El Ruido y Acústica PDF

**2. EL RUIDO: NOCIONES DE ACÚSTICA** **1. Movimiento ondulatorio** Se llama movimiento ondulatorio al proceso mediante el cual una perturbación se propaga con velocidad finita de un punto al otro del espacio sin que se produzca transporte neto de materia. El nombre de movimiento ondulatorio se de...

**2. EL RUIDO: NOCIONES DE ACÚSTICA** **1. Movimiento ondulatorio** Se llama movimiento ondulatorio al proceso mediante el cual una perturbación se propaga con velocidad finita de un punto al otro del espacio sin que se produzca transporte neto de materia. El nombre de movimiento ondulatorio se debe al hecho de que la perturbación de que se trate avanza por ondas. Según el medio en el que se pueden propagar existen dos tipos de ondas: **Electromagnéticas**: No precisan de medio de propagación. Ejemplos: La luz, radiación infrarroja, radiación UV, ondas de radio, radiación gamma, etc. **Mecánicas**: Precisan de un medio material para propagarse. Ejemplo: el sonido, ondas producidas en la superficie del agua por el movimiento de un cuerpo, ondas en una cuerda, etc. Las magnitudes fundamentales que definen al movimiento ondulatorio son: **Frecuencia, f:** Si representamos gráficamente una oscilación cualquiera, la frecuencia (f) es el número de vibraciones o de oscilaciones completas en la unidad de tiempo. Se mide en ciclos por segundo, que se denominan Hercios (Hz). **Longitud de onda, λ:** Es la distancia recorrida por una onda durante un tiempo igual al periodo, T. **Elongación, p:** Es el desplazamiento del punto en vibración respecto a su posición de equilibrio. Cuando la elongación es máxima se denomina ***amplitud*** (A) o altura de pico. Entre los picos máximo y mínimo (expansión y compresión máximas) el espacio existente es el doble de la amplitud o *amplitud pico a pico*. **2. Sonido** El sonido es un fenómeno de naturaleza ondulatoria que, a partir de una perturbación inicial del medio elástico en el que se produce, se propaga bajo la forma de una variación periódica de presión sobre la presión atmosférica. En otras palabras: es aquella vibración que el oído humano puede detectar. El sonido se propaga en toda clase de cuerpos fluidos y sólidos por lo que las ondas sonoras son de naturaleza mecánica. La vibración sonora presenta las siguientes propiedades: - - - - **Reflexión-Refracción** Se denomina **campo acústico libre** a aquel en el que el sonido se propaga libremente sin ningún tipo de reflexión. Un ejemplo de este tipo de campo es la cámara anecoica. El fenómeno mediante el cual un sonido puede permanecer en un lugar que no sea un campo libre y donde existan superficies reflectantes de sonido, aun cuando la fuente sonora haya cesado de emitir se conoce como **reverberación**[^1^](#fn1){#fnref1.footnote-ref}. Se llama **campo difuso** a un campo no libre en el que las ondas sonoras se propagan en todas direcciones y en el que la presión sonora es igual en todos sus puntos. **2.1. Características del sonido** Las características o cualidades principales del sonido son el tono, la intensidad y el timbre. - +-----------------------------------+-----------------------------------+ | [Frecuencias] | [Tipo de onda sonora] | | | | | \< 20 Hz | Infrasonido | | | | | 20 Hz a 20 KHz | Sonido audible | | | | | 20 KHz a 10 GHz | Ultrasonidos | | | | | \> 10 GHz | Hipersonidos | +-----------------------------------+-----------------------------------+ - - **Tono compuesto formado por dos tonos puros** En el ámbito industrial los diferentes componentes de una máquina vibran a una frecuencia distinta, de forma que lo que parece al oído un único sonido, está formado por diferentes frecuencias. La operación de descomponer un sonido real en grupos de tonos puros se denomina **análisis de frecuencias** y es muy útil en el control de ruido y para seleccionar protectores auditivos adecuados. **3. Sonido y ruido** La