Equation Chapter 1 Section 1 Trabajo Fin de Grado Grado en Ingeniería Aeroespacial Análisis Experimental de Impedancias Acústicas de Elementos en Edificaciones Autor: Pablo Blanco Ostos Tutor: Antonio Romero Ordóñez Dpto. Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras Escuela Técnica Superior de Ingeniería Sevilla, 2018
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Equation Chapter 1 Section 1
Trabajo Fin de Grado
Grado en Ingeniería Aeroespacial
Análisis Experimental de Impedancias Acústicas de
Elementos en Edificaciones
Autor: Pablo Blanco Ostos
Tutor: Antonio Romero Ordóñez
Dpto. Mecánica de Medios Continuos y Teoría
de Estructuras
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2018
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Trabajo Fin de Grado
Grado en Ingeniería Aeroespacial
Análisis Experimental de Impedancias Acústicas de
Elementos en Edificaciones
Autor:
Pablo Blanco Ostos
Tutor:
Antonio Romero Ordóñez
Dpto. de Mecánica de Medios Continuos y Teoría de Estructuras
Escuela Técnica Superior de Ingeniería
Universidad de Sevilla
Sevilla, 2018
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v
Trabajo Fin de Grado: Análisis Experimental de las Impedancias Acústicas de Elementos en Edificaciones
Autor: Pablo Blanco Ostos
Tutor: Antonio Romero Ordóñez
El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:
Presidente:
Vocales:
Secretario:
Acuerdan otorgarle la calificación de:
Fecha:
El Secretario del Tribunal
Sevilla, 2018
vi
vii
Agradecimientos
a realización y finalización de este proyecto no hubiese sido posible sin las personas que me han
estado apoyando y animando desde el primer momento.
En primer lugar, agradecer a todo el profesorado de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de
Sevilla por la enseñanza y los conocimientos aportados durante todos estos años que han pasado
desde que entré en la ETSI como alumno de primer curso. Agradecimiento especial a Antonio Romero
Ordóñez, el que ha sido mi tutor durante este proyecto, por su paciencia y por todo el tiempo que ha
invertido en mi trabajo.
Agradecimientos a mi familia, en especial a mis padres, por todo el esfuerzo que han puesto en que
pudiese estudiar sin que no me faltase de nada y por todo el apoyo que me han dado siempre, sin dejar
nunca de confiar en mí.
A mis compañeros de carrera a lo largo de estos años, que han sufrido conmigo día a día la dureza y
exigencia de estudiar en la Escuela, pero que siempre gracias al apoyo mutuo encontrábamos fuerzas para
seguir adelante.
A mis amigos, esos que cuando más agobiado estaba eran capaces de sacarme de casa o de la biblioteca
para que así me pudiera despejar y retomar los estudios con más fuerzas.
Pablo Blanco Ostos
Sevilla, 2018
L
viii
ix
Resumen
n el presente proyecto se tratará de encontrar un procedimiento experimental para el cálculo de la
impedancia acústica de objetos estructurales en la edificación presentes en nuestra Escuela, con el
objetivo de poder extrapolarlos a distintos materiales posteriormente. Exactamente se ensayará la
puerta del Aula 8 situada en el taller T1 de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Sevilla.
Durante este análisis se tendrán en cuenta las distintas propiedades del material que se ensaya, así como
las propiedades relacionadas con la teoría de señales que gobiernan estos ensayos.
Para el pleno entendimiento de lo que se pretende conseguir con este proyecto, se llevará a cabo una
descripción detallada de los instrumentos a utilizar así como de los principales elementos que aparecen
durante los mismos análisis.
Otro de los puntos a tratar será el entendimiento de la ley que regula los distintos niveles sonoros, así
como el conocimiento de estos. No se entrará en detalle de estos aspectos puesto que no será el objetivo
final del proyecto, pero son necesarios sus conocimientos para futuros desarrollos del mismo.
Finalmente se realizarán distintas medidas, analizadas todas ellas en bandas de frecuencia de tercios de
octavas con el fin de comparar los resultados y así poder validar las hipótesis establecidas al comienzo de
la investigación. Esto permitirá poder obtener unas conclusiones generales sobre el objetivo propuesto,
así como unas propuestas para un futuro desarrollo de esta investigación.
E
x
xi
Abstract
n the present project we will try to find an experimental procedure for the calculation of the
impedance of structural objects of the building present in our School, with the aim of being able to
extrapolate them to different materials later. Exactly the door of Classroom 8 will be rehearsed
located in workshop T1 of the School of Engineering of Seville. During this analysis, the different
properties of the material being tested will be taken into account, as well as the properties related to the
signal theory that govern these tests.
