MEDIDORES
Antes de empezar cualquier programa de medida de ruido deben estar perfectamente definidos varios parámetros como:
MEDIDORES
Antes de empezar cualquier programa de medida de ruido deben estar perfectamente definidos varios parámetros como:
- el objetivo del mismo
,- los datos necesarios para conseguirlo
, y- las medidas que se deberán llevar a cabo
.Para esta última se elegirá la instrumentación adecuada. Y para ello, se deberán tener en cuenta las características del ruido a medir:
- El espectro del ruido puede ser de banda ancha, de banda estrecha, o compuesto por tonos.
- El nivel
puede ser prácticamente constante o muy variable en el tiempo o intenso pero con intervalos de silencio.- El tipo de ruido
puede ser impulsivo, ambiental, de fondo, blanco, rosa, ...- La portabilidad del instrumento
; es muy importante a la hora de elegir un equipo de medida que este sea portátil, es decir, ligero, fácil de calibrar,...
La fiabilidad de las evaluaciones acústicas depende sobre todo de cómo se utilizan los aparatos. Es esencial un estudio detallado de la bibliografía del fabricante para cada aparato. E incluso es aconsejable la práctica en el uso de los instrumentos de medida y así comprender los efectos de los distintos ambientes sobre las medidas.
Hay disponibles muchos tipos de aparatos distintos para medir los niveles sonoros.
Los medidores a continuación expuestos son los más requeridos para sus especificaciones:
SONÓMETROS
El sonómetro es el aparato más utilizado, mide el nivel de presión sonora ponderado en frecuencia y en tiempo . La mayoría de ellos son de tamaño pequeño, poco peso y funcionan con pilas.
En la figura se muestran los bloques y los elementos de cada bloque que componen un sonómetro (Pincha para verlo):
A continuación veremos las características de cada bloque:
Un micrófono es un transductor que convierte las
variaciones de presión de las ondas sonoras en señales eléctricas que varían con el tiempo.
Idealmente un micrófono debe tener las siguientes características:
- La señal eléctrica que genera debe ser una analogía exacta de la onda sonora.
- La presencia del micrófono en el campo sonoro no debe alterarlo.
- La respuesta en frecuencia del micrófono debe ser plana en un rango amplio de ella.
- La sensibilidad del micrófono no debe cambiar ni con el tiempo ni con las condiciones ambientales.
En la práctica, los micrófonos sólo se aproximan a estas ligeramente.
Siguiendo con la idea de buscar la mejor manera de realizar una medición, veamos las consideraciones importantes a la hora de elegir un micrófono:
La sensibilidad de un micrófono es la relación entre su salida eléctrica y el nivel de
presión sonora en el diafragma (una lámina delgada de difierentes materiales, extendida y fuertemente sujeta) del micrófono.
Su valor viene dado en mV/Pa o en dB
(Ref: 1 V/Pa) para una frecuencia de 1000Hz.
Por ejemplo un micrófono de condensador que
tiene 10 mV para una presion incidente de 1 Pa tendrá una sensibilidad de: 10 mV/Pa o -40dB
Por lo general, la sensibilidad de los micrófonos no varía dependiendo del ángulo con
que la onda sonora incide sobre ellos. Su sensibilidad es prácticamente la misma para todas las direcciones
de incidencia del sonido, a frecuencias por debajo de unos 5000 Hz. A medida que aumenta la frecuencia, el tamaño
del micrófono se hace comparable a la longitud de onda del sonido y
la sensibilidad decrece para ángulos de incidencia alejados del ángulo de mayor sensibilidad en
campo libre. Esta variación de la sensibilidad con el ángulo de incidencia se denomina
patrón de directividad; se suele representar en un diagrama polar.
Existen dos incidencias a las que hay que tener más en cuenta, son:
La dirección de propagación de las ondas sonoras que inciden sobre el difragma es perpendicular a él. Se recomienda para fuentes de sonido estacionarias. Para la mayoría de los micrófonos de medición, este ángulo es el ángulo de incidencia de sonido en campo libre al que corresponde la mayor sensibilidad.
La dirección de las ondas sonoras es paralela al plano del diafragma. La incidencia horizontal se recomienda para fuentes de sonido en movimiento, de manera que el mismo ángulo de incidencia esté presente durante todo el periodo de medición.
La sensibilidad de un micrófono de medición varía con la temperatura, presión atmosférica y humedad.
El fabricante debe indicar el coeficiente de temperatura de la sensibilidad del nivel de respuesta. Este coeficiente
se usa para corregir los cambios de sensibilidad en la medición a corto plazo.
Los cambios habituales en la presión atmosférica suelen afectar de forma significativa a la
sensibilidad cuando esos cambios son significativamente mayores o menores a la del nivel del mar.
Una humedad alta puede generar condensación de gotas humedad en el espacio entre el diafragma
y la placa del micrófono, o en el espacio detrás de la placa posterior junto a la ventilación.