palabra ruido proviene del latín «*rugitus*»*,* que significaba «sonido» y, también, «estrépito». Para los físicos, el ruido es un sonido que tiene carácter aleatorio y cuyos componentes no están bien definidos. Sin embargo, desde nuestra perspectiva de prevencionistas, a menudo se define como un sonido no deseado, molesto o desagradable. El ruido se puede considerar el agente físico más común en los puestos de trabajo de cualquier actividad industrial. Siempre constituye un factor importante de los ambientes de trabajo no sólo por las molestias que ocasiona, sino por los riesgos de pérdida de audición, las perturbaciones en las comunicaciones verbales y otros efectos fisiológicos y psicológicos. Dado que en procedimientos de trabajo que antes eran fundamentalmente manuales, se ha producido aumento de los niveles de mecanización, un incremento de los ritmos de producción y la incorporación de nuevas tecnologías casi sin excepción ningún trabajador está a salvo de los efectos patológicos del ruido, dichos efectos dependen no sólo de su nivel, sino también del tiempo al cual se está expuesto, por lo que al establecer límites de exposición al ruido, hay que considerar estos dos parámetros. **4. Análisis de frecuencias** Los ruidos complejos tienen componentes en la mayoría de las frecuencias comprendidas en el espectro audible, por lo que es muy difícil y poco práctico determinar una a una las frecuencias que los componen. Por ello se divide el espectro de frecuencias en bandas de ancho proporcional y lo que se hace es medir con unos filtros que dejarán \"pasar\" el ruido entre unas frecuencias máxima, f**~2~** y mínima, f**~1~** características. Estos filtros \"rechazarán\" el ruido cuyas frecuencias sean superiores o inferiores a estos límites, la banda de frecuencias permitidas se llama banda de paso y el valor f**~2~** -- f**~1~** se llama ancho de banda. Las **bandas de octava y tercio de octava** son las más utilizadas en acústica.  **Análisis de frecuencias en bandas de octava y tercio de octava** Una **banda de octava** es una banda de frecuencia que está entre dos frecuencias con una relación de 2. Por ejemplo, la banda de octava de 1.000 Hz comprende las frecuencias de 707 a 1.414 Hz. Las octavas adyacentes también están espaciadas en una relación de 2, como las octavas de 500 y 1.000 Hz. Cuando se desea realizar un análisis muy detallado, se emplean las **bandas de tercio de octava**, que, como su propio nombre indica, son la tercera parte de una octava. Las frecuencias centrales para las bandas de octava y de tercio de octava están normalizadas en la [norma (UNE EN ISO](about:blank) 266) y son las siguientes: - - **5. Niveles de intensidad, potencia y presión sonora: El decibelio** La respuesta subjetiva a la presión sonora no es lineal: el oído responde a la variación de la presión de forma proporcional a la presión sonora existente en ese momento, lo que quiere decir que un incremento o decremento de presión de igual magnitud, será percibido de forma más intensa en el caso de que la presión sonora previa sea menor o viceversa. Una consecuencia de lo anterior, es que la presión sonora procedente de varias fuentes no se percibe como suma de las presiones sonoras, sino como su adición logarítmica. Dado que, como ya se ha dicho, el intervalo de audición es sorprendentemente amplio (10**^-12^** -- 10**^2^** W/m**^2^**) y dado que la respuesta del oído es logarítmica, parece lógico que se utilice una escala logarítmica para cuantificar la intensidad del sonido. En esta escala se le asigna el valor cero a la intensidad umbral (10**^-12^** W/m**^2^**), incrementándose en una unidad cada vez que la intensidad sonora se multiplica por diez; a 10**^-11^** W/m**^2^** le correspondería el valor 1, a 10**^-10^** W/m**^2^** el valor 2 y así sucesivamente hasta 10**^2^** (límite fisiológico de la audición humana) que sería equivalente a 