total, dependen de la frecuencia de corte deseada (longitud total
/4) y de la densidad del
material.
Fig 24. Cuña
Por su facilidad de construcción, menor costo y mejor comportamiento a altas frecuencias, es le
de los prismas colgantes, llamado también jungla acústica, consiste en una multitud de alambres
colgantes cuya separación es mayor mientras más alejados están de las paredes. Los alambres
atraviesan cubos de vidrio de fibra o espuma de poliuretano de alta densidad, distribuidos
aleatoriamente, de diferentes tamaños y con los cubos mas grandes cerca de las paredes; sobre las
paredes se pone material absorbente de forma continua.
43
MINI CAMARA ANECOICA
5.2.2 AISLAMIENTO EN CAMARAS
5.2.2.1 TRANSMISIÓN DEL SONIDO VÍA AÉREA
La transmisión del sonido vía aérea se produce cuando la perturbación que viaja a través del aire
llega a los cerramientos de un recinto, poniéndolos en vibración, los cuales transmitirán de nueva
cuenta dicha perturbación al aire circundante dentro del mismo, causando su vibración. Solo parte
de la energía de la onda incidente es transmitida al interior del recinto, siendo el resto reflejada o
absorbida por los cerramientos del mismo.
5.2.2.2 AISLAMIENTO ACÚSTICO A RUIDOS AÉREOS
El aislamiento acústico a ruidos aéreos es realizado por medio de cerramientos que mejoren el
grado de impedimento a la transmisión de las ondas sonoras, propagadas por el aire, al interior de
un recinto.
Estos cerramientos se construyen de materiales considerados buenos aislantes del sonido, es
decir, que por sus propiedades impiden en buen grado el paso del sonido a través de ellos. Estos
materiales tienen como características generales un alto grado de dureza y una textura lisa. Su
mecanismo de aislamiento es reflejando mayor parte de la onda acústica e impidiendo así el paso
del sonido por el cerramiento.
44
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 25. Materiales absorbentes y aislantes.
5.2.2.3 AISLAMIENTO A RUIDO AÉREO DE PAREDES (LEY DE MASAS)
AISLAMIENTO ACÚSTICO DE PAREDES SIMPLES
Desde un punto de vista acústico se consideran cerramientos simples aquellos que están formados
por una única capa o aquellos que estando formados por varias capas estas están rígidamente
unidas entre si.
Las paredes simples se oponen a la energía acústica incidente por medio de su inercia mecánica
que dificulta la vibración y por tanto la transmisión del sonido, el parámetro que determina la
inercia mecánica es fundamentalmente el peso propio del cerramiento (masa superficial que no
debe confundirse con la densidad).
45
MINI CAMARA ANECOICA
El aislamiento al sonido proporcionado por una pared simple a la cual le incide una onda normal
se puede calcular con la siguiente expresión:
R
20 log M
f
Z
En donde
M= masa por unidad de superficie
F= frecuencia de la onda incidente
Z= impedancia acústica del medio que rodea a la pared
Si el medio es el aire Z= 415 Rayls y la ecuación se expresa como
R
20 log M f
43 dB
Hay que añadir que esta relación se cumple siempre y cuando la frecuencia de la onda incidente
sea mucho mayor que la de los modos propios de vibración de la pared y la incidencia del sonido
sea normal a la pared. En condiciones habituales (campo reverberante) y cuando se realiza una
evaluación del aislamiento en tercios de octava, la ecuación que se ajusta mejor.
R
20 log M f
47 dB
46
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 26. Aislamiento para incidencia normal y difusa de un panel simple.
Para calcular el valor medio de aislamiento acústico para el intervalo de frecuencias de 100 a
3200 Hz, la ecuación adopta la forma:
R
20 log M
12 ,3 dB
Las expresiones anteriores permiten calcular el aislamiento para una incidencia normal del
sonido, el cálculo para todos los ángulos de incidencia produce un aislamiento menor.
47
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 27. Ley de masas. Incremento del aislamiento en función del espesor.
Existen zonas en las que el aislamiento acústico está gobernado por diferentes factores:
Zona de dominio de la elasticidad (f < f0), correspondiente a muy bajas frecuencias donde
el aislamiento desciende hasta f0,
Zona del dominio de la frecuencia de resonancia de la partición, donde el aislamiento es
prácticamente nulo.
Zona de dominio de la masa, (f0 < f < fc ), donde el aislamiento es gobernado por la ley
de masas, (aumento de 6 dB/octava).
Zona de dominio del efecto de coincidencia, (f > fc), donde el aislamiento baja
considerablemente hasta llegar a fc.
Zona por encima de la frecuencia de coincidencia en que la curva sigue un crecimiento
del orden de 9 dB/octava.
48
MINI CAMARA ANECOICA
Fig 28. Aislamiento real de un panel simple.
La frecuencia de coincidencia es la aquella a la cual las ondas incidentes coinciden en frecuencia
con las ondas longitudinales de flexión del muro, esto debido a que la velocidad de dichas ondas
coincide con la velocidad de las ondas de flexión en el material. Cuando esto ocurre las ondas
que viajan a lo largo del muro tienen la misma longitud de onda y como las ondas en el muro.
