Tema 3 PDF - Introducció al Soroll

Introducció al soroll Rosa Laboria Vallés Riscos físics ambientals Riscos físics ambientals Introducció al soroll Índex Introducció...

Introducció al soroll Rosa Laboria Vallés Riscos físics ambientals Riscos físics ambientals Introducció al soroll Índex Introducció 5 Objectius 7 1 Conceptes bàsics d’acústica 9 1.1 El so i el soroll.......................................... 10 1.2 Qualitats del so.......................................... 11 1.2.1 Els tons.......................................... 11 1.2.2 La intensitat del so.................................... 12 1.2.3 Timbre.......................................... 12 1.3 La física acústica......................................... 13 1.4 Magnituds i unitats acústiques.................................. 13 1.5 Nivell de pressió sonora...................................... 14 1.6 L’escala logarítmica........................................ 16 1.6.1 Nivell pic de pressió sonora............................... 18 1.7 Operacions amb decibels..................................... 19 1.7.1 Addició de nivells sonors................................. 19 1.7.2 Resta o diferència de nivells sonors........................... 21 1.8 La freqüència sonora....................................... 22 1.8.1 El període......................................... 22 1.8.2 La longitud d’ona..................................... 24 1.9 Anàlisi de freqüències...................................... 25 1.9.1 Les bandes de freqüència................................. 26 1.10 Les escales de ponderació.................................... 29 1.10.1 Corbes d’igual sensació sonora............................. 30 1.11 Càlcul del nivell sonor ponderat a partir de l’espectre...................... 32 1.12 Tipus de soroll.......................................... 34 2 Efectes del soroll sobre l’organisme. Vigilància de la salut 35 2.1 Fisiologia de l’audició...................................... 35 2.1.1 Procés auditiu....................................... 37 2.2 Camp auditiu........................................... 38 2.2.1 Zona conversacional................................... 39 2.3 Efectes del soroll sobre la salut.................................. 39 2.3.1 Efectes auditius del soroll................................ 40 2.3.2 Característiques de la pèrdua auditiva d’origen laboral................. 45 2.3.3 Efectes no auditius del soroll............................... 47 2.3.4 Riscos col·laterals associats a l’exposició laboral al soroll............... 48 2.4 Vigilància de la salut....................................... 50 2.5 Control de la funció auditiva................................... 52 2.5.1 Programa de vigilància de la salut............................ 53 2.5.2 Audiometries....................................... 54 Riscos físics ambientals Introducció al soroll 3 Marc normatiu sobre el soroll 57 3.1 Normativa d’immissió de soroll................................. 57 3.1.1 Què cal fer si ha risc d’exposició al soroll?....................... 59 3.1.2 Valors límit i valors que donen lloc a una acció..................... 59 3.1.3 Com s’ha de portar a terme l’avaluació de l’exposició laboral al soroll?........ 61 3.1.4 Quins mètodes i instruments de mesurament s’han de fer servir?............ 61 3.1.5 Quina informació/formació s’ha de portar a terme?................... 62 3.1.6 Els treballadors, tenen dret a ser consultats i a participar en qüestions relacionades amb l’exposició laboral al soroll?............................... 63 3.1.7 Quina vigilància de la salut s’ha de portar a terme i qui la costejarà?.......... 63 3.1.8 La normativa preveu exempcions?............................ 66 3.1.9 Hi ha terminis especials d’aplicació del Reial decret 286/2006?............ 67 3.2 Normativa d’emissió de soroll.................................. 67 3.3 Normativa sobre protecció auditiva individual.......................... 68 3.3.1 Comercialització dels equips de protecció individual.................. 68 3.4 Normativa sobre protecció dels edificis davant el soroll..................... 69 3.5 Normativa sobre confort acústic................................. 71 3.6 Normativa sobre metrologia................................... 72 3.6.1 Llei 3/1985, de 18 de març, de metrologia........................ 74 3.6.2 Ordre de 16 de desembre de 1998 (Ministeri de Foment)................ 75 3.6.3 Reial decret 889/2006.................................. 75 3.6.4 Ordre ITC/2845/2007.................................. 76 3.6.5 Disposicions transitòries. Sonòmetres i calibradors acústics en servei......... 76 3.7 Pla de prevenció davant el soroll................................. 77 Riscos físics ambientals 5 Introducció al soroll Introducció El soroll és un agent físic que cada cop està més present en la vida diària. L’augment de la població humana, l’increment del trànsit de vehicles i la in- dustrialització han comportat un augment del nivell sonor especialment en el lloc de treball de moltes persones. La complexitat creixent dels processos productius, la ràpida mecanització, l’ús de màquines cada cop més pesants i el desenvolupament de ritmes de producció més ràpids fan que aquest agent físic sigui el que actualment estigui més estès en el món laboral. Com a conseqüència del soroll en l’ambient laboral es pot produir sordesa en alguns treballadors i altres patologies auditives i no auditives, com neuràlgies, trastorns hormonals, trastorns digestius, etc. El soroll és el risc higiènic que es troba en qualsevol activitat laboral, per aquest motiu és molt difícil conèixer el nombre de treballadors que estan exposats al soroll. Un de cada cinc treballadors europeus han d’elevar el volum de la seva veu la meitat del temps que passen al seu lloc de treball i aproximadament un set per cent tenen dificultats auditives. No hi ha estudis sobre l’impacte econòmic de la pèrdua auditiva a Europa, però el director de l’Agència Europea per a la Salut i la Seguretat en el Treball, en una entrevista efectuada amb motiu del llançament de la campanya sobre exposició al soroll en el treball, indicava que la pèrdua auditiva com a conseqüència del soroll té un cost anual d’uns 160 milions d’euros i és la segona causa més important de la despesa en concepte de pensions de discapacitat i rehabilitació, darrere de la silicosi. Al l’Estat espanyol, per fer front a aquests riscos, s’han produït una sèrie de canvis legislatius, concretament s’ha transposat la Directiva 2003/10/ CE en el Reial decret 286/2006, de 10 de març, i s’ha elaborat la seva guia tècnica. L’RD 286/2006, la seva guia tècnica i l’altra normativa relacionada, s’explica en aquesta unitat didàctica, en el nucli d’activitat “Normativa sobre el soroll”. Però per entendre què és el soroll i com es caracteritza físicament, es fan una sèrie d’explicacions i es poden un seguit d’exemples en el nucli d’activitat “Conceptes bàsics d’acústica”. També s’expliquen prèviament, en el nucli d’activitat “Efectes del soroll sobre l’organisme. La vigilància de la salut”, la fisiologia de l’oïda humana, els efectes del soroll auditius i no auditius sobre l’organisme humà, i com fer vigilància de la funció auditiva. Per treballar els continguts d’aquesta unitat didàctica, és convenient anar fent les activitats i els exercicis d’autoavaluació i llegir els annexos. En el cas del nucli d’activitat “Efectes del soroll sobre l’organisme. La vigilància de la salut”, compteu amb el recurs de contingut que ampliarà la informació de com portar a terme la vigilància de la salut. Riscos físics ambientals 7 Introducció al soroll Objectius En acabar la unitat didàctica, heu de ser capaços del següent: Identificar el soroll ambiental, present en els processos