For a full understanding of what is intended to be achieved with this project, a detailed description of the
instruments to be used will be carried out, as well as the main elements that appear during the same
analyzes.
Another point to discuss will be the understanding of the law that regulates the different sound levels, as
well as the knowledge of these. We will not go into detail about these aspects since it will not be the final
goal of the project, but their knowledge is necessary for future developments of the project.
Finally, different measurements will be made, all analyzed in thirds of octaves in order to compare the
results and thus be able to validate the hypotheses established at the beginning of the investigation. This
will allow to obtain general conclusions about the proposed objective, as well as some proposals for a
future development of this research.
I
xii
xiii
Índice
Agradecimientos vii
Resumen ix
Abstract xi
Índice xiii
Índice de Figuras xv
Notación xix
1 INTRODUCCIÓN 21
2 OBJETIVOS Y CONTRIBUCIONES ORIGINALES 27
3 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS DE INSTRUMENTACIÓN 29 3.1. SONÓMETRO NL-42/NL-52 29 3.2. FUENTE DIRECCIONAL FL-03 34 3.3. MICRÓFONOS GRAS 46AE 1/2´´ CCP 36 3.4. SOFTWARE PULSE REFLEX 37
4 CONFIGURACIÓN DE LOS DISTINTOS INSTRUMENTOS PARA LA MEDIDA 39 4.1. SONÓMETRO NL-42/NL-52 39 4.2. FUENTE DIRECCIONAL FL-03 44 4.3. MICRÓFONOS GRAS 46AE Y PULSE REFLEX 44
5 METODOLOGÍA PARA LA ESTIMACIÓN DE LA IMPEDANCIA 49 5.1. Disposición de los Instrumentos 49 5.2. Configuración de las medidas 50 5.3. Caracterización del ambiente 51 5.4. Ruido Blanco 54 5.5. Ruido Rosa 56 5.6. Comparaciones y Comprobaciones 59
6 COMPROBACIÓN DE CÁLCULOS PARA EL SONÓMETRO 63 6.1. Disposición de los Instrumentos 63 6.2. Configuración de los instrumentos 63 6.3. Caracterización del ambiente 65 6.4. Ruido Blanco 66 6.5. Ruido Rosa 67
7 IDENTIFICACIÓN DE FUENTES DE RUIDO EN EL TALLER T1 69 7.1. Medidas del compresor 70 7.2. Medidas del motor de la grúa 71 7.3. Medidas del corte de metal 72 7.4. Medidas del corte de hormigón 73
8 CONCLUSIONES 75
xiv
ANEXO I: REPRESENTACIÓN DE TODAS LAS MEDIDAS 1/3 OCTAVA 79 I.1. Metodología para la estimación de la impedancia 79 I.2. Comprobación de cálculos para el sonómetro 88 I.3.Identificación de Fuentes de Ruido en el taller T1 93
ANEXO II: CARACTERÍSTICAS Y PROCESAMIENTO DE ARCHIVOS .UFF 97
Bibliografía 103
xv
Índice de Figuras
Figura 1.1: Señal continua en tiempo y amplitud 22
Figura 1.2: Señal continua en amplitud y discreta en tiempo 22
Figura 1.3: Representación gráfica de una señal muestreada 23
Figura 3.1 : Esquema parte frontal del sonómetro 29
Figura 3.2: Esquema de la pantalla 31
Figura 3.3: Esquema del panel de control 32
Figura 3.4: Esquema de la parte inferior del sonómetro 32
Figura 3.5: Esquema de la parte trasera del sonómetro 33
Figura 3.6: Montaje completo del sonómetro 34
Figura 3.7: Fuente direccional FL-03 34
Figura 3.8: Mando para el control de la fuente 35
Figura 3.9: Micrófonos GRAS 46AE 36
Figura 3.10: Adaptador trípode 37
Figura 3.11: Sistema de adquisición de datos Pulse LAN XI Modelo 3056 37
Figura 3.12: Interfaz software Pulse Reflex 38
Figura 4.1: Menú principal del sonómetro 39
Figura 4.2: Menú Measure 41
Figura 4.3: Menú Store 41
Figura 4.4: Menú System 42
Figura 4.5: Menú Display 43
Figura 4.6: Pantalla de inicio de Pulse Reflex 44
Figura 4.7: Conexión de los micrófonos 45
Figura 4.8: Configuración previa a las medidas 46
Figura 4.9: Ventana de lanzamiento de medidas 46
Figura 4.10: Ventana de procesamiento con elementos de la cadena de procesos 47
Figura 4.11: Pantalla de resultados 48
Figura 5.1: Disposición de los instrumentos 50
Figura 5.2: Configuración de medidas previas 50
Figura 5.3: Configuración procesamiento 51
Figura 5.4: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 52
Figura 5.5: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 52
Figura 5.6: Comparación de condiciones ambientales en distintos instantes 53
Figura 5.7: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 abierto 54
Figura 5.8: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 55
Figura 5.9: Ensayo 1 Atenuación del Ruido Blanco frente a la puerta del aula 8 del taller T1 56
Figura 5.10: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 57
Figura 5.11: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 57
Figura 5.12: Ensayo 1 Atenuación del Ruido Rosa frente a la puerta del aula 8 del taller T1 58