Para minimizar los problemas causados por la contaminación atmosférica, algunos micrófonos
se acompañan de un recubrimiento material protector sobre el diafragma de metal.
Los sonómetros deben estar equipados con un micrófono diseñado para cumplir las especificaciones estandariadas. El mecanismo particular que convierte en señales eléctricas las variaciones de presión en la onda sonora de la señal sirve para distinguir los tres tipos principales de micrófonos de medición:
Como su nombre indica, el principio de funcionamiento descansa
sobre las variaciones en capacidad del condensador mediante un voltaje externo.
La respuesta en frecuencia de estos micrófonos es gradual y plana.
Sus ventajas incluyen: buena sensibilidad de voltaje, independencia de las condiciones ambientales a bajas frecuencias y
respuesta frecuencial plana.
Sus desventajas incluyen: necesidad de voltaje externo y problemas por variación en la temperatura y humedad.
Funcionan de acuerdo con el mismo principio que los micrófonos de condensador, salvo porque
son las cargas almacenadas las encargadas de polarizar el condensador.
Una ventaja potencial es el ahorro de coste en los circuitos electrónicos y la principal es la mejora
de operar en ambientes húmedos.
Las desventajas son que son menos estables por la pérdida de carga y la escasa fortaleza de
la película del polímero.
Su característica es que tienen el diafragma mecánicamente conectado a un elemento
piezoeléctrico (cuarzo).
Las ventajas incluyen: operar en ambientes de mayor humedad, menor sensibilidad al trato brusco y
no necesidad de un voltaje externo para polarización.
Las desventajas incluyen: baja sensibilidad en micrófonos incluso grandes, gran sensibilidad
a la vibración, respuesta menos omnidireccional a algunas frecuencias, sensibilidad a la variación
de temperatura e impedancia de salida proporcional a la temperatura ambiente.
La ponderación de frecuencia en un sonómetro altera las características de la
respuesta de frecuencia de acuerdo con las especificaciones de una norma. Todos los aparatos que miden el nivel
de presión sonora incorporan la ponderación A. La ponderación C también es muy
utilizada en los instrumentos como ponderación plana o lineal ("allpass").
El proceso de ponderación suele ir acompañado de la amplificación de la señal de entrada
suministrada por el micrófono. Esta amplificación debe permitir la medida de los niveles bajos de
presión sonora con planicidad en un rango amplio de frecuencias manteniendo constante dicha amplificación.
La elección de la ponderación de frecuencia adecuada depende de la finalidad de la medida del
ruido. En muchos casos, las normas de medición estipulan la ponderación de frecuencia que debe
emplearse. En el caso de no ser especificada, se debe seleccionar la ponderación A.
Suele ser un rectificador. El cuadrado de la
señal de presión sonora con ponderación de frecuencia es integrado en el tiempo por el rectificador
con o sin una ponderación exponencial de tiempo para dar lugar a la medida de nivel sonoro con o sin constante de
tiempo. Las especificaciones para el promedio temporal sin ponderación temporal exponencial se describen en la
norma IEC 804.
Los sonómetros integradores son capaces de medir el nivel sonoro equivalente
LAeq para un intervalo de tiempo especificado.
Las dos ponderaciones exponenciales temporales de la que disponen los sonómetros convencionales son:
rápida (fast): constante de tiempo de 125 ms y lenta (slow): constante de tiempo de 1000 ms.
El promediado slow es útil para estimas el nivel medio de un sonido que fluctúa rápidamente.
Después de que la señal del micrófono
es amplificada, ponderada en frecuencia y promediada en el tiempo, la señal es mostrada en un indicador.
Éste puede ser analógico, cuasi analógico o digital.
Un indicador analógico suele consistir en un puntero o aguja que se mueve sobre una escala graduada en decibelios.
Un indicador cuasi analógico puede ser una simulación de la lectura en forma
de barras en pantallas de cristal líquido (LCD).
Un indicador digital ofrece una muestra visual de la magnitud del nivel sonoro mediante
un número o una disposición iluminada de lámparas pequeñas. Algunos indicadores
digitales son capaces de mostrar varias cantidades al mismo tiempo.
Una vez vistos los pros y contras de cada bloque, vamos a ver el grado de precisión de los sonómetros.
El grado de precisión del sonómetro elegido para una aplicación concreta viene determinado por
las normas aplicables a la medición que se va a llevar a cabo. Los sonómetros se clasifican de la siguiente manera:
Estos instrumentos cumplen las tolerancias más estrictas con respecto al nivel de linealidad, desviaciones en la respuesta en frecuencia y desviaciones en la omnidireccionalidad. Se utilizan normalmente en el laboratorio, donde se requiere una precisión extrema.
Un instrumento de precisión que se utiliza en mediciones de ruido donde se requiere una precisión plana, de grado técnico para un rango amplio de medidas de campo.