de producció de béns i serveis, segons els tipus de treball i els processos. Relacionar el soroll ambiental amb les característiques energètiques, les fonts d’emissió i les formes de transmissió. Relacionar els riscos derivats de l’exposició a soroll ambiental amb els efectes que poden provocar sobre la salut. Interpretar les conseqüències fisiològiques, psíquiques i laborals, originades pels riscos derivats de l’exposició a soroll ambiental, sobre la salut de les persones. Valorar les implicacions econòmiques i socials, a les empreses i a la societat, dels efectes provocats pels riscos derivats de l’exposició a soroll ambiental, a partir de dades estadístiques i econòmiques. Interpretar la normativa general, els nivells màxims d’exposició, els criteris interns d’empresa i els procediments de treball establerts en relació amb l’exposició a soroll ambiental, a partir de manuals i documents normatius. Determinar el contingut i el procés de recollida de la informació documental i personal necessària per identificar els riscos derivats de l’exposició a soroll ambiental. Identificar els riscos derivats de l’exposició a soroll ambiental presents, a partir de la informació dels llocs de treball, el grau d’idoneïtat dels mètodes i procediments de treball, les desviacions observades entre els procediments reals i els normalitzats, i els instruments i procediments adequats per identificar-los. Interpretar el contingut i la funcionalitat de les tècniques, els instruments i els procediments per mesurar i enregistrar el soroll ambiental a partir de manuals i informació tècnica. Riscos físics ambientals 9 Introducció al soroll 1. Conceptes bàsics d’acústica Per entendre i aplicar adequadament la legislació sobre els riscos relacionats amb l’exposició al soroll, és necessari conèixer una sèrie de conceptes relacionats amb la física acústica i la manera com l’oïda humana percep els sons. En higiene industrial només interessen per al seu estudi els sons nocius per a la salut humana, que són el que anomenem sorolls i que estan dins un rang de freqüències concret. L’oïda humana no percep de la mateixa manera tots els sorolls. Segons la seva freqüència es produeix una atenuació per part del sistema auditiu, per la qual cosa, per portar a terme una avaluació del risc per exposició al soroll, s’han de ponderar les freqüències que rep el treballador segons uns valors de ponderació estandarditzats. En acústica es treballa amb una eina matemàtica que són els decibels, que només són el resultat de fer el logaritme de la pressió sonora que produeix l’ona i que s’anomenen nivells de pressió sonora. Treballar en decibels fa que una diferència petita de valors en decibel impliqui una variació considerable del valor de pressió sonora. L’exposició laboral a nivells elevats de pressió sonora perllongats en el temps comporta riscos greus per a la salut, que es poden classificar en dos tipus: auditius i no auditius. El risc auditiu més greu és la pèrdua d’audició, que està tipificada com a malaltia professional i que rep el nom d’hipoacúsia tonal liminar per exposició laboral al soroll. D’efectes auditius n’hi ha molts. Alguns són l’estrès, interferències amb el son i interferències amb activitats mentals i psicomotores. Si hi ha un nivell sonor ambiental elevat, pot interferir en la comunicació, i això porta col·lateralment riscos de seguretat en l’exercici de l’activitat laboral. Per evitar lesions auditives irreversibles, és necessari i està tipificat per llei, portar a terme controls de la funció auditiva a tots els treballadors de risc a cost de l’empresari. La prova mèdica que controla l’audició s’anomena audiometria i la representació gràfica dels llindars d’audició en freqüències, audiograma. A l’Estat espanyol es va transposar la normativa europea sobre l’exposició laboral al soroll i es va recollir en el Reial decret 286/2006. En el Reial decret 286/2006 es recullen els valors límit d’exposició laboral al soroll que donen lloc a una acció i els valors límit absoluts. També s’estableixen les obligacions de l’empresari respecte al mesurament del nivell sonor ambiental i Riscos físics ambientals 10 Introducció al soroll l’obligació de formació, informació i vigilància de la salut per part de l’empresari dels treballadors de risc. Se n’ha elaborat la guia tècnica, que té com a finalitat l’aplicació dels dictàmens que estableix el Reial decret. A més a més del Reial decret sobre exposició laboral al soroll, s’han de tenir en compte les normatives sobre màquines que emeten soroll i les normatives sobre instal·lacions, edificis i activitats econòmiques. 1.1 El so i el soroll Habitualment el soroll es defineix com un so molest i desagradable. Però aquesta manera de definir-lo té una gran dosi d’ambigüitat, ja que pot considerar alguns sons com a agradables o desagradables en funció del receptor i de les seves circumstàncies puntuals. Per exemple, considerem la valoració paral·lela i diferent que poden fer dos grups d’individus relativa al soroll produït per una música estrident a elevades hores de la nit quan un grup vol dormir i l’altre grup es vol divertir. D’aquest exemple el que interessa destacar amb vista a l’avaluació higiènica és la consideració del soroll com un contaminant físic, una forma d’energia, que quan és present en el medi laboral pot afectar la salut dels treballadors que hi estan immersos. El soroll s’ha d’estudiar perquè, un cop conegut i valorat, es puguin portar a terme actuacions per eliminar-lo i minimitzar-lo a fi que no produeixi efectes perjudicials per a la salut del treballador. Per començar a estudiar una magnitud física, com hem dit que és el soroll, primer s’ha de definir. En primer lloc, cal no confondre els termes so i soroll, encara que en el vocabulari comú de vegades es fa servir indistintament. Algunes de les millors definicions de soroll són: Conjunt de sons no agradables. Combinació de sons no coordinats que originen una sensació desagradable. Tot el grup de sons que interfereixen una activitat humana. So i soroll no són el mateix concepte. D’aquestes definicions podem deduir que el soroll és una apreciació subjectiva d’un so. Un mateix so es pot considerar molest o agradable segons la situació i la sensibilitat concreta de la persona i del context. Podem considerar el soroll com a format d’una part subjectiva, que és la Subjectivitat del so molesta, i d’una part objectiva, que és el so i que es pot quantificar. Riscos físics ambientals 11 Introducció al soroll D’altra banda, el so és un fenomen vibratori que, a partir d’una pertorbació inicial del medi on es produeix, es propaga per aquest medi en fer variar la pressió del medi per on passa agafant com a referència la pressió atmosfèrica. El soroll és un tipus de so, per la qual cosa els sorolls són un subconjunt dels sons que l’ésser humà pot percebre. De manera senzilla podem definir so com la vibració del medi que l’oïda humana pot percebre. El so es pot definir com els augments o les disminucions de la pressió atmosfèrica que pot excitar l’oïda humana. Aquests canvis de pressió poden situar-se entre 20 Hz i 20.000 Hz. El soroll és un fenomen acústic que es pot estudiar, analitzar i mesurar aplicant la física clàssica, amb magnituds que són independents de les sensacions sonores. Des del punt de vista físic, els conceptes de so i soroll són equivalents, és a dir, es refereixen al mateix fenomen. Però en higiene industrial només interessen els fenòmens que poden ser nocius per al treballador, per la qual cosa només s’hi estudien els sorolls. A la higiene industrial només l’interessen els sorolls, ja que són els que poden perjudicar el treballador. 