14 unidades. En honor a Alexander Graham Bell estas unidades se denominaron **Belios**, siendo el decibelio (dB) su décima parte, con lo cual el rango dinámico de intensidad de audición se encuentra entre 0 y 140 dB, cuya expresión matemática es: donde, L**~i~**: Nivel de intensidad sonora (medido en dB). I: Intensidad del sonido. I**~0~**: Intensidad umbral de audición (10**^-12^** W/m**^2^**). Puesto que la potencia sonora es directamente proporcional a la intensidad, podemos definir un nivel de potencia sonora (L**~w~**), medido en dB, que sería formulado como:  donde, W: Potencia sonora. W**~0~**: Potencia sonora de referencia (10**^-12^** W). Sin embargo, teniendo en cuenta que el oído humano y los dispositivos de medida del sonido se basan en la variación de presión ejercida sobre una membrana (el tímpano o la membrana de un micrófono), la magnitud de medida más utilizada en la cuantificación del sonido es el nivel de presión acústica o sonora (L**~p~**) conocido como NPS[^3^](#fn3){#fnref3.footnote-ref}; en este caso, como la intensidad del sonido es proporcional al cuadrado de la presión, la expresión toma la siguiente forma: donde, P: Presión acústica o sonora. P**~0~**: Nivel umbral de audición (20 μPa). Salvo excepciones, cuando se habla del nivel sonoro medido en dB sin especificar la magnitud, nos estamos refiriendo tácitamente al nivel de presión acústica. Puesto que el dB no es una unidad absoluta sino comparativa entre dos valores, para un mismo sonido los niveles de intensidad, potencia y presión son equivalentes (L**~i~** = L**~w~** = L**~p~**) y por ello, no es necesario referirnos expresamente a la magnitud medida.  **6. Valor eficaz, Aef** La variación de presión (presión acústica) creada cuando una onda sonora se propaga en un medio elástico como el aire nos sirve para caracterizar la onda sonora, pero su valor instantáneo varía continuamente con el tiempo. Al conocerse que los efectos producidos por el ruido dependen de su energía, se utiliza el **valor eficaz o rms,** root mean square, que es proporcional a la energía de la onda, y es el resultado de la integración de los diferentes niveles de presión instantáneos en un determinado tiempo. Matemáticamente corresponde a la siguiente expresión: Los equipos de medición del sonido suelen presentar frecuentemente sus respuestas en valores eficaces.  **Presión eficaz (rms)** **7. Valor Pico** Es el valor máximo de la presión acústica instantánea. Sirve para evaluar la exposición cuando hay ruidos de impulso (se describirán más adelante). **Valor de pico** **8. Adición, sustracción y promedio de niveles de presión acústica en dB** La escala de los decibelios es una escala logarítmica, lo cual quiere decir que un pequeño aumento del nivel de decibelios es, en realidad, un gran aumento del nivel de ruido. Por ejemplo, si se aumenta un sonido en 3 dB en cualquier nivel, los oídos nos dirán que el sonido se ha duplicado aproximadamente en volumen. Cuando existen varios sonidos que presentan presiones acústicas distintas, medidas en dB, la suma de todas ellas no se puede realizar sumando aritméticamente las mismas puesto que la escala utilizada es logarítmica. Por ejemplo: dos máquinas que producen cada una, en un determinado punto, 85 dB, no producirán 170 dB cuando trabajen juntas, sino 88. Para realizar las operaciones de adición y sustracción de manera exacta, hay que emplear la siguiente expresión:  Es importante notar que cuando la diferencia entre los niveles en dB de dos ruidos es de 10 dB o superior, la cantidad a sumar al ruido es tan pequeña que en la mayoría de los casos puede despreciarse, por lo que la suma de dos ruidos que difieren en 10 o más dB, en la práctica es igual al ruido mayor. **Diferencia de niveles de presión acústica en dB** Cuando se lleva a cabo una medida de ruido en un punto de una fábrica cercano a una máquina en funcionamiento, lo que medimos en realidad es el ruido producido por la máquina (L**~m~**) más el ruido de fondo (L**~f~**). Para conocer el nivel de ruido emitido por la máquina sola (L**~m~**) hemos de realizar dos medidas: Para hallar el ruido producido por la máquina sola, hay que restar los dos valores aplicando la fórmula ya mencionada. Para el cálculo de valores promedio debe usarse la siguiente expresión: **9. Sensación sonora** El oído humano es capaz de detectar variaciones de presión acústica comprendidas entre 20 [µPa](about:blank) y 200.000.000 µPa y de frecuencia entre 20 y 20.000 Hz.  