Esto da como resultado una transmisión eficiente de la energía a través del muro y este se vuelve
virtualmente transparente a las ondas sonoras.
fc
c2
2
12
1
d
E
2
49
MINI CAMARA ANECOICA
fc
6,4 10 4
d
E
1
2
En donde
c= velocidad del sonido
d= espesor del muro
= densidad del material del muro en Kg/m3
= coeficiente de Poisson
E= modulo de Young en N/m2
Fig 29. Efecto de coincidencia.
50
MINI CAMARA ANECOICA
Los elementos que forman los cerramientos de los edificios deberían presentar frecuencias de
coincidencia inferiores o superiores a las audibles por el ser humano (100 Hz > fc > 4000 Hz)
con el fin de que no presenten defectos sensibles de aislamiento.
Para el hormigón los espesores recomendables deberían ser superiores a 20 cm (para fc < 100 Hz)
o inferiores a 2,5 cm (para fc > 5000 Hz) análogamente para la cerámica los espesores deberían
ser superiores a 35 cm o inferiores a 0,5 cm, en ambos casos se aprecia que no son espesores
habituales en edificación y por tanto con estos materiales es difícil conseguir buenos aislamientos
acústicos.
El índice de aislamiento acústico de una pared simple responde a formulas del tipo siguiente:
Para frecuencias inferiores a las de coincidencia f< fc
R
20 log M
f
Z
10 log
2
1
fc
f
Para frecuencias superiores a la de coincidencia f > fc
R = 20 Log [m π f/( ρo c)] + 10 Log(f / fc) –10 log(1/η) –2
Para frecuencias próximas a la de coincidencia f = fc
51
MINI CAMARA ANECOICA
R tiende a un valor muy bajo
Estos valores teóricos son demostrativos del comportamiento pero no pueden utilizarse como
valores para un cálculo exacto, ya que el comportamiento real de los materiales es más complejo.
El comportamiento teórico pone de manifiesto que cada vez que se dobla la masa propia del
cerramiento el aislamiento aumenta en unos 6 dB y del mismo modo, dado un panel de masa M,
su aislamiento se incrementará en 6 dB al duplicar la frecuencia.
En paredes simples es fundamental la posición de la frecuencia de coincidencia que debería
situarse siempre que fuese posible por debajo de las frecuencias audibles para aprovechar al
máximo el tramo de máxima ganancia (9 dB/octava).
5.2.2.4 AISLAMIENTO A LAS VIBRACIONES
El aislamiento de vibraciones es un problema diferente al del aislamiento del ruido que, sin
embargo, si no se considera, puede originar un aumento del ruido interno. Esto puedo ocurrir por
la transmisión de vibraciones mecánicas a través de la estructura, que después son radiadas en
forma del sonido al interior de la cámara. Es necesario asegurar el aislamiento de las vibraciones
que están en el intervalo de interés de la cámara.
El aislamiento se logra por medio de monturas, que incorporan colchones de hule sintético o
resortes que sostienen a la cámara. La decisión de que sistema usar depende del costo y facilidad
de colocación de los aislantes. El uso de los aislantes en monturas aislantes presenta el problema
de que los resortes casi no tienen amortiguamiento y hay que diseñarlos; la mejor opción en este
caso es comprar monturas de resortes comerciales.
52
MINI CAMARA ANECOICA
El uso de colchones de hule o neopreno implica un costo menor y se tiene la ventaja de mayor
facilidad de colocación.
La carga que soporta un área dada de material es mucho mayor y en general las especificaciones
se dan en términos de la presión producida por la carga (PSI, N/m2). Son comunes presiones de
100-300 PSI por colchón; si se quiere aumentar la deflexión para una presión dada se puede
sobreponer varios colchones.
En cualquier caso el aislamiento requerido tiene que ser fijado a la frecuencia de corte de las
cámaras.
El aislamiento es el porcentaje de la fuerza o desplazamiento que no se transmite a través de la
montura aislante. El aislamiento aumenta con la razón de la frecuencia de excitación a la
frecuencia natural del sistema. Generalmente se considera adecuado un aislamiento del 81.1%,
aunque para el caso de las cámaras se usa un valor más alto (95-99%). La deflexión estática es la
deflexión que tiene el sistema combinado en condiciones estáticas, esto supone que la deflexión
ocurre en la región de trabajo de compresión del material.
Para especificar la montura aislante basta conocer la frecuencia de corte de la cámara, el
aislamiento deseado y la deflexión estática en función de la carga para el tipo de montura o
material elegido.
5.2.2.5 AISLAMIENTO DE LAS PUERTAS
La existencia de un vano para la puerta en el muro es la principal causa de menoscabo al
aislamiento dado por el grosor del muro. Si la puerta tuviera el mismo índice de reducción sonora
que el muro no habría ningún problema; para que esto sucediera, la puerta tendría en principio
53
MINI CAMARA ANECOICA
que ser prácticamente del mismo peso por unidad de área que la pared y con rigidez similar. Se
han construido puertas con placas de acero (de 10+5+5 mm) con concreto entre las placas, que se
deslizan sobre rieles y empotran en el vano. Otros diseños incorporan un gran aislamiento a
través de doble o triple pared de acero o plomo, con relleno de fibra de vidrio u otro material
absorbente y con un sello perfecto. Esto es con el propósito de prever cambios de impedancia a
través de trayectoria del sonido, para que el sonido transmitido sea en consecuencia mínimo.