1.2 Qualitats del so El so, i per tant el soroll, només tenen sentit quan són processats per l’oïda humana i la seva percepció ve determinada per com actua el sistema auditiu. Les principals qualitats que caracteritzen un so són el seu to (o freqüència d’ona), la seva intensitat i el seu timbre. 1.2.1 Els tons L’oïda humana és capaç de captar vibracions d’un ampli espectre de freqüències (aproximadament entre 20 i 20.000 hertzs), que és el que s’anomena marge d’au- diofreqüències, que determina l’anomenat espectre audible. Tradicionalment, aquest marge se subdivideix en tres franges: Tons de baixes freqüències. Els baixos, greus o tons greus són l’interval de les baixes freqüències que l’oïda humana és capaç d’interpretar. Aquest marge està comprès entre els 20 i 500 hertzs. Tons de freqüències mitjanes. Tons mitjans, freqüències mitjanes o mit- jans, són els que es corresponen amb l’interval de freqüències intermèdies Riscos físics ambientals 12 Introducció al soroll dins l’espectre audible. Aquest interval se situa entre els 300 i els 2.000 hertzs. Tons d’alta freqüència. Els aguts són els que componen la gamma d’altes freqüències de l’espectre audible. Aquest interval d’altes freqüències o tons aguts està comprès entre els 5.000 i 20.000 hertzs. 1.2.2 La intensitat del so La intensitat del so es defineix com la quantitat d’energia (potència acústica) que travessa per segon una superfície que conté un so. La intensitat depèn de l’amplitud de l’ona; com més amplitud d’ona, més elevada és la quantitat d’energia que genera i, per tant, més alta és la intensitat del so. La intensitat del so que es percep subjectivament s’anomena sonoritat i permet ordenar sons en una escala del més fort al més feble. La intensitat sonora disminueix amb la distància de la font. Disminueix 6 decibels cada vegada que es duplica la distància a què es troba la font sonora (llei de la inversa del quadrat). 1.2.3 Timbre El timbre és la qualitat del so que en permet distingir la font, perquè, a través del timbre, l’oïda humana és capaç de diferenciar dos sons de la mateixa freqüència (to) i intensitat. Així, el timbre és la qualitat del so que ens permet distingir la Un do emès per una flauta mateixa nota produïda per dos instruments musicals diferents. és diferent del do que emet una trompeta, ja que tenen harmònics diferents. Físicament, el timbre és la qualitat que confereixen al so els harmònics que acompanyen la freqüència fonamental. Aquests harmònics generen variacions en l’ona sinusoïdal base. Els sons simples o tons purs contenen una única freqüència. És el cas del diapasó de ganxo, utilitzat per afinar instruments. No obstant això, a la naturalesa no hi ha cap so pur, lliure d’harmònics. El teorema de Fourier afirma que qualsevol forma d’ona periòdica es pot descompondre en una sèrie d’ones (harmònics) que tenen una freqüència que és múltiple de la freqüència de l’ona original (freqüència fonamental). Així, els harmònics són múltiples de la freqüència fonamental, a la qual acompanyen. De vegades, com en el cas El timbre de veu ve determinat per la quantitat i la intensitat d’aquests harmònics. de l’oboè, els harmònics poden ser més alts que la mateixa nota fonamental. Els harmònics varien segons la font, segons el tipus d’instrument, segons el disseny de l’instrument i, fins i tot, segons la forma de tocar aquest instrument. En un sentit figurat, podríem afirmar que els harmònics són l’ADN de cada so. Riscos físics ambientals 13 Introducció al soroll 1.3 La física acústica Per regla general, el fenomen acústic s’inicia per la vibració mecànica d’un cos (font sonora o focus) que empeny les molècules de l’aire en contacte amb ell i produeix en aquella zona successives sobrepressions que es propaguen allunyant- se del focus, de manera que en qualsevol punt de l’espai separat del focus s’aprecia un pas successiu de fronts de sobrepressió i depressió. Físicament, el fenomen acústic és un transport d’energia mecànica, que rep el nom d’energia sonora. Les ones sonores no es propaguen en el buit. El so, i per tant també el soroll, es transmet per ones que necessiten un medi material per propagar-se (no es propaguen en el buit). Per tant, com que el soroll és un fenomen ondulatori, es pot estudiar per les lleis de la física ondulatòria, amb magnituds físiques objectives i independents de les sensacions sonores. Velocitat de propagació del so En condicions estàndard la La velocitat de propagació del soroll depèn del medi material on es transmet i de velocitat de propagació del so en les condicions ambientals: pressió i temperatura. diferents medis és: A l’aire: 340 m/s. A l’aigua: 1460 m/s. A la fusta: entre 1.000 i 5.000 m/s segons els tipus. 1.4 Magnituds i unitats acústiques Hi ha dues variables físiques fonamentals que modulen la sensació sonora que Es consideren condicions estàndard quan la pressió nosaltres percebem quan sentim un soroll: la intensitat de l’ona sonora i la atmosfèrica és de 1,013 · 105 Pa i la temperatura és freqüència de l’ona sonora. de 20 °C La intensitat de l’ona és la pressió que exerceix el so sobre l’orella en Des del punt de vista físic, els conceptes de so i soroll referència a la pressió atmosfèrica. La intensitat sonora també es pot són equivalents. anomenar pressió sonora i es mesura en pascals. La freqüència d’ona és el nombre d’ones produïdes pel so en un segon. La freqüència està relacionada amb el to del so. La unitat de mesurament de la freqüència és l’hertz, que es defineix com la inversa del segon: 1/s. Quan els paràmetres de freqüència i de nivell de pressió sonora són elevats, el so es converteix en un perill i es crea una situació de risc per a la salut i una situació desagradable. Riscos físics ambientals 14 Introducció al soroll 1.5 Nivell de pressió sonora En acústica, l’amplitud és la quantitat de pressió sonora que exerceix la vibració en el medi elàstic (aire). Així, l’amplitud determinarà la quantitat d’energia que conté un senyal acústic. No s’ha de confondre amplitud amb volum o potència acústica, malgrat que és cert que com més fort se sent un so més amplitud té, perquè s’exerceix una pressió més elevada sobre el medi. L’amplitud d’una ona és el valor màxim, tant positiu com negatiu, que pot arribar a adquirir l’ona sinusoide. El valor màxim positiu que pren l’amplitud d’una ona sinusoïdal rep el nom de pic o cresta. El valor màxim negatiu, ventre o vall. El punt on el valor de l’ona s’anul·la en passar del valor positiu al negatiu, o a l’inrevés, es coneix com a node, zero o punt d’equilibri (figura 1.1). Figura 1.1. Representació d’una ona amb els seus paràmetres característics. Quan es propaga una ona sonora per l’aire, s’origina una variació de pressió respecte a la pressió atmosfèrica existent. Aquesta variació de pressió és fàcilment mesurable i, com s’aprecia en la figura 1.2, el seu valor es pot representar mitjançant una funció d’ona. F i g u r a 1. 