xvi
Figura 5.13: Superposición de las cuatro impedancias obtenidas e impedancia media 59
Figura 5.14: Media de las cuatro Impedancias 60
Figura 5.15: Suma Impedancia Ruido Blanco a Ruido Rosa 60
Figura 5.16: Suma Impedancia Ruido Rosa a Ruido Blanco 61
Figura 6.1: Configuración programa de medición del sonómetro 64
Figura 6.2: Configuración del menú de almacenamiento 64
Figura 6.3: Hoja de cálculo para conversión de archivos .rnh 65
Figura 6.4: Ejemplo de archivo .rnh convertido 65
Figura 6.5: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 66
Figura 6.6: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 67
Figura 6.7: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 68
Figura 7.1: Disposición del sonómetro 69
Figura 7.2: Ensayos correspondientes al compresor del taller 70
Figura 7.3: Ensayos correspondientes al motor de la grúa del taller 71
Figura 7.4: Ensayos correspondientes al corte de metal del equipo ARUS 72
Figura 7.5: Ensayos correspondientes al corte de probetas de hormigón 73
Figura I.1: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 79
Figura I.2: Ensayo 2 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 80
Figura I.3: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 80
Figura I.4: Ensayo 2 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 80
Figura I.5: Impedancia ensayo 1 Ruido Ambiente 81
Figura I.6: Impedancia ensayo 2 Ruido Ambiente 81
Figura I.7: Comparación de condiciones ambientales en distintos instantes 81
Figura I.8: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 82
Figura I.9: Ensayo 2 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 82
Figura I.10: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 82
Figura I.11: Ensayo 2 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 83
Figura I.12: Impedancia ensayo 1 Ruido Blanco 83
Figura I.13: Impedancia ensayo 2 Ruido Blanco 83
Figura I.14: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 84
Figura I.15: Ensayo 2 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 84
Figura I.16: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 84
Figura I.17: Ensayo 2 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 85
Figura I.18: Impedancia ensayo 1 Ruido Rosa 85
Figura I.19: Impedancia ensayo 2 Ruido Rosa 85
Figura I.20: Representación de impedancia de cuatro ensayos y media de la impedancia 86
Figura I.21: Impedancia Media 86
Figura I.22: Suma de impedancia ruido blanco a señal rosa 86
Figura I.23: Suma de la impedancia rosa a señal ruido blanco 87
Figura I.24: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 88
Figura I.25: Ensayo 2 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 88
Figura I.26: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 89
Figura I.27: Ensayo 2 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 89
Figura I.28: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 90
Figura I.29: Ensayo 2 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 90
Figura I.30: Ensayo 1 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 90
Figura I.31: Ensayo 2 Ruido Blanco con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 91
xvii
Figura I.32: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 91
Figura I.33: Ensayo 2 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 92
Figura I.34: Ensayo 1 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 92
Figura I.35: Ensayo 2 Ruido Rosa con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 92
Figura I.36: Resultados correspondientes a los ensayos del compresor del taller 93
Figura I.37: Resultados correspondientes a los ensayos del motor de la grúa del taller 93
Figura I.38: Resultados correspondientes a los ensayos del corte de probetas de metal 94
Figura I.39: Ensayo 1 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 94
Figura I.40: Ensayo 2 Ruido Ambiente con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 95
Figura I.41: Ensayo 1 corte de hormigón con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 95
Figura I.42: Ensayo 2 corte de hormigón con la puerta del aula 8 del taller T1 abierta 95
Figura I.43: Ensayo 1 corte de hormigón con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 96
Figura I.44: Ensayo 2 corte de hormigón con la puerta del aula 8 del taller T1 cerrada 96
Figura II.1: Código Matlab para lectura de archivo .UFF 100
xviii
xix
Notación
I.S.O International Standarization Organization
dB Decibelios
Hz Hertzios
