UNIDAD N°9: RUIDO: NIVELES DE OCTAVA Un ruido es un sonido o conjunto de sonidos mezclados y desordenados. Las ondas de un ruido se caracterizan por no tener una longitud de onda, frecuencia ni amplitud constantes y sí por distribuirse aleatoriamente unas sobre otras. El ruido puede no ser percibido al propagarse en longitudes de onda que el oído humano no puede captar o a causa de la lejanía del punto emisor. Se define entonces el concepto de sonoridad como la magnitud percibida del sonido, es decir, como el hecho de que el oyente lo integre. Del mismo modo, la sonoridad de un ruido puede ser percibida de forma diferente por diversas personas, resultando molesto para unas y no para otras; por ello, además de los aspectos físicos asociados a su medida deben considerarse los efectos fisiológicos y psicológicos individuales. A partir de las magnitudes físicas estudiadas en el apartado anterior, se pueden definir nuevos conceptos útiles para el análisis del ruido BANDAS DE OCTAVA El oído humano, al asimilar un ruido, lo que realmente capta es una suma de todas las ondas sonoras que lo constituyen. Estas ondas pueden tener diferente amplitud y frecuencia, de manera que su superposición da lugar a una onda sonora resultante más compleja (figura 9.11). Así, se dice que el ruido que percibimos está compuesto por un rango de frecuencias que pueden analizarse independientemente. Se introduce de esta manera el concepto de banda de octava. 1 Una banda de octava es una región de frecuencias de todo el espectro, normalmente el audible, entre 20 y 20000 Hz, que se suele dividir en diez partes o bandas con las siguientes características (figura 9.12): La banda viene definida por su valor central, siendo los más utilizados los valores correspondientes a 31,5, 63, 125, 250, 500, 1000, 2000, 4000, 8000 Y 16000 Hz. Cada valor mantiene una relación 2:1 con el anterior, es decir, vale el doble que el valor anterior y la mitad que el siguiente. La frecuencia central de la banda de octava se obtiene calculando la media geométrica de las frecuencias extremas, es decir, aplicando la siguiente fórmula En referencia al ruido ambiental, y cuando sea necesario realizar un análisis por frecuencias, en general basta con analizar el nivel en cada banda de octava entre la de los 63 Hz y la de los 4000 Hz. CURVAS DE PONDERACIÓN La respuesta del sistema auditivo frente al ruido no es lineal, sino que los tonos más graves (frecuencias más bajas) son atenuados o filtrados, por lo que resultan menos molestos que los tonos agudos o de frecuencias altas. En los equipos utilizados para el estudio y medición del ruido se intenta imitar el funcionamiento del oído humano, y se emplean unos filtros que atenúan el peso relativo de diferentes frecuencias del sonido, siguiendo unas curvas denominadas Curvas Standard de Ponderación Los filtros que se utilizan para la medición son: • El filtro tipo A, que atenúa frecuencias por debajo de los 1000 Hz de manera progresiva y que actúa de manera similar a como lo hace el oído humano. Este es el filtro más utilizado. • Los filtros tipo B, C y D. El B filtra frecuencias por debajo de los 500 Hz y por encima de 3000 Hz. El C filtra frecuencias por debajo de los 50 Hz y por encima de 3000 Hz. El D se utiliza para filtrar el sonido de los aviones. Estos filtros no se utilizan demasiado en la actualidad. 2 A partir de las curvas de ponderación se pueden obtener los valores de presión sonora (Lp) asociados a cada filtro. Así, si queremos analizar un ruido continuo que no varíe mucho con el tiempo, es decir, un ruido de fondo, el parámetro que debemos utilizar es esta presión asociada al filtro correspondiente (LpA,B, ... ). Ejemplo: un sonido es emitido a una frecuencia de 50 Hz y se registra mediante un equipo de medida acústica con filtro B. El resultado de esta medida da un nivel de presión sonora de 60 dB. ¿Qué presión sonora percibiría nuestro oído? Se puede suponer que un filtro A se comporta de forma similar a la de nuestro oído. La presión sonora real sin filtrar será de 72 dB ya que: 3 Para esta misma frecuencia, la atenuación en un filtro A será de -30 dB, por lo que la presión sonora que captará nuestro oído será de: 72 dB - 30 dB = 42 Db Si la frecuencia es de 50Hz y el equipo de medición tiene un filtro de tipo B, el nivel de atenuación del sonido será de -12 dB Nivel de presión real (sin atenuar) - 12 dB atenuados por un filtro B = 60 dB medidos con un equipo con filtro B. Por lo tanto, el nivel de presión real, sin atenuar, será de:' 60 dB+ 12dB = 72db NIVEL DE PRESIÓN SONORA EQUIVALENTE (LAE LEQ LAEQ,T) Cuando un ruido no se produce de manera continua, sino que su duración abarca un período de tiempo determinado y, durante este tiempo, la presión sonora fluctúa aleatoriamente, no podemos utilizar el parámetro LpA. Se hace necesario introducir un nuevo concepto, el nivel de presión sonora equivalente (representada por LAE, Leq o LAEQ,T), que se