2. Representació gràfica de la funció d’una ona sonora Riscos físics ambientals 15 Introducció al soroll On: p(t) és el valor instantani de la pressió. ω és la freqüència angular calculada com a ω = 2 · n · f , amb unitats de radians per segon (rad/s), i on f és la freqüència de vibració de l’ona sonora en hertzs. L’expressió p(t) permet conèixer la pressió per a qualsevol valor de temps que considerem, però la seva utilitat és molt escassa si no podem expressar la pressió sonora amb un únic valor, ja que, per portar a terme l’avaluació del risc d’exposició laboral al soroll, la normativa ens proporciona valors límit absoluts, és a dir, un únic valor numèric de pressió i no una funció de possibles valors de pressió en funció del temps que transcorre. Un possible valor únic podria a prioriser el valor mitjà de la pressió expressat amb la fórmula de pressió mitjana: Z T 1 Pmitjana = · p(t) · dt T 0 On: T = 2π rad p(t) = po · sin ωt I si substituïm els corresponents valors de cada variable, obtenim la fórmula de la pressió mitjana en funció de la funció d’ona: Z 2π 1 Pmitjana = · Po · sin ωt · dt 2π 0 On: T = 2π rad p(t) = po · sin ωt Com que el valor de la funció d’ona varia de manera instantània, el valor de la pressió mitjana és massa inexacte per expressar en un sol valor la realitat sonora, per la qual cosa es va definir el valor eficaç (rms) de pressió sonora, El valor eficaç que s’expressa amb la fórmula següent: El valor eficaç (rms) és un paràmetre matemàtic genèric que es pot aplicar a qualsevol funció s Z T 1 i s’expressa com l’arrel quadrada Prms = · p2 (t) · dt de la integral de la funció T 0 elevada al quadrat que estem estudiant; en el nostre cas, la pressió sonora. Físicament, la pressió sonora es defineix com l’amplitud de les variacions Els pascals de pressió i, matemàticament, s’expressa com l’arrel quadrada del quadrat La pressió és una mesura de la força que s’exerceix sobre una del valor mitjà de les variacions de pressió, és a dir, s’han d’integrar els superfície. Matemàticament quadrats dels valors de pressió entre dos temps per als quals es calcula la s’expressa: p = Superf F orca ície. variació de pressió i el valor obtingut s’ha d’elevar al quadrat. Aquesta I si substituïm les magnituds físiques per les seves unitats en operació la fan instantàniament els aparells de mesurament d’ones. el sistema internacional de mesures tenim: I si substituïm els valors de: pascal = newton metre2 Riscos físics ambientals 16 Introducció al soroll p(t) = po · sin ωt T = 2π El valor de la fórmula del valor eficaç expressat per a la funció de pressió queda com s’indica en la fórmula de valor eficaç de la pressió a partir de la funció d’ona: r 1 R 2π Prms = (po · sin ωt)2 dt 2π 0 I fent els càlculs, s’obté un valor de pressió eficaç: po Prms = √ A partir d’ara, si no 2 s’expressa el contrari, el terme pressió acústica indica la pressió acústica Cal remarcar que l’energia sonora és proporcional al quadrat del valor eficaç de eficaç. la pressió, per la qual cosa la suma de les quantitats d’energia estarà relacionada amb la suma dels quadrats de les pressions eficaces. Aquest concepte s’aplica per obtenir la suma de diferents sorolls. El valor del temps d’integració ha de ser en segons i la unitat de mesurament de la pressió és en pascals (Pa). Quan s’especifica un valor de pressió sonora, s’ha d’indicar el temps d’integració que s’hi ha fet servir. Per conveni, s’han definit dos períodes d’integració Mesures slow i mesures identificats com a lent i ràpid (slow i fast). fast Els aparells de mesurament del El valor slow es refereix a un temps d’integració dels valors de pressió d’un segon. soroll, com els sonòmetres i els dosímetres, donen la possibilitat I el valor fast és per a un interval de temps d’integració de 125 mil·lisegons. de mesurar soroll ambiental en temps slow o en temps fast Aquests valors de temps es van prendre perquè l’oïda humana tarda entre 125 ms només prement un botonet de l’aparell. i 1 seg a reconèixer que hi ha un so i percebre’n la intensitat. L’oïda humana és capaç de detectar variacions de pressió acústica que van dels 2·10-5 Pa als 200 Pa. 1.6 L’escala logarítmica Una escala de pressions que a l’origen s’iniciï en 2 x 10-5 Pa i finalitzi en 200 Pa conté un rang tan elevat de valors que és totalment inadequada a nivells pràctics. Per això, es fa servir una eina matemàtica, anomenada decibel (dècima part del L’escala logarítmica és un artifici matemàtic i no una bel). característica del fenomen sonor. L’expressió matemàtica genèrica dels decibels és la fórmula següent. És el logaritme en base deu de la fracció quadràtica de dos valors, un és variable i l’altre El decibel és una constant, tot multiplicat per deu. La unitat per mesurar és el bel  2 (B), però com que és molt gran, s’utilitza normalment el seu dB = 10 · log XX0 submúltiple, el decibel (dB), per la qual cosa apareix el multiplicador deu en la fórmula Si ho apliquem als decibels referits a la pressió sonora obtenim la fórmula següent, de càlcul de decibels. en què simplement s’ha canviat la variable ics per la pressió sonora i el resultat és el nivell (level en anglès) de pressió sonora en decibels. Riscos físics ambientals 17 Introducció al soroll  2 p Lp = 10 · log p0 On: p: valor de la pressió sonora eficaç (prms), expressada en pascals. po : pressió de referència = 2·10-5 Pa. L p : nivell de pressió sonora expressada en decibels. El nom de nivell indica simplement que es tracta d’una escala logarítmica i, per tant, és necessari esmentar-ne el nom complet: nivell de pressió sonora, nivell de potència... No té unitats de mesurament. De l’expressió de decibels es pot deduir que els decibels no són un valor absolut, sinó que sempre es relaciona amb un valor de referència. En el cas de la pressió sonora, els 0 dB corresponen a una pressió de 2·10-5 Pa. Valors llindar de nivells de pressió sonora de l’oïda humana Calcularem els valors mínim i màxim que poden tenir els nivells de pressió sonora que l’oïda humana és capaç de detectar. Si sabem que el valor de pressió sonora més petit que distingim és 2·10-5 Pa, substituïm aquest valor en la fórmula del nivell de pressió sonora: 2 2 · 10−5  Lpmin = 10 · log = 0 dB 2 · 10−5 Si fem el mateix per al valor de pressió més gran que detectem, que és de 200 Pa:  2 200 Lpmax = 10 · log = 140 dB 2 · 10−5 El rang de treball en acústica queda reduït a una escala que va dels 0 dB (llindar d’audició) als 140 dB (llindar del dolor). Com que l’operador logarítmic només es pot aplicar a nombres, no a unitats, és necessari que l’operand no tingui unitats i és la raó per la qual sempre hi ha un valor de referència en qualsevol escala logarítmica. Treballar en decibels té els seus inconvenients: No es poden sumar aritmèticament dos o més nivells sonors, s’ha de fer de Equivalència entre pressió sonora (pascals) i decibels manera logarítmica. Una petita diferència en el valor de decibels correspon a una diferència important d’energia sonora, ja que estem treballant amb valors exponencials (invers del logaritme). De fet, un augment de 3 dB en el nivell de soroll implica el doble de l’energia que porta l’ona. Riscos físics ambientals 18 Introducció al soroll L’ús d’escales logarítmiques també té avantatges pràctics, sobretot perquè evita les operacions de multiplicar i dividir magnituds físiques, ja que si les magnituds estan expressades en decibels, només cal sumar-les o restar-les, segons el cas. 1.6.1 Nivell pic de pressió sonora De vegades és necessari saber el valor de pressió sonora màxim en un entorn laboral. Per calcular aquest valor es va definir el nivell pic com el valor més gran de pressió sonora instantani en un ambient concret. Per saber el valor pic, no s’han d’integrar els valors de pressió sonora entre dos temps, sinó que l’aparell simplement dóna el valor de pressió sonora més elevat dins el període de mesurament que vosaltres li digueu. El valor pic de pressió sonora també es pot expressar en decibels si s’aplica la fórmula matemàtica de decibels. En aquest cas, en el numerador es posa el valor de pressió sonora més elevat i en el denominador, el valor de pressió de referència, Valors de cresta més habituals és a dir, 2·10-5 Pa. Els sorolls industrials continus Pmàx 2   tenen valors de cresta entre 5 i 10 decibels i els sorolls d’impuls Lpic = 10 · log com els generadors o aparell Po colpejadors o que produeixen xocs tenen factors de cresta de fins a 30 dB. La diferència entre el nivell sonor i el nivell de pic s’anomena cresta del soroll i també s’expressa en dB. Expressió del nivell de pressió sonora Potència sonora Sempre que es mesuri un nivell de pressió