Un instrumento de propósito general que cumple con la tolerancia menos estricta (más amplia) con respecto a la linealidad del nivel y la respuesta en frecuencia. Un sonómetro Tipo 2 sólo tiene que poseer ponderación A, las otras son opcionales.
DOSÍMETROS
La necesidad de proteger y conservar la audición en trabajadores expuestos a ruido durante su jornada laboral diaria ha conducido al desarrollo de un nuevo tipo de instrumento llamado dosímetro.
Los dosímetros son aparatos de medición de dosis de ruido, son instrumentos que miden el porcentaje de la dosis de ruido diaria máxima permitida por las normas; suele estar diseñado para que la gente lo lleve encima. Son sonómetros integradores especializados que permiten leer directamente la dosis de ruido.
Se define dosis de ruido como una medida de la exposición al ruido a que está sometida una persona. Es una medida porcentual relacionada con el nivel de presión sonora equivalente con ponderación A y la duración de la exposición respecto al nivel sonoro permitido según la norma vigente. La dosis de ruido se define también como el nivel continuo equivalente LAeq al que un trabajador debe estar sometido para una jornada semanal de 40 horas, o bien, durante una jornada de 8 horas diarias. Los límites vienen dados por las diferentes normas, los valores normales oscilan entre 85 y 90 dB(A), que corresponden con una dosis del 100%.
Incluyen un micrófono, un amplificiador, ponderación de frecuencia A, elevador al cuadrado, integrador de tiempo e indicador. El dosímetro también puede incluir un indicador del límite superior. Y debe incorporar el promediado temporal, normalmente lenta (slow) y el umbral de nivel sonoro especificado por el fabricante.
Los dosímetros son instrumentos que se llevan encima. La localización del micrófono influye significativamente sobre la medición de la exposición sonora. El micrófono puede montarse sobre el hombro, pegado al cuello o sobre un sombrero o casco de seguridad. Sin embargo, no es nada recomendable colocarlo en el pecho. Siempre que sea posible, para cualquier posición, el micrófono debe estar localizado a 100 mm ± 10 mm de un oído, y en ningún caso a más de 300 mm. También debe tenerse en cuenta en la colocación del micrófono si el ruido llega predominantemente de una dirección concreta.
ANÁLISIS DETALLADO EN LABORATORIO
Realizar trabajos en un laboratorio requiere de largos periodos de medida, o que las medidas cumplan unas
ciertas premisas de seguridad, o que exista un sustancial trabajo de
análisis.
Una medida importante del ruido es su distribución de frecuencias, o sea, cómo se distribuye la presión sonora cuadrática
media con la frecuencia. El proceso para determinar esta distribución se denomina análisis del espectro, y los instrumentos
utilizados, analizadores de espectro.
Para análisis espectrales, la señal eléctrica que aporta el micrófono es amplificada y
procesada en circuitos electrónicos. El resultado es presentado sobre un indicador o en alguna forma de muestra
gráfica. El rango de frecuencias para el cual un filtro aporta relativamente poca atenuación se
denomina el ancho de banda del filtro. Los analizadores más frecuentes son:
FILTROSUn analizador de espectro puede utilizarse para determinar qué banda de frecuencia o componente contribuye en mayor medida al nivel de presión sonora con ponderación A. Para ello, puede ser suficiente una analizador de banda de octavas. Sin embargo, un análisis de bandas de tercio de octava puede sugerir claves respecto a la fuente de sonido. Por ejemplo, muchos componentes de máquinas, como cojinetes y engranajes, pueden generar tonos a frecuencias bien definidas.
Analizador de bandas de octava que tiene un ancho de banda de una octava (una octava es un intervalo de frecuencia entre dos sonidos cuya razón de frecuencia es 2). Se componen de 10 filtros normalizados de frecuencias centrales comprendidas entre 31,25 Hz y 16 kHz (aprox).
Analizador de banda de tercio de octava tiene un ancho de banda del tercio de una octava. Ofrece una información más detallada que el anterior. Tienen frecuencias centrales comprendidas entre 20 Hz y 20 kHz (31 filtros aprox.).
Analizador de nivel de ruido está orientado a la obtención de los distintos parámetros de los ruidos que se producen en el medio ambiente. Estos parámetros son un completo análisis estadístico del nivel de ruido.
ANÁLISIS EN TIEMPO REAL
Analizador en tiempo real de un canal o de dos canales y por bancos de filtro en paralelo . Éstos son una serie de analizadores que no realizan un barrido frecuencial sino que obtienen todo el espectro simultáneamente, bien mediante filtros y un detector o por tranformada rápida de Fourier. Se suelen utilizar para señales que varían rápidamente en amplitud o en contenido frecuencial.
Analizador FFT utilizan el algoritmo de la transformada rápida de Fourier para calcular el espectro de bloques de datos. El analizador FFT captura un bloque de datos de la muestra de longitud finita (típicamente 1024 o 2048 muestras). La gran ventaja de estos analizadores es la posibilidad de efectuar un zoom de una zona concreta del espectro obtenido.
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