5.2.2.6 AISLAMIENTO DEL PISO
La cámara necesita un piso interior sobre el material absorbente, que no sea reflejante a
prácticamente a todas las frecuencias de interés y a cualquier ángulo de incidencia.
Si el tipo de fuentes que se quiere medir son muy pesadas, es necesaria una rejilla de a cero, con
secciones que descansan sobre pilares de acero muy delgados, y que puedan ser quitadas a
voluntad o que puedan ser giradas sobre un eje.
Los alambres de acero deben estar tensados, ya sea por resortes para darle una tensión uniforme o
mediante algún otro sistema que tense el alambre por secciones durante su colocación.
El grueso del alambre tiene que ser apropiado para soportar cargas del orden de 100-200 kg/m2
de malla.
La malla tiene mucho más resistencia aparente, debido a que el peso se distribuye sobre varios
alambres. En ocasiones los alambres se encuentran aislados eléctricamente para evitar un corto
circuito o para establecer potenciales eléctricos arbitrarios.
54
MINI CAMARA ANECOICA
Si las fuentes sonoras no son muy pesadas se puede usar una malla de alambre que constituye un
piso flotante de alambre delgado. A pesar de que un piso de esta naturaleza es casi acústicamente
transparente, hay reflexiones (sobre todo en altas frecuencias) que dependen del ángulo de
observación.
Fig 30. Esquema de aislamiento de piso
55
MINI CAMARA ANECOICA
5.2.2.7 AISLAMIENTO EN LA VENTILACIÓN
Se debe proveer un sistema de ventilación a través de un sistema de extracción de aire, que
renueve todo el volumen de aire dentro de la cámara de un tiempo relativamente corto (4-6 min).
Esto es imperativo si se miden fuentes contaminantes como motores de combustión o similares
de no ser así, bastaría con asegurar un cambio total en un tiempo razonable (10-15 min). Se debe
aislar el ruido de los motores de extracción, ya sea con silenciadores o con una capa de material
absorbente a lo largo del ducto de alimentación; la conexión con los extractores debe ser a través
de tubos flexibles para evitar el paso de vibraciones. Una solución de bajo costo consiste en poner
tapones en los ductos, que se abran cada vez que se desee cambiar el aire de la cámara; esto se
puede hacer simplemente extrayendo el aire ocasionalmente cuando no se trabaja.
Algunas veces el valor NRC es utilizado como un valor individual para los materiales
absorbentes. El NRC es un porcentaje aritmético de los coeficientes en octavas de banda desde
250 hasta 2000 Hz.
56
MINI CAMARA ANECOICA
6. DISEÑO DE UNA CAMARA ANECOICA
AISLAMIENTO DE RUIDO Y GROSOR DE LAS PAREDES
Para poder realizar mediciones con precisión cuando los niveles de presión sonora e interés son
muy bajos se necesita que el interior de la cámara los niveles de ruido de fondo estén lo mas bajo
posible (10-20dB) de los niveles de sonido lo mas bajos con que se trabajara. De no ser así, se
tendría que hacer constantemente correcciones para eliminar el efecto de ruido de fondo.
En el caso de mediciones subjetivas no es posible hacer esta corrección, ya que los datos pueden
ser respuestas a estímulos sonoros que pueden ser en ciertos casos enmascarados o influenciados
en forma no controlada. Para garantizar le posibilidad de la realización de este tipo de
mediciones, necesariamente hay que aislar la cámara del ruido exterior. Este aislamiento se
proporciona mediante el tipo de material de las paredes, piso y techo que se utilice en la
construcción.
El parámetro que determina el aislamiento es el llamado índice de reducción sonora (R), también
llamado perdida por trasmisión (TL), que es una medida del aislamiento en términos del
logaritmo del cociente de la energía transmitida y la energía incidente.
Donde
Ei= es la energía incidente
57
MINI CAMARA ANECOICA
Et=es la energía transmitida
La selección del material y del grueso de las paredes dependerá de la diferencia entre los niveles
de ruido exterior y los niveles de ruido máximo deseado en las bandas de frecuencia de interés en
el interior de la cámara.
El aislamiento es una función creciente de la frecuencia, por lo que el aislamiento se da en
términos de un valor deseado a la frecuencia mas baja de interés.
El índice de reducción sonora para una onda en incidencia aleatoria sobre una pared de material
homogéneo que separa a dos recintos es:
Donde
m= masa por unidad de área de la pared
f= frecuencia
Analizando esta formula se observa que el aislamiento aumenta 6 dB cuando la frecuencia del
sonido o la masa de la pared aumenta al doble.
Cuando se requiere un gran aislamiento a bajas frecuencias, como en el caso de la cámara
anecóica, los gruesos requeridos para una sola pared son prohibitivos, por ejemplo, para que una
pared tenga un aislamiento de 55 dB a 100 Hz se requiere un grueso de 70 cm. Para lograr este
aislamiento es mejor un muro doble con una separación entre las paredes, la separación debe ser
58
MINI CAMARA ANECOICA
cubierta con material absorbente. Aunque el aislamiento no es el doble es muy superior al
equivalente de un muro con el doble de grueso.