sonora s’ha d’indicar la font o les fonts d’emissió de En la terminologia física, el so o el soroll són un transport d’energia mecànica, per la qual soroll i de l’entorn on es va fer el cosa es mesura en unitats de potència per unitat de superfície (W/m2 , és a dir, pressió), mesurament. però aquesta energia mecànica l’ha produïda una font sonora. La simple especificació d’un nivell de pressió sonora té poc En física, la quantitat d’energia sonora que emet una font per unitat de temps s’anomena significat. potència sonora i es mesura en watts (W). La potència acústica és determinada per la mateixa amplitud de l’ona, perquè com més gran és l’amplitud de l’ona, més elevada és la quantitat d’energia (potència acústica) que genera. La potència acústica és un valor intrínsec de la font i no depèn del local on es troba. El nivell de potència sonora és la percepció que té l’home de la potència acústica, que és el que coneixem com a volum. El nivell de potència acústica es mesura en decibels (dB). Les persones no perceben de manera lineal el canvi (augment/disminució) de la potència a mesura que s’acosten/allunyen de la font. La percepció de la potència és una sensació proporcional al logaritme d’aquesta potència, per tant, és una relació logarítmica   P LW = 10 · log Po On: P: valor de potència sonora expressada en Watts P o : potència de referència = 10-12 W Lw : nivell de potència expressada en decibels Riscos físics ambientals 19 Introducció al soroll O bé, per no confondre P de potència amb p de pressió, es pot anomenar la potència amb W, i quedaria:   W LW = 10 · log Wo La potència sonora indica la totalitat de l’energia sonora que radia una font i, per tant, és una característica pròpia de cada màquina. La pressió sonora està relacionada amb el flux d’energia sonora en un punt de l’espai i el seu valor dependrà de la quantitat d’energia radiada per la font d’emissió del soroll i de les característiques de la incidència o modificació que pateix el soroll en viatjar des de la font fins a un punt concret i, per tant, no és una magnitud adequada per caracteritzar fonts de soroll i sí per avaluar el nivell sonor que rep una persona. La pressió sonora és la magnitud per expressar el valor d’immissió de soroll que rep una persona. La potència sonora és la magnitud adequada per expressar el nivell sonor que emet una màquina. 1.7 Operacions amb decibels Les magnituds expressades amb decibels només es poden sumar o restar, ja que representen nivells de la magnitud. En el cas de nivells de pressió sonora ambiental o de potència sonora d’una font d’emissió de soroll, pot passar que hi hagi més d’un soroll ambiental o més d’una font d’emissió. 1.7.1 Addició de nivells sonors El nivell de soroll que hi ha en un ambient pot ser que sigui el resultat de l’emissió simultània de dos o més sorolls. Si es vol saber el nivell sonor total de l’ambient, es presenta el problema que són valors expressats en decibels, per la qual cosa pertanyen a una escala logarítmica i, per tant, no són valors additius directament, Com que no se sumen els sinó que s’ha de calcular de manera logarítmica. nivells sonors No se sumen de manera lineal, és a dir, 1 dB més 1 dB no són 2 dB. En la fórmula següent es presenta l’expressió matemàtica per a la suma de valors Això es deu al fet que s’ha adoptat un algoritme logarítmic logarítmics. per passar de nivells de pressió acústica en N/m2 a decibels, que Pi no tenen dimensió. Lsuma = 10 · log 0,1·dBi 1 10 On: dBi és: cadascun dels valors de decibels que s’han de sumar. Si apliquem l’expressió genèrica a la suma de nivells de pressió sonora, obtenim l’expressió matemàtica següent: Riscos físics ambientals 20 Introducció al soroll Lpsuma = 10·log 100,1·Lp1 + 100,1·Lp2 + 100,1·Lp3 + 100,1·Lp4 + 100,1·Lp5 +...
On: L p1 , L p2 , L p3 , L p4 ,...: diferents nivells sonors a sumar. L p suma : valor total de la suma de nivells sonors en decibels. Aquesta fórmula és l’expressió matemàtica que haurem d’aplicar sempre que haguem de sumar diferents nivells sonors. Com veiem, suposa haver de fer càlculs una mica llargs, per la qual cosa, es va crear un mètode aproximat que es basa en l’ús d’un gràfic logarítmic, que és el que apareix en la figura 1.3. Els passos que s’han de seguir per sumar decibels utilitzant el gràfic són els següents: 1. Ordenar en ordre creixent els decibels que s’han de sumar. 2. Fer la diferència dels dos primers valors. Aquest valor és l’horitzontal (abscisses) del gràfic. 3. Es fa una recta vertical des del valor d’abscisses fins que talli amb la corba. Des d’aquest punt es traça una línia horitzontal fins que talli amb els eixos verticals (ordenades). 4. El valor de les ordenades trobat se suma al valor més gran de decibels dels dos que s’han sumat. 5. Si només hi ha dos valors de decibels a sumar, el valor anterior és el valor de la suma, i ja està. 6. Si hi ha més valors, es torna a començar, però ara, en lloc dels dos valors més petits, es canvia pel valor obtingut en el primer procés. F i g u r a 1.3. Gràfic per a la suma de decibels Exemple d’aplicació del gràfic per a la suma de decibels Es volen sumar els decibels següents: 87 dB, 92 dB, 79 dB. Riscos físics ambientals 21 Introducció al soroll 1. Ordenem en ordre creixent els decibels a sumar: 79 dB, 87 dB, 92 dB. 2. Restem els dos valors més petits: 87 - 79 = 8. 3. Anem al gràfic i tracem una vertical des del punt d’abcisses 8 fins a tallar la corba. A continuació tracem una recta horitzontal des del punt de tall fins a les ordenades i veiem que arribem al valor d’ordenada 0,6 dB, per la qual cosa l’increment del nivell total sobre el més gran és de 0,6 dB. 4. Sumem el valor de iordenades trobat amb el valor de decibels més gran dels dos que hem agafat, i obtenim: 87 + 0,6 = 87,6 dB. 5. Tornem a ordenar els decibels que no hem agafat i el nou valor trobat: 87,6 dB; 92 dB i tornem a fer tot el procés anterior: 92 − 87, 6 = 4, 4 dB Gràfic: Increment del nivell total sobre el més gran: 1,4 dB 6. Sumem el valor trobat amb el més gran dels dos: 92 + 1,4 = 93,4 dB. La utilització d’un programa Per tant, el valor total de decibels que hi ha en un ambient on arriben els tres valors de informàtic adequat pot nivell sonor de l’enunciat és de 93,4 dB. facilitar notablement els càlculs i la seva exactitud. 1.7.2 Resta o diferència de nivells sonors De vegades es necessita restar nivells sonors; per exemple, quan es vol corregir el nivell de fons. Sovint no és possible determinar el soroll que genera una màquina o una ins- Soroll de fons tal·lació de manera independent d’altres sorolls, que anomenarem soroll de fons. És el conjunt de sorolls que arriben a un ambient i que no es En aquests casos es pot estimar el nivell sonor del soroll generat per una màquina deuen a una font d’emissió de o una instal·lació si es mesura el nivell sonor de la màquina o instal·lació en soroll propera. funcionament i el nivell sonor sense la màquina o instal·lació i es resten de forma Hi ha taules i gràfiques per logarítmica. La fórmula que s’ha d’utilitzar és la següent, que és l’expressió fer correccions de soroll de matemàtica de la resta logarítmica o diferència de decibels: fons. Lp1 resta = 10 · log 100,1·Lp1 − 100,1·Lp2