S Segundos
T Periodo
I.E.C International Electrotechnical Commission
TFT LCD Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display
Ω Ohmios
pF Pico Faradios
mV Mili voltios
Pa Pascales
ºC Grados centígrados
WS Wind Screen
DC Corriente continua
AC Corriente alterna
FFT Transformadas de Fourier
ASCII American Standard Code for Information Exchange
20
21
1 INTRODUCCIÓN
n el presente documento se abordará el cálculo de una de las principales propiedades acústicas
que ofrece un medio al paso de una señal. Este concepto de impedancia acústica se puede
englobar dentro de la Teoría de Señales. Dentro de la teoría de señales se pueden clasificar tres
elementos básicos que describen un sistema de comunicaciones, siendo el sistema un grupo de
objetos que pueden interactuar armónicamente y que se combinan para lograr un determinado
objetivo. Por otra parte se puede definir las señales como una función univaluada en el tiempo, es
decir, a cada instante de tiempo le corresponde un único valor de la función. Finalmente el último
elemento que se puede definir dentro de la teoría de señales se corresponde con la respuesta del
sistema ante una señal, es decir, la manera en la que reacciona un sistema a la entrada de una señal.
Como parte de la Teoría de Señales, es fundamental definir los tipos de señales que existen. Así, en
una primera clasificación del tipo de señal es posible encontrar señales continuas, que son aquellas
que presentan un valor real para todos los valores del eje del tiempo, y generalmente son descritas
mediante una función de una variable continua y señales discretas en el tiempo, que son aquellas que
presentan valores sólo entre los espacios, que para facilidad computacional presentan una separación
igual, pero que generalmente no suelen ser equidistantes en el tiempo.
Para pasar de una señal analógica a una señal digital es necesario dotar de un decodificador, es decir,
un conversor A/D, que se encargue del proceso denominado modulación digital. Estos convertidores
están presentes en los instrumentos de medida y realizan este proceso a la hora de recepción de la
señal. Consiste primero en un muestreo de la señal continua, posteriormente se lleva a cabo un
proceso de cuantificación, donde se le asigna un valor a las muestras pero sin llegar a ser aún digital.
El último paso del proceso de modulación que realizan estos convertidores es la digitalización de la
señal, esto es, la asignación a las muestras de dígitos binarios. Este proceso es determinante a la hora
de procesar datos, puesto que permite trabajar con señales que el ordenador procesa con mayor
facilidad.
Es importante recalcar que el muestreo se realiza siguiendo el teorema de Nyquist. Este teorema fue
desarrollado en 1928 por Nyquist y probado matemáticamente por Shannon en 1949. La teoría del
muestreo define que para una señal de ancho de banda limitado, la frecuencia de muestreo debe de
ser mayor que dos veces su ancho de banda medida en Hertzios. En caso de que no se cumpla y la
frecuencia de muestreo fuese menor que dos veces el ancho de banda se produce el fenómeno
denominado Aliasing [4], que supone la superposición de dos señales muestreadas, debido a que los
dos anchos de banda se solapan.
Existen dos tipos de dominios donde poder tratar una señal, el dominio del tiempo y el dominio en
frecuencias, siendo el dominio temporal el dominio donde la mente humana percibe y entiende
mejor las señales. Sin embargo, en ocasiones es más fácil tratar señales en dominio frecuencial,
puesto que muestra las componentes de la señal según la frecuencia en la que oscilan dentro de un
rango determinado. Para pasar de un dominio a otro la herramienta utilizada son las propiedades de
la transformada de Fourier, que permite representar una señal como combinación de exponenciales
complejas.
El principio básico en el que se fundamentan los análisis de Fourier es en que toda señal
periódica se puede representar como una serie de senos y cosenos. En función del tipo de señal,
E
22
se utilizará la transformada de Fourier (FT) en caso de ser la señal continua en tiempo y
amplitud (Figura 1.1), y la transformada de Fourier en tiempo discreto (DTFT) en caso de ser
una señal continua en amplitud y discreta en tiempo (Figura 1.2). Esta última herramienta es la
que se emplea en las señales muestreadas, siendo la transformada rápida de Fourier (FFT) una
versión más rápida de la transformada de Fourier discreta.