Cuando la separación entre las paredes es de /4 se utiliza la siguiente formula
Donde
Rf = índice de reducción sonora de la pared doble
R1f,2f = el de cada pared
SW = es el área de un lado de la pared
S2α2 = absorción en la cavidad entre las paredes
La siguiente gráfica muestra esta ecuación para dos paredes iguales, con áreas de 1 m2 y
diferentes absorciones.
Área de absorción entre paredes
59
MINI CAMARA ANECOICA
Frecuencia en Hz (0 indica las octavas)
Fig 31. Aislamiento de doble pared con características iguales
Si la absorción es igual a cero en la cavidad, la reducción sonora es 3 dB mayor que
correspondiente a una sola pared, si es apreciable, la reducción puede ser de casi el doble en
decibeles.
A bajas frecuencias el comportamiento se complica por la resonancia de doble panel, pero esta
resonancia en general es mucho mas bajas que las frecuencias de interés. Cuando se utilizan
muros doble los grosores deben ser diferentes para evitar el acoplamiento entre los dos muros a
frecuencias de resonancia de cavidad.
Cuando la pared casi no aísla y en la cual ocurre una frecuencia dada por un ángulo de incidencia
determinado existe una condición llamada de coincidencia. En este caso la pared no se comporta
como una masa sin rigidez, sino que se mueve de manera compleja dependiendo de su rigidez o
elasticidad. En muchos casos una onda de corte ocurre en el panel cuando
coincide con la componente sobre la pared de la
i de esta onda
a del aire se presenta el fenómeno de
coincidencia; en este caso, el índice de reducción sonora decrece y la curva que lo describe en
función de la frecuencia, tiene un vientre (punto máximo de la longitud de onda) a esa frecuencia.
La frecuencia en que este vientre se presenta esta dada por:
60
MINI CAMARA ANECOICA
Donde
f= frecuencia
c=velocidad del sonido
h=el grueso de la pared
= ángulo de incidencia de la onda sonora (plana)
La frecuencia de coincidencia es inversamente proporcional al grueso de la pared y dado que la
velocidad del sonido depende de las propiedades físicas del material de la pared, el vientre de
coincidencia ocurre a diferentes frecuencias.
Dado que la frecuencia mínima a la cual este ocurre es a un ángulo de 90° (incidencia rasante), se
puede calcular la frecuencia crítica (frecuencia de coincidencia más baja).
VENTILACIÓN
Se debe proveer un sistema de ventilación a través de un sistema de extracción de aire, que
renueve todo el volumen de aire dentro de la cámara en un tiempo relativamente corto (10-15
min). Se debe aislar el ruido de los motores de extracción, ya sea con silenciadores o con una
capa de material absorbente a lo largo del ducto de alimentación; la conexión con los extractores
debe ser a través de tubos flexibles para evitar el paso de vibraciones. Otra solución es poner
tapones en los ductos que se abran cada vez que se desee cambiar el aire de la cámara; esto solo
se puede hacer extrayendo el aire ocasionalmente cuando no se trabaja.
61
MINI CAMARA ANECOICA
ILUMINACION
El sistema de iluminación debe radiar poco calor, no debe de ser de grandes dimensiones y no
hacer ruido, se deben usar lámparas de alta eficiencia, de preferencia deberían ser focos de gas de
baja potencia y alta iluminación.
DIMENSIONES
Las dimensiones dependen fundamentalmente de la frecuencia más baja de interés y del tamaño
de las fuentes que se medirán en la cámara. Si se elige 1 m como dimensión máxima de la fuente
y 70 Hz como frecuencia más baja de interés, se pueden abarcar mediciones en sistemas de audio
(bocinas, cajas acústicas o torres acústicas etc).
Para frecuencias relativamente bajas y tamaños de fuentes grandes (máquinas, aparatos eléctricos,
motores etc); la dimensión mínima para el espacio libre de la cámara libre de la cámara debe ser
aproximadamente de 6.50 m en el caso de frecuencias bajas y tamaños de fuentes grandes
(máquinas, aparatos eléctricos, motores, etc).
A esta dimensión se debe sumar el grueso del material absorbente cercano a /4, si se considera
alguna de las relaciones entre las dimensiones recomendadas en la literatura.
62
MINI CAMARA ANECOICA
6.1 DIMENSIONES MINIMAS DE LA CAMARA ANECOICA
Las dimensiones mínimas para un requerimiento acústico dado y con el costo más bajo posible,
están determinadas por:
El tamaño y tipo de fuente
Las distancias de medición requeridas
La frecuencia mas baja de interés
La profundidad del material absorbente
La influencia más baja de interés con respecto a las distancias de medición, se mencionan a
continuación.
Las mediciones de presión, potencia y directividad, generalmente se efectúan en un campo
lejano, lo que garantiza una interpretación de los resultados mas sencilla cuando la presión decae
6 dB cada vez que se duplica la distancia a la fuente). La distribución angular de la presión no
varia con la distancia y al impedancia acústica.
Los criterios generalmente más usados para establecer los limites donde se pueden realizar
mediciones confiables son:
Donde
L= máxima dimensión de la fuente
= longitud de onda
63
MINI CAMARA ANECOICA
R= distancia del punto de medición al centro de la fuente
Con estas dos condiciones se asegura que las mediciones se realicen fuera del campo
hidrodinámico cercano, el cual se extiende a una distancia de una
a partir del centro acústico de
la fuente y donde no se propaga el sonido. Después de esta región sigue el campo geométrico
cercano donde se observan efectos de interferencia, si la fuente emite tonos discretos.