On: L p1 és el nivell sonor total (tot en funcionament). L p2 és el nivell sonor ambiental quan la màquina o instal·lació que s’hagi d’estimar no emet cap soroll (està apagada). El resultat de l’operació matemàtica és el nivell sonor buscat. Exemple d’aplicació de la diferència de nivells sonors En un lloc de treball es fa servir una màquina eina elèctrica. El nivell sonor ambiental que s’ha determinat en mesurar-lo amb un sonòmetre és de 88 dB. S’apaga la màquina eina i es torna a mesurar el soroll ambiental i, en aquest cas, es determina ha un valor sonor de 86 dB. Riscos físics ambientals 22 Introducció al soroll Per determinar el soroll que emet la màquina eina, s’hi aplica la fórmula de càlcul de diferència de decibels i s’obté un valor de 83,7 dB, que és el nivell sonor que emet la màquina eina. 1.8 La freqüència sonora En mecànica ondulatòria, la freqüència es defineix com el nombre d’oscil·lacions per unitat de temps (generalment, per segon). Entenent per oscil·lació el cicle complet d’una ona. Si es produeixen moltes oscil·lacions en un segon, estarem parlant de freqüències altes; si, al contrari, són poques, parlem de freqüències baixes. La freqüència es representa amb la lletra f i s’expressa en hertzs. 1 Hz equival = 1 cicle/s 1 quilohertz (kHz) = 1.000 Hz 1 megahertz (MHz) = un milió d’hertzs Ones de freqüència diferent 1 gigahertz (GHz) = mil milions d’hertzs L’oïda humana és capaç de percebre freqüències entre 20 i 20.000 hertzs (cicles per segon). La freqüència d’un so la percebem com un to. Els sons greus són de baixa freqüència i els aguts, d’alta freqüència. Físicament, la freqüència és el nombre de cops que la pressió sonora arriba a un màxim i a un mínim per unitat de temps. La unitat de mesurament en el sistema internacional és l’hertz (Hz) i el seu símbol és f. La freqüència determina el to greu o agut d’un so. L’oïda humana és capaç de captar freqüències que van dels 20 Hz als 20.000 Hz, encara que el rang habitual d’ús és el dels sons generats per la veu humana i altres fonts naturals de sons, que van dels 100 Hz als 2.000 Hz. Amplitud d’ones Les ones es van debilitant en la seva amplitud a mesura que es van allunyant del seu punt La resposta en freqüència de l’oïda humana és el que coneixem com a d’origen. Malgrat que l’amplitud de les ones decreix, la seva audiofreqüències, però l’espectre sonor és molt més ampli. longitud d’ona i la seva freqüència romanen invariables. Hi ha altres magnituds físiques, a més a més de la freqüència amb les quals es pot caracteritzar una ona, que són: el període, la velocitat de l’ona i la longitud d’ona. 1.8.1 El període Una manera d’identificar una ona és mitjançant el període de temps que triga a produir-se un cicle de variació de pressió sonora complet. Les unitats de mesurament del període són els segons i el seu símbol és T. Riscos físics ambientals 23 Introducció al soroll En una ona sonora, el període és el temps transcorregut entre dos crestes o valls successives. El període d’oscil·lació d’una ona és el temps emprat per aquesta ona per completar una ona sencera. Els períodes dels sons audibles varien entre 0,05 mil·lisegons (ms) i 5 ms. Matemàticament, el període és l’invers de la freqüència. L’expressió matemàtica de la relació entre freqüència i període és: 1 T = f Si tenim més d’una ona sonora simultànies, aquestes poden estar en posicions relatives diferents. El punt en què dos senyals es troben en un instant determinat, l’un respecte de l’altre, s’anomena fase. La fase d’ona expressa la posició relativa del pic, node o vall d’una ona, respecte de l’altra ona. La fase es representa amb la lletra grega φ (fi) i es pot mesurar com un temps, una distància o un angle (en graus). Quan aquesta distància, temps o angle és zero, es diu que les ones estan en fase. Ones en fase Quan les ones no estan en fase, es diu que estan desfasades. És el que es coneix com a desfasament. Aquest desfasament pot produir distorsió en el so, fins i tot el pot anul·lar per complet: Ones en fase. Dues ones de la mateixa freqüència en igualtat de fase sumen les seves amplituds (interferència constructiva). Ones desfasades. Són ones de la mateixa freqüència però que estan Ones en contrafase desplaçades respecte al temps, de manera que no coincideixen els seus màxims ni mínims. Hi haurà punts de l’ona on l’amplitud se sumarà i punts Forma de propagació de les on es restarà, donant lloc a una altra ona d’amplitud diferent. ones sonores La longitud d’ona és un paràmetre important per analitzar la manera en què es Ones en contrafase. El cas extrem de desfasament de dues ones es produeix propaguen els sons que emet una font sonora. Si la font és gran en quan aquestes són idèntiques i estan desfasades 180º (són diametralment comparació amb la longitud oposades). En aquest cas la suma és zero i es diu que s’han cancel·lat. d’ona, les ones sonores es propagaran en forma plana en una sola direcció; si la font és petita en relació amb la longitud d’ona, les ones agafaran forma El so, per a la seva propagació, necessita un medi físic. En el buit és impossible esfèrica i es podran propagar en totes direccions en forma la seva transmissió. d’esferes amb el centre en la font emissora. En la pràctica, només es troben ones planes en les La velocitat d’una ona, i per tant la velocitat del so, depèn del medi pel qual es proximitats de les fonts sonores molt grans. Per a la majoria de propaga. fonts, encara que siguin grans, si no s’està molt a prop, es considera una propagació esfèrica. Riscos físics ambientals 24 Introducció al soroll La velocitat d’una ona sonora depèn de les característiques físiques i químiques del medi per on es transmet. Exemples de velocitat de propagació de les ones sonores La velocitat del so per l’aire en condicions normals de pressió i temperatura és de 340 m/s. La velocitat per l’aigua és de 1.500 m/s. El so traspassa una peça de ferro metàl·lic a una velocitat de 3.700 m/s. 1.8.2 La longitud d’ona Una altra magnitud relacionada amb les ones sonores és la longitud d’ona, que és el paràmetre físic que indica la mida d’una ona. S’entén per mida de l’ona la distància entre el principi i el final d’una ona completa, és el que s’anomena cicle. Genèricament, és la distància entre dos punts equivalents en dues ones successives. La longitud d’ona es defineix com la separació espacial existent entre dos punts l’estat de moviment dels quals és idèntic. Es representa amb la lletra grega λ (lambda). La fórmula matemàtica que expressa la relació entre longitud d’ona (λ) i freqüèn- cia (f ) és la velocitat de propagació de l’ona en el medi (c) dividida per la seva freqüència i l’expressió matemàtica és la següent: c λ= f La longitud d’ona es mesura en metres, com qualsevol altra distància. Es poden usar els múltiples del metre, com el quilòmetre, o els seus submúltiples, com el centímetre (cm), el mil·límetre (mm), el micròmetre (µm) i el nanòmetre (nm). Si 1 µm = 10-6 m l’ona es propaga per l’aire (c), la velocitat serà de 340 m/s. 1 nm = 10-9 m Gràficament, la longitud d’ona es pot representar de tres maneres, segons el punt d’origen que s’escollirà: De cresta a cresta. De vall a vall. De punt d’equilibri a punt d’equilibri. Per pragmatisme, es prenen com a punts de referència els que corresponen a les dues crestes de dues ones consecutives. Si s’aplica la física d’ones al so, només cal tenir en compte que l’ona sinusoïdal representa la variació de pressió sonora que es va produint al medi on s’ha produït Longitud d’una ona marcada de vall a la pertorbació que ha donat lloc al so. vall Riscos físics ambientals 25 Introducció al soroll Es defineix la longitud d’ona d’un so com la distància que recorre un cicle complet de variació de pressió sonora. Els sons que nosaltres sentim venen des de les seves fonts d’emissió i arriben a les nostres oïdes a través de l’aire, llevat que estiguem a sota de l’aigua. Per això es pren l’aire com el medi habitual pel qual es propaguen les ones sonores. Les longituds d’ona dels sons audibles varien entre 0,017 metres i 17 metres, encara que el rang de longituds d’ona més habitual és 0,17 - 3,4 metres. Efecte Doppler L’efecte Doppler consisteix en la variació de la freqüència de qualsevol ona emesa per un objecte en moviment en relació amb un subjecte que està aturat. El canvi de freqüència ve donat per una variació de la longitud d’ona. Un parell d’exemples didàctics: Mentre s’apropa un tren fent sonar el xiulet, el so del xiulet es percep més agut i quan s’allunya el so es percep més greu, tot i que el xiulet sempre està emetent amb el mateix to. Quan dos vehicles amb sirenes es van apropant l’un respecte de l’altre, al final sembla que només soni una sirena. 