Este es el espectro auditivo humano, otros animales pueden detectar sonidos inferiores a 20 Hz, caso de los roedores o por encima de los 20 x 10**^3^** Hz como los murciélagos o los mamíferos acuáticos capaces de oír sonidos de 100.000 Hz. Por lo tanto, además de las peculiaridades del sistema auditivo de la persona que escucha y de factores subjetivos (salud del receptor, actitud ante el ruido, el ser o no sujeto generador del ruido, etc) hay dos variables físicas fundamentales que modulan la sensación sonora que nosotros percibimos ante un ruido: nivel de presión sonora y frecuencia. **9.1. Curvas de igual sensación sonora** Estas curvas debidas a Fletcher y Munson dan información sobre la respuesta del oído humano ante el sonido. Cada curva indica los valores del nivel de presión acústica y de frecuencia que corresponden a una misma sensación sonora. A cada individuo del colectivo experimental se le somete a un sonido estándar de 1.000 Hz y a una presión sonora determinada. Posteriormente se les presenta un sonido a otra frecuencia distinta con un aumento progresivo de la presión sonora hasta que el individuo lo identifica como de la misma sensación sonora que el anterior. Esta operación se repite manteniendo la frecuencia estándar de 1.000 Hz y variando los niveles de presión sonora y efectuando la comparación con sonidos emitidos a todas las frecuencias centrales del espectro de bandas de octava, construyéndose con los datos obtenidos, las curvas de igual sensación sonora. En la figura se aprecia el comportamiento desigual del oído humano con el aumento de la presión sonora a distintas frecuencias. La respuesta del oído y, sobre todo, a las bajas frecuencias, se manifiesta en el sentido de falta de linealidad. Observando las curvas y tomando como referencia la frecuencia estándar (1.000 Hz), el comportamiento auditivo podría esquematizarse de la siguiente forma: De 20 a 1.000 Hz -- Zona de atenuación ------------------------- ---- ----------------------- De 1.000 a 5.000 Hz -- Zona de amplificación De 5.000 Hz en adelante -- Zona de atenuación Esta división hay que considerarla en sus aspectos generales, ya que los perfiles de las curvas nos ofrecen otras matizaciones, como las variaciones de atenuación --no tanto las de amplificación- van decreciendo a medida que se aproxima al perfil correspondiente a 100 dB. La curva más baja (a trazos) representa el nivel de presión sonora a las distintas frecuencias mínimo necesario para producir la sensación auditiva. **Curvas de igual sensación sonora** Como ejemplo de interpretación de estas curvas vemos que tenemos la misma sensación acústica, con una onda de frecuencia 1.000 Hz y 40 dB de nivel de presión acústica, que con otra onda de frecuencia 31,5 Hz y 77 dB de nivel de presión acústica. Está característica de \"no linealidad\" del oído humano es la que obliga a que, cuando se vaya a medir el ruido, sea necesario un dispositivo que permita determinar los niveles de presión acústica de forma similar al modo de percibirlos de un oído humano. **9.2. Fonos y sonios** Como se ha indicado, dos sonidos puros del mismo nivel de intensidad, pero de distinta frecuencia, generan sensaciones sonoras diferentes. Para caracterizar un nivel isosónico (de sensación subjetiva sonora equivalente) de un sonido, se ha definido la