Para mediciones esféricas del nivel de presión sonora alrededor de una fuente, se recomienda que
el diámetro de una esfera de medición hipotética centrada en la fuente sea cuatro o más veces
mayor que la dimensión más grande de la fuente, pero no menor a un metro. Los micrófonos o la
fuente no deben estar a una distancia menor de /4 de la frecuencia más baja de interés o a menos
de 0.60 m de la superficie más cercana.
De estas condiciones las dimensiones de la cámara anecóica se calculan de la siguiente formula.
Donde
Dmin= dimensión interna mínima entre materiales absorbentes o puntas de cuñas.
Fd = dimensión mas grande de la fuente o 0.30 m
= longitud de onda más grande de interés.
La distancia de medición es un parámetro que interviene en la definición del volumen de la
cámara a través de la región de interés ya que el campo lejano comienza a partir de una distancia
igual a 2Fd.
64
MINI CAMARA ANECOICA
7. NORMATIVIDAD RELACIONADA
Una cámara anecóica es requerida para pruebas de precisión de sonido, tales mediciones
consisten en: (Métodos de precisión para la determinación de niveles de potencia acústica de
fuentes de ruido en cámara anecóica y semianecoica
¨ANSI S12.35¨ y determinación de los
niveles de potencia acústica de fuentes de ruido - Métodos de precisión para cámara anecóica y
semianecoica ¨ ISO 3745¨. La cámara anecóica se compone de una alta perdida de transmisión
en el exterior (usualmente construida de concreto o paneles de acero) con un revestimiento
interior cuñas anecóicas en el techo piso y paredes.
Una cuña anecóica está diseñado para proporcionar una incidencia normal, con un coeficiente de
absorción acústica superior a .99 para todas las frecuencias.
Debido a la falta efectiva de reflexiones en una cámara anecóica, directamente en el campo se
llena la cámara. La relación entre el nivel de presión sonora y el nivel de potencia acústica es
simplemente el de la ley de propagación cuadrada inversa.
Lpi (r )
Lw
20 log( r ) 11 .0 DI i
Donde
LPI = Nivel de presión acústica en el micrófono
LW = Potencia acústica
r = Distancia desde la fuente al punto de recepción en metros
65
MINI CAMARA ANECOICA
DIL = Indice de directividad de la fuente en la dirección del micrófono.
La reducción de los ruidos de una cámara anecóica bien diseñada y bien construida el suele ser
numéricamente igual a la pérdida de transmisión de sonido de la componentes. Por lo tanto, el
interior de presión sonora es el enésimo tercio de octava de banda que es:
Lp, IN , i
Lp, out, i TLi
Los niveles de presión sonora en cada posición de micrófono para el equipo sometido a la prueba
deberían idealmente exceder los niveles de presión sonora de 10 dB o más.
CALIFICACIÓN
En este punto se mide el nivel de rendimiento, cualquier sonido de la superficie reflectante puede
comprometer el desempeño. Aunque la mayoría de reflexiones son reprimidas de manera efectiva
esto no siempre sucede. Por lo tanto, el mandato de las normas de una prueba de calificación
consistente en una serie de pruebas para identificar las áreas en las que la propagación del sonido
no se ajusta a la ecuación anterior.
LOS ESTÁNDARES DE LA INDUSTRIA
ANSI S12.35 (Métodos de precisión para la determinación de niveles de potencia acústica de
fuentes de ruido en cámaras anecóicas y semianecoica)
ISO 3745 (Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido - Métodos de
precisión para anecóica y semianecoica Habitaciones).
66
MINI CAMARA ANECOICA
CÁMARA SEMIANECOICA
Una cámara anecóica se utiliza en el grado de precisión para pruebas acústicas, las mediciones
de potencia acústica deben de pasar las normas: (Métodos de precisión para la determinación de
niveles de potencia acústica de fuentes de ruido en cámara anecóica y semianecoica.
ANSI S12.35 Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido - Métodos de
precisión para cámara anecóica y semianecoica.
ISO 3745 Para potencia acústica las mediciones son efectuadas conforme a las normas:
Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido para esencialmente libre de
las condiciones sobre el terreno durante un plano reflectante
ANSI S12.34 Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido - Métodos de
ingeniería para la libre-más de las condiciones sobre el terreno un plano reflectante.
ISO 3744. Muchas pruebas requieren el uso de una cámara semianecoica (como en el caso de las
computadoras.
ECMA 74 Medición del ruido aéreo emitido por la tecnología de la información y equipo de
telecomunicaciones de la norma.
ISO 7779 Medición del ruido aéreo emitido por computadora y equipo del negocio.
ANSI S12.10 Medición y Designación de ruido emitido por computadora y equipo del negocio).
Una cámara de este tipo consiste con un revestimiento interior de cuñas anecoicas en la bóveda,
paredes. El piso esta elaborado intencionalmente reflectivo, con un coeficiente de absorción de
0,06 o menos, y es típicamente construido de concreto.
Debido a la falta efectiva de reflexiones en una cámara anecóica, directamente en el campo se
llena la cámara y la relación entre el nivel de presión sonora y el nivel de potencia acústica
67
MINI CAMARA ANECOICA
cuando la fuente está montado en el plano reflectante es simplemente el cuadrado inverso de la
ley con la difusión de una directividad de dos.