1.9 Anàlisi de freqüències La majoria de sorolls que sentim estan formats per més d’una freqüència que, en unir-se, donen lloc al to que percebem. S’anomena to pur un so les variacions de pressió del qual depenen d’una sola freqüència. La majoria de sorolls que sentim estan formats per més d’una freqüència, encara que nosaltres només sentim una sola vibració sonora. És a dir, la majoria de sons reals estan formats per la suma d’un gran nombre de tons purs. Descompondre un so real en grups de tons purs és molt útil per aplicar mesures tècniques de control del soroll ambiental o per escollir protectors auditius adequats. Aquesta operació s’anomena anàlisi de freqüències. L’anàlisi de freqüències és la descomposició d’un so en franges de freqüències. Els sons complexos els formen la majoria de valors de freqüència dins l’espectre audible, per la qual cosa és poc pràctic determinar una a una totes les freqüències que componen el so. Riscos físics ambientals 26 Introducció al soroll 1.9.1 Les bandes de freqüència Per fer més pràctic l’anàlisi de freqüències, es divideix el marge de freqüències audibles en intervals que s’anomenen bandes. Una banda de freqüència és un interval de freqüències definit per una freqüència inferior f 1 i una freqüència superior f 2. Alguns aparells de mesurament tenen incorporats filtres que deixaran passar el soroll entre una freqüència màxima i mínima característiques. Aquests filtres rebutgen els sorolls de valors de freqüència per sobre la màxima i mínima del filtre corresponent a una banda. En acústica, és habitual utilitzar bandes de freqüència que tenen una amplada en què la de freqüència superior té una amplada proporcional a la freqüència inferior que la forma. Les bandes de freqüència utilitzades en acústica són dues: Bandes d’octava. Un tipus de banda és l’anomenat banda d’octava, que es defineix com el grup de freqüències que comprenen dos valors de freqüència f 1 i f 2 que segueixen la relació: f 2 = 2·f 1. Cada banda d’octava s’identifica per la seva freqüència central, que és el valor trobat en fer la mitjana geomètrica del valor de les freqüències que limiten la banda, el valor mínim i el valor màxim. Bandes de terç d’octava. Quan es vol fer una anàlisi més detallada de les freqüències que formen un soroll, es fan servir les bandes de terç d’octava (1/3 d’octava). Les bandes de terç d’octava s’obtenen en dividir una banda d’octava en tres parts. La freqüència central que defineix la banda de terç d’octava és la mitjana geomètrica dels valors de freqüència que estan als extrems de la banda de terç d’octava. Internacionalment s’han normalitzat les bandes d’octava i de terç d’octava en la norma ISO 266 (UNE-74002-78). Els valors de freqüències centrals i valors que limiten cada banda d’octava i de terç d’octava normalitzats figuren en la taula 1.1. Tau l a 1. 1. Valors de freqüència de bandes d’octava i terç d’octava Bandes d’octava Bandes de terç d’octava Freqüència Freqüència Freqüència Freqüència Freqüència Freqüència inferior central superior inferior central superior 11 16 22 11 12,5 14 14 16 18 18 20 22 Riscos físics ambientals 27 Introducció al soroll Taula 1.1 (continuació) Bandes d’octava Bandes de terç d’octava 22 31.5 44 22 25 28 28 31,5 35,5 35.5 40 44 44 63 88 44 50 56 56 63 71 71 80 88 88 125 177 88 100 112 112 125 142 142 160 177 177 250 355 176 200 224 224 250 284 284 315 355 355 500 710 355 400 448 448 500 568 568 630 710 710 1.000 1.420 710 800 895 895 1.000 1.135 1.136 1.250 1.420 1.420 2.000 2.840 1.420 1.600 1.790 1.790 2.000 2.270 2.270 2.500 2.840 2.840 4.000 5.680 2.840 3.150 3.550 3.550 4.000 4.480 4.480 5.000 5.680 5.680 8.000 11.360 5.680 6.300 7.100 7.100 8.000 8.950 8.950 10.000 11.360 11.360 16.000 22.720 11.360 12.500 14.200 14.200 16.000 17.900 17.900 20.000 22.720 A l’esquerra de la taula es troben les freqüències centrals i extremes de les bandes d’octava i, a la dreta, figuren, per a cada banda d’octava, els tres valors de bandes centrals i extrems de terç d’octava. Encara que per avaluar l’exposició laboral al soroll n’hi ha prou amb conèixer el nivell de pressió sonora i el temps d’exposició al soroll, de vegades és necessari disposar de la informació sobre el valor de les freqüències que formen el soroll. La informació sobre la composició de les freqüències que formen un soroll se sol presentar en forma de taules o gràfics, en què s’indica el nivell sonor en cadascuna de les bandes d’octava o de terç d’octava. Aquesta presentació rep el nom d’espectre sonor o espectre del soroll. L’espectre sonor és el conjunt de valors del nivell sonor expressat en decibels que aporta cada freqüència que forma un soroll. El nivell sonor d’una banda indica la quantitat d’energia sonora que conté en les freqüències que formen part de la banda, per la qual cosa, lògicament, la suma logarítmica dels nivells sonors de totes les bandes és el nivell sonor total de soroll analitzat. Riscos físics ambientals 28 Introducció al soroll L’obtenció dels nivells sonors en cada banda es fa amb sonòmetres que incorporen filtres. Un filtre és un dispositiu electrònic que no altera la intensitat dels senyals de freqüències compreses entre una banda seleccionada pel filtre i anul·la els senyals de totes les altres freqüències. D’aquesta manera, la indicació del mesurador del soroll és el nivell de pressió sonora que correspon a les freqüències que estan incloses en la banda seleccionada pel filtre. Si el filtre va seleccionant d’una en una totes les bandes normalitzades, s’obté al final l’espectre de nivells sonors. Un exemple de mesurament en bandes d’octava és el que apareix en la figura 1.4, on la fila f son els valors de les freqüències centrals de bandes d’octava i la fila L, els nivells sonors en decibels en cada banda d’octava. F i g u r a 1. 4. Exemple d’un espectre de nivell sonor En la mateixa figura 1.4, hi ha un gràfic de barres en què es representen els nivells sonors en cada banda central d’octava. Aquesta representació és molt útil perquè a simple vista es pot observar com participa cada freqüència en el valor global de nivell sonor, ja que una barra més alta correspon a un nivell sonor més elevat, i a l’inrevés. Càlcul del nivell de pressió sonora a partir de l’espectre Per calcular el nivell de pressió sonora total corresponent al nivell sonor de l’espectre: Tau l a 1. 