norma ISO/R 131, una unidad adimensional llamada fono. Dicha unidad tiene en cuenta, tanto el nivel de ruido como la frecuencia a la que se produce. El nivel de impresión sónica o isosónico F de un sonido es de «n» fonos cuando la sensación subjetiva sonora del sonido es, juzgada por un oyente normal, equivalente a la de un sonido puro de 1.000 Hz y de «n» dB de nivel de presión sonora. Se llama impresión sónica de un sonido dado, a la magnitud subjetiva de su sensación, juzgada por un oyente normal. Su unidad es el sonio, que se ha definido como la sensación de un sonido cuyo nivel sónico es de 40 fonos. Dado que es una magnitud subjetiva, se le presentará al oyente otro sonido distinto pero a la misma frecuencia (1.000 Hz), y si como respuesta indica que le produce una impresión sónica doble o triple que el de 40 fonos (1 sonio) diremos que el sonido es de 2 ó 3 sonios. Experimentalmente se ha establecido una escala de equivalencias entre sonios y fonos que se refleja en la gráfica adjunta. **9.3. Escalas de ponderación en frecuencia** El comportamiento del oído, basándose en las curvas de igual sensación sonora, hizo pensar en la necesidad de introducir en los aparatos de medida del nivel de presión sonora -sonómetros- filtros de corrección o atenuación que aproximasen la respuesta de éstos a la del oído humano. Esto dio como resultado la obtención de cinco escalas de ponderación A, B, C, D y U. La escala A está pensada como atenuación similar al oído cuando soporta niveles de presión sonora bajos a las distintas frecuencias, o dicho de otra forma, cuando se aproxima a las curvas de igual intensidad para bajos niveles de presión sonora. **Escalas de ponderación en frecuencia** Cuando se utiliza la escala A, el nivel de presión acústica se mide en dBA. El resto de escalas se utilizan para otros tipos de ruido y otros efectos. La escala B representa la atenuación para niveles intermedios y la C para altos. La escala de atenuación D está pensada para muy altos niveles de presión sonora, por encima de los 120 dB, como el ruido producido por reactores. La escala U es de las más recientes, se aplica para medir sonidos audibles en presencia de ultrasonidos. Observando la figura de escalas de atenuación, se aprecia que en las bajas frecuencias, la red de ponderación «A» atenúa de forma importante, disminuyendo dicha atenuación a medida que nos aproximamos a los 1.000 Hz, donde la atenuación de la escala «A» es nula. Entre los 1.000 y los 5.000 Hz, correspondiéndose con la tendencia de las curvas isosónicas, la escala «A» puede decirse que «amplifica» volviendo a «atenuar» a partir de los 5.000 Hz. **10. Clases de ruido** Según sea su duración en el tiempo los ruidos pueden ser continuos o de impacto. **Ruido continuo:** Es aquél que aún presentando variaciones en su intensidad, permanece en el tiempo (martillos neumáticos, molinos). **Ruido de impacto (o de impulso):** Es aquél que tiene un máximo de intensidad muy alto pero que decrece y desaparece en muy corto intervalo de tiempo no habiendo otro máximo de energía hasta el siguiente (escapes de aire comprimido, disparos de arma de fuego, golpes de martillo, etc.). **Actividades** 1. 2. a. b. c. 3. 4. d. e. f. g. h. i. j. k. l. m. n. 5. o. p. q. r. s. t. u. 6. v. w. x. y. z. a. 7. ::: {.section.footnotes} ------------------------------------------------------------------------ 1. ::: {#fn1} Cuando el retardo de las ondas reflejadas es mayor de 50 milisegundos, ya no hablamos de reverberación, sino de eco.[↩](#fnref1){.footnote-back} ::: 2. ::: {#fn2} Para más información sobre los ultrasonidos consultar la NTP 205.[↩](#fnref2){.footnote-back} ::: 3. ::: {#fn3} En términos de habla inglesa, las referencias NPS se encuentran como SPL (Sound Pressure Level), y por influencia, también en documentación de habla española se suelen encontrar datos en dB SPL.[↩](#fnref3){.footnote-back} ::: :::