Lpi(r )
Lw 20 log(r ) 8.0 DIi
Donde
LPI = Nivel de presión acústica en el micrófono
LW = Potencia acústica
r = Distancia desde la fuente al punto de recepción en metros
DLi = Indice de directividad de la fuente en la dirección del micrófono.
Cuando la fuente de sobre el plano reflectante es significativa (alrededor de 1/10-th longitud de
onda) esta relación ya no se sostiene: la fase de la reflexión y dirección de ondas se debe tener
en cuenta para ciertas circunstancias:
Para razones de prácticas, las cámaras semianecoicas son a menudo preferidas cuando el equipo
bajo prueba es de gran peso.
La reducción de ruido de una cámara bien diseñada y bien construida suele ser de al menos
numéricamente igual a la pérdida de transmisión de sonido del armazón de los componentes. Por
lo tanto, el interior de niveles de presión sonora es el enésimo de un tercio de octava de banda
Lp, IN; i
Lp, out; i TLi
68
MINI CAMARA ANECOICA
La insolación de la cámara anecóica puede verse comprometida si es demasiado grande o
demasiado numerosas las penetraciones que se utilizan, o si las penetraciones no están
debidamente diseñados para el control del ruido.
El acompañamiento de transmisión puede también llevar a cabo cantidades significativas de
niveles de presión sonora de 10 dB o más.
CALIFICACIÓN
Una serie de extraer pruebas de distancia son encomendadas para la norma de precisión de
calidad para identificar áreas en las que la propagación del sonido no se ajusta a la ecuación
anterior o a un grado aceptable. Un mayor grado de desviación es permitido en una cámara
semianecoica que en una cámara anecóica
Para las pruebas de potencia de calidad acústica para es el principal procedimiento de
calificación. Es con el fin de llevar acabo una medición de presión sonora en una fuente de
sonido de referencia y tomar nota de las diferencias en la potencia acústica calculado fuera de la
red de medición. El máximo permisible del medio ambiente que es factor de corrección para esta
medida es de 2 dB.
MEDICIÓN DE SUPERFICIES
Para el grado de precisión de medición de potencia acústica de una cámara semi esférica se
requiere una red de 10 micrófonos. El radio del hemisferio se requiere no menos de dos veces la
dimensión característica de la fuente
Para pruebas de medición de potencia acústica se requiere un paralelepípedo rectangular (es
decir, una caja rectangular) esto es para mediciones de la superficie. La red se ajusta más o menos
conforme alrededor de la fuente a una distancia de (normalmente) 1 metro, pero menos que el
plan de las dimensiones de los equipos bajo prueba. Para las máquinas, esto proporciona una
considerable reducción en el tamaño de la cámara necesaria.
69
MINI CAMARA ANECOICA
Es habitual permitir un 1/4 de longitud de onda entre el micrófono y la cuña, aunque en algunos
casos (como con una fuente de ruido de banda ancha) puede ser posible calificar a la habitación
con micrófono situado más cerca de la cuña.
VENTAJAS DESVENTAJAS DE LA CÁMARA SEMI ANECOICA
Mayor directividad de información de la fuente (sobre todo para las pequeñas fuente de altura con
relación a longitud de onda)
Moderadamente alto grado de exactitud de medición
Relativamente costosa, debe ser cuidadosamente calificada la cámara, en el orden de 20 * 20 * 10
pies (para la prueba a 100 Hz) para fuentes de sonido pequeño y grande con el aumento de
tamaño de la fuente y la disminución de frecuencia de ensayo
Una cámara semianecoica es menos costosa que una cámara anecóica
Gran número de posiciones de micrófono requiere un gran número de micrófonos, multicanales
simultáneos debe ser considerado en el laboratorio donde el rendimiento es importante.
ESTÁNDARES DE LA INDUSTRIA
ANSI S12.35: Métodos de precisión para la determinación de niveles de potencia acústica de
fuentes de ruido en anecóica y Semianecoica Habitaciones
ISO 3745: Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido - Métodos de
precisión para anecóica y semianecoica Habitaciones
ANSI S12.34: Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido para
esencialmente libre de las condiciones sobre el terreno durante un plano reflectante.
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MINI CAMARA ANECOICA
ISO 3744: Determinación de los niveles de potencia acústica de fuentes de ruido - Métodos de
ingeniería para la libre-más de las condiciones sobre el terreno un plano reflectante
ANSI S12.10: Medición y Designación de ruido emitido por computadora y equipo del negocio
ISO 7779: Medición del ruido aéreo emitido por computadora y equipo del negocio
ECMA 74: Medición del ruido aéreo emitido por la tecnología de la información y equipo de
telecomunicaciones.
SIMULACIÓN DEL CAMPO SONORO DENTRO DE LA CÁMARA
Se realiza con el fin de conocer la desviación del SPL respecto de la ley del inverso cuadrado
(ΔL), comparar esta con lo establecido por la norma ISO 3745 y adicionalmente conocer la
homogeneidad del campo sonoro dentro de la sala. Considerando que el recinto es altamente
absorbente las ecuaciones utilizadas habitualmente como las de Olson, Sun y Dudano son
apropiadas, por tanto es necesario basarse en otros criterios como:
Teoría Fuente-Imagen (Wang-Cai 1988)
El método basado en Función de Transferencia para un ancho de banda determinado (CunefareBadertscher-Wittstock 2006).