2. f(Hz) 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000 L(dB) 72 75 78 77 77 80 75 78 72 Per saber el nivell de pressió sonora total s’ha de fer la suma logarítmica dels nivells sonors en cada banda d’octava. L’expressió matemàtica a aplicar és la fórmula de la suma de decibels: Lpsuma = 10 · log(100,1·72 + 100,1·75 + 100,1·78 + 100,1·77 + +100,1·77 + 100,1·80 + 100,1·75 + 100,1·78 + 100,1·72 ) Lpsuma = 86, 2 dB ≈ 86 dB Si calculéssim el nivell de pressió sonora de la figura 3, el resultat seria 96,7 dB Riscos físics ambientals 29 Introducció al soroll 1.10 Les escales de ponderació El nivell sonor d’un soroll en termes de pressió sonora no es correspon amb la Una de les principals característiques de la nostra oïda és que discrimina de manera sensació d’audició. no lineal els sons que rep. L’oïda humana té un comportament desigual amb l’augment de la pressió sonora a les diferents freqüències: s’atenua de 20 a 1.000 Hz i s’amplifica de 1.000 a 5.000 Hz, i es torna a atenuar a partir dels 5.000 Hz. La no-linealitat de l’oïda humana És a dir, no tenim la mateixa sensació amb una ona sonora de freqüència 1.000 Hz La característica de no-linealitat de l’oïda humana fa que, quan es i 40 dB de nivell de pressió, que amb una altra ona de freqüència 100 Hz i 40 dB. vol mesurar el soroll, sigui necessari un dispositiu que permeti determinar els nivells de pressió acústica de manera similar a com ho percebem. La falta de linealitat en la resposta de l’oïda humana va portar a definir unes escales de ponderació, que són unes xarxes electròniques incorporades als instruments de mesurament que modifiquen el senyal captat pel micròfon de manera similar a l’oïda humana. Hi ha tres escales de ponderació: A, B i C. De les tres escales proposades, la que es fa servir és l’escala de ponderació A, ja que s’ha comprovat experimentalment que és la que més es correlaciona amb les pèrdues auditives induïdes pel soroll. Els instruments de mesurament disposen de l’escala de ponderació C, que es necessita per trobar el valor de nivell de pic, que és gairebé igual al nivell sonor real. El nivell de pressió sonora ponderat a C també es fa servir en certs mètodes (mètode HML i SNR) de càlcul de l’atenuació dels protectors auditius. Per ponderar l’espectre sonor en bandes d’octava, de manera manual, s’ha de sumar a cada nivell sonor de cada banda d’octava (o terç d’octava) el valor de ponderació corresponent. Els valors de ponderació A i C que s’han de sumar (i que molts aparells de mesu- rament ja porten incorporats) estan estandarditzats en la norma UNE 21.314/75. En la taula 1.3 apareixen els valors de ponderació A i C normalitzats per a les bandes d’octava Taula 1.3. Ponderacions A i C en bandes d’octava Freqüència (Hz) Valor central de Ponderació A dB(A) Ponderació C dB(C) banda d’octava 31,5 -39,4 -3,0 63 -26,2 -0,8 125 -16,1 -0,2 250 -8,6 0,0 500 -3,2 0,0 1.000 0,0 0,0 2.000 1,2 -0,2 4.000 1,0 -0,8 8.000 -1,1 -3,0 16.000 -6,6 -8,5 Riscos físics ambientals 30 Introducció al soroll També es pot fer servir el gràfic de la figura 1.5 per saber la ponderació que s’ha d’aplicar en cada escala i per a cada banda d’octava. En el gràfic de la figura 1.5 es veu clarament com es comporta cada escala de ponderació respecte a la ponderació en cada franja de freqüències. F i g u r a 1. 5. Gràfics de les l’escales de ponderació A, B i C per a tot l’espectre audible Quan s’aplica alguna ponderació a un nivell sonor, aquest passa a tenir les unitats de decibels, i seguidament i entre parèntesis es posa la lletra de la ponderació aplicada. Així, per a un nivell sonor al qual s’ha aplicat la ponderació A, serà dB(A), la ponderació B serà dB(B) i la ponderació C serà dB(C). 1.10.1 Corbes d’igual sensació sonora A més a més de les peculiaritats del sistema auditiu de cada persona que escolta i de factors subjectius, hi ha dues variables físiques fonamentals que modulen la sensació sonora que nosaltres percebem quan rebem un so: el nivell de pressió sonora i la freqüència de l’ona. Sabem que la nostra oïda discrimina els sons de manera no lineal. Les corbes d’igual sensació sonora són gràfics que indiquen els parells de valors de nivell de pressió acústica i de freqüència que corresponen a una mateixa sensació sonora. En la figura 1.6 es poden veure les corbes d’igual sensació sonora que corresponen de 0 a 120 decibels. Riscos físics ambientals 31 Introducció al soroll Figura 1.6. Corbes d’igual sensació sonora Exemple de diferent sensació sonora Cada corba correspon a la mateixa sensació sonora segons el parell freqüència Un transformador de potència emet un soroll de 100 Hz i una d’ona i nivell sonor. En la figura 1.6 podem veure que, segons la sensació sonora reactància d’un tub fluorescent, de 600 Hz. que es vulgui, es necessitarà més o menys pressió acústica per a una mateixa freqüència. Perquè tots dos produeixin la mateixa sensació sonora, la reactància ha de tenir 15 dB més que el transformador. Exemple per entendre les corbes d’igual sensació sonora Imagineu que voleu saber quina sensació sonora produeix una ona de 50 Hz de freqüència i que té un nivell de pressió acústica de 80 dB. I si la freqüència és de 5.000 Hz i el nivell de pressió sonora continua essent de 80 dB? Si mirem el punt d’encreuament de 50 Hz i 80 dB en un gràfic de corbes d’igual sensació sonora, veiem que s’ajunten prop de la corba de 60 dB, i això vol dir que la sensació sonora que rebem és de 60 dB. Si per al mateix nivell sonor la freqüència és de 5.000 Hz, observem en el gràfic que la sensació sonora serà aproximadament de 85 dB. Riscos físics ambientals 32 Introducció al soroll 1.11 Càlcul del nivell sonor ponderat a partir de l’espectre Si només es disposa de les dades de l’espectre sonor, és a dir, només es tenen els valors de pressió sonora que corresponen a un conjunt de bandes d’octava o de terç d’octava, és possible calcular els nivells globals de pressió sonora. El nivell sonor d’un soroll es pot obtenir sumant logarítmicament els nivells sonors de les bandes de freqüència que el formen. Per obtenir el nivell de pressió sonora que realment percebrà l’oïda humana, s’ha d’aplicar la ponderació A als valors de pressió en cada banda d’octava. El procediment que s’ha de seguir per obtenir el nivell de pressió sonora ponderat A a partir de l’espectre sonor del soroll ambiental és molt còmode i consisteix a elaborar una taula i anar fent els càlculs en cada banda d’octava, com es mostra en la taula 1.4. Tau l a 1. 4. Exemple de l’espectre del soroll ambiental. Freqüència central de Nivell sonor en dB Ponderació A Nivell corregit en dB(A) la banda d’octava 31,5 valor - 39,4 valor 63 valor - 26,2 valor 125 valor - 16,1 valor 250 valor - 8,6 valor 500 valor - 3,2 valor 1.000 valor 0,0 valor 2.000 valor +1,2 valor 4.000 valor +1 valor 8.000 valor - 1,1 valor 16.000 valor - 6,6 valor Pressió sonora global Dada calculada com a - Dada calculada com a suma logarítmica suma logarítmica Bandes d’octava Si no tenim dada de nivell sonor en alguna de les bandes d’octava, es posa un guió a la casella Com que són valors en decibels, les sumes han de ser logarítmiques. corresponent i, a l’hora de portar a terme els càlculs, s’ignora aquesta banda d’octava. La relació entre el nivell sonor expressat en dB i en dB(A) depèn molt de la característica tonal del soroll analitzat. Així, en un soroll en què predominin les freqüències baixes, per exemple un compressor, el nivell sonor amb ponderació A pot arribar a ser uns quants decibels inferior al nivell real. I en canvi, en un soroll on hi hagi més freqüències agudes, per exemple una turbina d’alta velocitat, el nivell de ponderació A pot ser superior al nivell sense ponderació. La ponderació A dóna un resultat comparable a la percepció humana, i el mesurament sense ponderació és estrictament físic. Riscos físics ambientals 33 Introducció al soroll Exemple d’aplicació del càlcul del nivell sonor ponderat en A Tenim un nivell sonor expressat en bandes de freqüència de bandes d’octava amb els valors que s’indiquen el la taula 1.5. Taula 1.5. Valors de nivell sonor expressats en bandes de freqüència de bandes d’octava Freqüència (Hz) valor central de la banda Nivell sonor (dB) d’octava 31,5 - 63 - 125 82 250 85 500 89 1.000 81 2.000 75 4.000 73 8.000 65 16.000 - Posem aquestes dades en la taula de fer càlculs (taula 1.6). Taula 1.6. Exemple de l’espectre del soroll ambiental Freqüència central Nivell sonor en dB Ponderació A Nivell corregit en de la banda dB(A) d’octava 31,5 - -39,4 - 63 - -26,2 - 125 82 -16,1 82 - 16,1 = 66 250 85 -8,6 85 - 8,9 = 76 500 89 -3,2 89 - 3,2 = 86 1.000 81 0,0 81 + 0,0 = 81 2.000 75 +1,2 75 - 1,2 = 76,2 4.000 73 +1 73 + 1 =74 8.000 65 -1,1 65 - 1,1 = 64