Figura 1.1: Señal continua en tiempo y amplitud [2]
Figura 1.2: Señal continua en amplitud y discreta en tiempo [2]
Las señales tratadas en estos análisis serán señales analógicas continuas, posteriormente
procesadas y digitalizadas, emitidas por una fuente sonora, que bien será un altavoz, para el
análisis del dominio frecuencial de manera homogénea a nivel frecuencial, o bien puede ser una
fuente sonora desconocida proveniente del entorno, como se tratará el ruido ambiente, de las
cuales no se conoce su comportamiento a nivel frecuencial.
Dichas señales serán recogidas por un receptor, en este caso micrófonos, que a su vez estarán
conectados a un software de post procesamiento de señales, el Pulse Reflex. Con este software
serán muestreadas a una frecuencia de muestreo fijada y filtradas por un tipo de filtro
previamente definido, con el objetivo de obtener con la mayor claridad posible toda la
información que proporciona la señal.
Un filtro es un instrumento que transmite una señal de manera que su salida es el resultado de
hacer la convolución de la señal de entrada con la función de respuesta a un impulso unitario del
filtro. Esto se relaciona a través de la Transformada de Fourier con el dominio de la frecuencia
de la señal como una multiplicación compleja del espectro de la señal y la función de respuesta
en frecuencia del filtro [3].
Un filtro tiene la propiedad de eliminar ciertas frecuencias de una señal y permite el paso de las
demás frecuencias no filtradas sin alterarlas. Hay que tener en cuenta que las frecuencias que
pueden ser filtradas pueden ser altas frecuencias, como bajas frecuencias e incluso un cierto
rango de frecuencias medias. Por ello, existen distintos tipos de filtros según las frecuencias que
dejan pasar.
Así, el filtro de paso bajo elimina las frecuencias por encima de cierto valor, mientras que el
filtro paso alto elimina las frecuencias por debajo de cierto valor. A este valor se le llama
23
frecuencia de corte. Para el caso de filtrado de bandas de frecuencias, se encuentra el filtro paso
banda que deja sólo pasar las frecuencias que se encuentra un rango que queda definido por dos
frecuencias, y el filtro rechazo de banda que elimina las frecuencias que se encuentran dentro
del rango definido por dos valores de frecuencia [3]. En los ensayos que se realizarán en este
proyecto el filtro utilizado será el filtro paso alto.
Figura 1.3: Representación gráfica de una señal muestreada [4]
En la figura 1.3 se muestra una representación de una señal muestreada en el dominio temporal,
donde el valor ∆ representa el intervalo de muestreo, guardando la frecuencia de muestreo una
relación con el dominio temporal relacionando ∆ que es el intervalo de tiempo que mide cada
muestra, por ello se puede definir la frecuencia de muestreo como f = ∆−1. Para obtener el
espectro de la señal muestreada habría que aplicar las propiedades de Fourier a cada uno de los
impulsos por los que quedarían representados cada muestra.
Es relevante conocer además, que cada muestra presenta ciertos índices acústicos. Estos índices
se pueden clasificar en aquellos utilizados para la evolución del ruido, y en los utilizados para
las mediciones ambientales. Los primeros son aquellos que son necesarios establecerlos debido
a que el ruido es una magnitud física que presenta valores con gran variabilidad con el tiempo.
Esto exige fijar unos límites máximos y mínimos de exposición, por lo que se establecen estos
parámetros instantáneos de una medición, valores máximo o mínimos que se han superado
durante un tiempo, valores percentiles... En cuanto a aquellos parámetros utilizados para las
mediciones ambientales, es fundamental la evaluación y gestión del ruido ambiental mediante
parámetros y criterios homogéneos que permitan comparar los datos correspondientes a
distintos entornos territoriales [1].
Toda la información relacionada con los diferentes niveles acústicos se encuentra recogida en la
norma NORMATIVA RUIDO E INDICADORES DE RUIDO: “REAL DECRETO
1367/2007”, el cual tiene por objeto establecer las normas necesarias para el desarrollo y
ejecución de la Ley 37/2003, del ruido en lo referente a zonificación acústica, objetivos de
calidad y emisiones acústicas.
En este contexto, los distintos índices que define la norma para la evaluación de ruido son los
que se detallan a continuación.
Valor máximo de presión sonora alcanzado durante el intervalo T, 𝐿𝐴𝑚𝑎𝑥, para evaluar
niveles sonoros máximos durante un periodo temporal de evaluación. Así mismo, se
puede calcular el valor mínimo alcanzado durante un intervalo T, 𝐿𝐴𝑚𝑖𝑛.