ISO 3745
Especifica los métodos para la medición de los niveles de presión acústica sobre una superficie de
medición que envuelve una fuente de ruido en cámaras anecoicas y semi anecoica, con el fin de
determinar el nivel de potencia acústica o nivel racional de la energía producida por la fuente de
ruido. It gives requirements for the test environment and instrumentation, as well as techniques
for obtaining the surface sound pressure level from which the sound power level or sound energy
level is calculated, leading to results which have a grade 1 accuracy. Da necesarios para el
71
MINI CAMARA ANECOICA
entorno de prueba e instrumentación, así como las técnicas para la obtención de la superficie de
nivel de presión sonora a partir de la cual el nivel de potencia acústica de sonido o nivel de
energía se calcula, lo que lleva a resultados que tengan un grado de precisión 1.
Los métodos especificados en la norma ISO 3745: son adecuados para las mediciones de todos
los tipos de ruido.
El tamaño máximo de la fuente sometida a ensayo depende de la radio de la esfera hipotética (o
hemisferio) utilizado como la superficie de medición que envuelve.
MÉTODO BASADO EN LA TEORÍA FUENTE-IMAGEN
Esta teoría resuelve la ecuación de onda incluyendo únicamente la presencia de las reflexiones de
primer orden, es importante especificar las dimensiones y la forma del recinto, el coeficiente de
absorción sonora y la frecuencia de corte inferior de la cuña utilizada.
El método de cálculo para un tono puro emitido por la fuente sonora está basado en la teoría de
rayos, se suma la energía aportada por el sonido directo y por cada reflexión de primer orden, las
demás reflexiones son despreciadas ya que tienen un nivel muy bajo debido a la absorción del
recinto, la ΔL para este método está dada por la siguiente ecuación.
Donde
Pm = Amplitud de la presión sonora del sonido directo
72
MINI CAMARA ANECOICA
ro = Distancia de la fuente al receptor p, es la suma de las presiones de las reflexiones de primer
orden y la señal directa.
MÉTODO BASADO EN LA FUNCIÓN DE TRANSFERENCIA
Básicamente analiza la cámara anecoica como un sistema, en el cual la señal de entrada esta dada
por la fuente sonora y la señal de salida es la que llega al receptor, este método utiliza no solo una
señal seno, sino un ancho de banda determinado (como suele ser una medición real).
También considera que el análisis de ΔL para campo libre mediante el método de Fuente-Imagen
no es suficiente para calificar el recinto; la ΔL para este método está dada por la siguiente
ecuación.
Donde
Req= es el coeficiente de reflexión a incidencia normal
r1 = es la distancia de la fuente al receptor
r2 = es la distancia recorrida por la primera reflexión
kΔr= es un factor que determinara la fase entre las 2 señales (la de entrada y la de salida)
b= es una constante de proporcionalidad para las bandas de frecuencia.
73
MINI CAMARA ANECOICA
8. RESULTADOS EXPERIMENTALES
En la figura 33 se muestra la ubicación de la mini cámara anecóica dentro del laboratorio de
acústica.
PASILLO
CAMARA
ANECÓICA
CABINA
DE
AUDIO
ESTUDIO
CABINA
DE
VIDEO
LOBBY
MINI
CAMARA
ANECÓICA
Fig 33
74
MINI CAMARA ANECOICA
En la figura 34 se muestra como esta construida la mini cámara anecóica, las especificaciones de
los materiales se muestran posteriormente (muros, piso y plafón).
A continuación se muestra los materiales con los que esta construida la mini cámara anecóica.
75
MINI CAMARA ANECOICA
MUROS
Los muros son de tabla roca y están flotados, tienen una separación de 10 cm entre si la cual esta
cubierta con material absorbente.
TABLA ROCA DOBLE CAPA DE 13
MM DE ESPESOR
POSTE METALICO DE LÁMINA
GALVANIZADA
AISLANTE ACUSTICO
RECUBRIMIENTO DE
CERAMICA O SIMILAR CON
PEGA AZULEJO
MEMBRANA IMPERMIABLE
CANAL METALICO DE LÁMINA
GALVANIZADA
Fig 35. Aislamiento de los muros de la cámara anecoica
76
MINI CAMARA ANECOICA
PLAFON
El plafón de la cámara anecoica es flotante y esta construido como se muestra en la figura.
Fig 35. Aislamiento de plafón
PISO
El piso de la cámara anecoica es flotante al igual que el plafón y esta construido como se muestra
en la figura.
Fig 36. Aislamiento de piso
77
MINI CAMARA ANECOICA
Posteriormente se colocara una capa de material absorbente (cuñas) para evitar reflexiones, se
colocara una malla de acero delgado debido a que la cámara se utilizara para fuentes no muy
pesadas.
Fig 37. Piso de una cámara anecóica
La siguiente figura muestra la terminación de la mini cámara anecóica. Las cuñas son de material
absorbente en este caso son de poliuretano, sus dimensiones son de longitud 20 cm, de ancho 10
cm, su colación son dos horizontales y tres verticales, las cuñas también serán colocadas en el
piso y para evitar el contacto con ellas se colocara una malla de acero delgado que soporte el peso
de 150 kg/m2.