define como la presión sonora que tendría un sonido con la misma energía en el mismo intervalo de tiempo, pero que se produjera de manera continua. Para calcular su valor, se pueden hacer aproximaciones que consideren un valor continuo de presión sonora en cada intervalo de tiempo considerado Donde: LAE = nivel de presión sonora equivalente, dB. N = n° de intervalos considerados. L¡ =nivel de presión sonora en cada fracción de tiempo NIVEL DE CONTAMINACIÓN ACÚSTICA El nivel de contaminación acústica es un parámetro que considera las molestias provenientes de la oscilación del nivel de presión acústica respecto al valor medio de dicha presión sonora. Se calcula mediante la siguiente fórmula: Donde la desviación estándar equivale a: 4 RUIDO ROSA El ruido rosa es aquel que no está filtrado en ninguna banda de octava, es decir, presenta la misma presión sonora para cada banda ÍNDICES ESTADÍSTICOS Los índices estadísticos se utilizan mucho en el análisis de los niveles acústicos. Estos índices representan el tanto por ciento del tiempo de observación que el ruido ha superado un cierto nivel de presión sonora. Así, si queremos conocer a partir de qué presión sonora se tienen, en un 10 del tiempo total de observación, valores superiores de presión, se indica con el parámetro L A10. SUMA y RESTA DE DECIBELIOS En el estudio de los niveles de presión sonora producidos por una o varias fuentes sonoras, se hace necesario localizar el origen del ruido, conociendo el papel que cada fuente representa en una situación de contaminación acústica general, y calculando la influencia que tiene el ruido de fondo. En estos estudios, surge en ocasiones la necesidad de restar de la medida acústica algún valor individual y conocido de alguna fuente determinada. En otros casos, se plantean cálculos acústicos en el diseño de carreteras, industrias, zonas de ocio, etc... Intentando predecir el efecto que estos cambios pueden generar en la población. De esta manera, a la medida del ruido general existente debe sumarse una aportación con un valor supuesto, obteniendo así resultados importantes que deben considerarse a la hora de estimar la viabilidad de la obra. Las sumas y restas de niveles de presión acústica no pueden realizarse de manera aritmética, ya que se está utilizando una escala logarítmica. La operación utilizada tiene la misma base que la que se emplea en el cálculo de niveles de presión sonora equivalente, pero en este caso se considera el número de fuentes (n) que deben sumarse y no el número de intervalos de tiempo. La expresión es la siguiente: Si se quiere restar algún valor, simplemente añadimos un término más, pero cambiado de signo. En la práctica, la suma y resta de decibelios se efectúa de forma gráfica. 5 6 Para efectuar el método gráfico se siguen los siguientes pasos: - Se calcula la diferencia entre los dos valores. El valor obtenido se localiza en el eje de abscisas (eje horizontal) del gráfico correspondiente para la suma o para la resta, según la operación que se quiera realizar. Se traza una línea vertical hasta encontrar la curva y con una línea horizontal se encuentra el valor de la ordenada (eje vertical) correspondiente. El valor obtenido se suma al nivel de presión mayor en el caso de la suma o se resta a este mismo nivel de presión en el caso de la resta, para obtener el resultado final. Ejemplo 1: En una oficina se conectan 5 ventiladores al mismo tiempo, que emiten un nivel de presión sonora de 49 dBA. El exceso de ruido recomienda desconectar uno de ellos, cuya presión sonora individual es de 42dBA. Calcular el nivel de presión sonora resultante. - Resolución gráfica: La diferencia de los dos niveles de presión sonora a restar es: 49 dBA - 42 dBA = 7 dBA. Trasladando el resultado al eje de abscisas del gráfico para la resta de decibelios obtenemos el valor correspondiente del eje de ordenadas: Si la diferencia entre los dos niveles de información a restar es de 7 dB, la disminución en dB a añadir al valor más elevado es de 1 dB. El valor obtenido se resta del valor total para obtener el valor correspondiente a 4 ventiladores en funcionamiento: 49 dBA - 1 dBA = 48 dBA. 7 Resolución mediante la fórmula: La resolución teórica es la siguiente: Ejemplo 2: Dos fuentes sonoras 1 y 2 emiten un sonido cada una al mismo tiempo. 1: Lp2=90dB 2: lp1=80dB ¿Cuál será el nivel de presión sonora total? - Resolución gráfica: La diferencia de los dos niveles de presión sonora a sumar es: Lp2 - Lpl = 90 dB - 80 dB = 10 dBA. Trasladando el resultado al eje de abscisas del gráfico para la suma de decibelios obtenemos el valor correspondiente del eje de ordenadas Si la diferencia entre los dos niveles de información a sumar es de 10 dB, el aumento en dB a añadir al valor más elevado es de 0,4 dB. Gráficamente obtenemos el valor de 0,4 dB que sumado al valor máximo resulta el valor total del nivel de presión: 90 dB + 0,4 dB = 90,4 dB Resolución mediante la fórmula: 8