78
MINI CAMARA ANECOICA
MINI
CAMARA
ANECÓICA
LOBBY
Fig 38. Detalle en planta de la mini cámara anecóica.
79
MINI CAMARA ANECOICA
CALCULO DEL CORTE DE LA CUÑA
Proponemos las siguientes medidas de la cuña debido a que la cabina es pequeña. Como
resultado nos da un buen nivel de absorción.
10cm
20 cm
=0.20mx4
=0.80m
c= *f
=
Los cálculos para obtener las siguientes graficas de absorción de ruido de la mini
cámara anecóica sin el material absorbente se realizaron con un sonómetro Bruel
& kjaer BK- 2239.
80
MINI CAMARA ANECOICA
NIVEL DE RUIDO OBTENIDO EN LAS MEDICIONES DE LA CAMARA EN
PONDERACION “A”
dB
16
57
20
47
25
47
31.5
42
40
51
50
41
63
39
80
43
100
32
125
25
232
32
250
23
NIVEL DE RUIDO DE CAMARA
EN PONDERACION A
dB
HZ
60
50
40
30
20
10
0
16
20
25
31.5
40
50
63
80
100
125
232
250
HZ
TOTAL HZ = 58 dB
81
MINI CAMARA ANECOICA
NIVEL DE RUIDO OBTENIDO EN LAS MEDICIONES
PONDERACION “A” slow
Hz
16
20
25
31
40
50
63
80
100
125
160
200
250
315
400
Hz
500
630
800
1K
1.25 K
1.6 K
2K
2.5 K
3.15 K
4K
5K
6.3 K
8K
10 K
12.5 K
dB
1
0
2
2
3
8
12
10
10
10
2
2
2
2
2
DE LA CAMARA EN
dB
2
2
2
1
2
3
4
5
6
7
7
7
7
7
7
6.…
4K
2.…
1.…
10 K
Hz
1K
630
400
250
160
100
63
40
25
900
800
700
600
500
400
300
200
100
0
16
dB
NIVEL DE RUIDO DE LA CAMARA EN
PONDERACION A SLOW
TOTAL HZ = 22dB
82
MINI CAMARA ANECOICA
9. CONCLUSIÓN
En los recintos cerrados cuando una onda sonora incide sobre una superficie se da un efecto de
reflexión, la onda se aleja de la superficie; y un efecto de absorción, que absorbe parte de la
energía mecánica de la onda tras el impacto contra la superficie en cuestión. En una cámara
anecóica o semianecoica esto no ocurre ya que es una sala especialmente diseñada para absorber
el sonido que incide sobre sus paredes, suelo y techo, anulando los efectos de reflexión, eco y
reverberación del sonido.
Una cámara semianecoica es un recinto que satisface la condición de comportamiento sonoro del
campo libre, por tanto requiere un tratamiento absorbente especial y asimismo debe garantizar un
adecuado aislamiento a ruido y vibraciones.
La cámara requiere un tratamiento absorbente especial para sus 6 superficies internas, consistente
en cuñas de fibra de vidrio o lana mineral.
Las mediciones efectuadas dentro de las cámaras semianecoicas muestran que se puede utilizar
incluso para casos de muy exigentes mediciones acústicas. Utilizar un sistema de absorción mixto
con cuñas híbridas garantiza una absorción sonora muy estable y lo suficientemente alta para
lograr la condición anecóica.
El aislamiento a ruido de la cámara se diseña con base en una curva NC15 respecto de un
“espectro sonoro de tráfico urbano medido en la ciudad de México”, ya que es un nivel de ruido
considerado como alto, por tanto garantiza un adecuado cálculo de TL, para un recinto
metrólogico que debe cumplir la condición de ser muy silencioso.
Los antecedentes de mediciones de ruido se consideran que han sido posibles para atenuar el
ruido.
83
MINI CAMARA ANECOICA
Es preciso tener un ruido de fondo inferior de 6 dB NPS medidos, siendo aconsejable que se
llegue hasta una diferencia de 12 dB.
Hay dos tipos de cámaras anecóicas: las cámaras completamente anecóicas, con material
absorbente en todas sus superficies (techo, paredes laterales y suelo) y las cámaras semianecoicas
en las que el material absorbente recubre las paredes laterales y el techo. Para poder transitar y
realizar medidas acústicas en su interior, se ha desmantelado el material absorbente que recubre
el suelo, convirtiendo nuestra cámara en una cámara semianecoicas.
La efectividad de una cámara semianecoica se mide en dB de rechazo (la relación entre el sonido
directo y el sonido reflejado dentro de un recinto). Una cámara debería proporcionar un rechazo
mayor a 80 dB entre 80 Hz y 20 KHz, lo cual es excelente para una cámara de tamaño mediano.
Para medir las críticas octavas medias y superiores, una cámara anecóica o semianecoica sigue
siendo la única herramienta verdaderamente confiable para realizar mediciones precisas.
En ellas podemos estudiar todo tipo de simulaciones acústicas, y también nos son útiles para
encontrar los diagramas de directividad de los altavoces.
84
MINI CAMARA ANECOICA
10. BIBLIOGRAFÍA
Los elementos de ingeniería acústica
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Segunda edición
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