Nivel sonoro continuo equivalente, 𝐿𝐴𝑒𝑞,𝑇 , para evaluar niveles sonoros en un intervalo
temporal T. Puesto a que corresponde a un promedio a lo largo del tiempo, el nivel
equivalente siempre debe de ir acompañado por la letra que indica la ponderación
utilizada, en este caso A.
24
Índice de ruido equivalente corregido, 𝐿𝐾𝑒𝑞,𝑇 , para evaluar niveles sonoros en un
intervalo temporal T, con correcciones de nivel por componentes tonales emergentes,
por componentes de baja frecuencia o por ruido de carácter impulsivo.
Índice de ruido equivalente corregido a largo plazo, 𝐿𝐾,𝑥 , para evaluar molestia y los
niveles sonoros, con correcciones de nivel por componentes tonales emergentes, por
componentes de baja frecuencia o por ruido de carácter impulsivo, promediados a largo
plazo, en el periodo temporal x.
Es importante mencionar que en dicha norma también se establecen los índices correspondientes
al análisis en el ámbito de las vibraciones, sin embargo, este campo no será objeto de estudio en
este proceso de investigación.
Además de estos índices de ruidos, la Ley hace mención a una serie de índices que aparecen en
el “Real Decreto 1513/2005, de 16 de Diciembre”. Estos índices se corresponden con los
índices que caracterizan el ruido ambiental y estos aparecen definidos aparecen en este Real
Decreto.
𝐿𝑑𝑒𝑛 , para evaluar niveles sonoros medios en el periodo día-tarde-noche.
𝐿𝑛 , para evaluar niveles sonoros en el periodo de noche.
En este Real Decreto aparecen además como índices suplementarios los siguientes índices:
𝐿𝑑 , para medir niveles sonoros en el periodo de día.
𝐿𝑒 , para medir niveles sonoros en el periodo de tarde.
Estos dos índices suplementarios son necesarios para el cálculo de 𝐿𝑑𝑒𝑛 , siendo éste el índice
de mayor relevancia. Este parámetro pretende dar una idea del nivel de ruido a lo largo de las 24
horas del día, teniendo en cuenta que durante el periodo de noche el ser humano se vuelve más
sensible al ruido, y por tanto la importancia relativa de este periodo aumenta. Para su cálculo se
obtienen los niveles equivalentes de los periodos de día, tarde y noche sumándole a estos dos
últimos 5dB y 10dB respectivamente y promediándolo con la siguiente ecuación.
𝐿𝑑𝑒𝑛 = 10 𝑥 𝑙𝑜𝑔1
24(12 𝑥 10
𝐿𝑑10 + 4 𝑥 10
𝐿𝑒+510 + 8 𝑥 10
𝐿𝑛+1010 )
En el desarrollo de este proyecto, los índices que se tratarán serán los correspondientes a la
caracterización del ruido, añadiendo el caso de los índices percentiles, que no se encuentran
recogidos en la normativa pero que indican que el nivel de presión sonora 𝐿𝐴 ha sido
sobrepasado en un porcentaje N en un intervalo de tiempo T.
Como ya se ha comentado, el subíndice A hace referencia al tipo de ponderación acústica
utilizada. Estas ponderaciones de frecuencia relacionan los niveles de presión sonora con la
respuesta humana (500Hz-6kHz), siendo por debajo y por encima de estos niveles el oído
humano más sensible. Realmente, las ponderaciones de frecuencias son filtros que contiene el
instrumento de medida y que ajustan el modo de medición del sonido. Podemos tener tipo A, B,
C, D, Flat, L y Z1.
Las más utilizadas son las ponderaciones A, C y Z, las que suelen incluir la mayoría de los
sonómetros. Sin embargo para las medidas del presente documento, únicamente se hará uso de
la ponderación A, siendo la que más se asemeja a la respuesta del oído humano
Tipo A: Abarca un rango entre 20Hz y 20kHz, por lo que la respuesta es similar a la del
Tipo B: Actualmente se encuentra en desuso, se desarrolló con el objetivo de cubrir el
rango medio entre las ponderaciones A y C.
Tipo C: Esta ponderación se usa normalmente para niveles más altos y niveles de
presión pico de sonido.
Tipo D: Utilizada para medir el ruido de los aviones, especialmente los motores
militares sin derivación.
Tipo Flat: Medidor sobre un rango de frecuencias no establecido, actualmente en
desuso.
Tipo L: Similar al tipo Flat.
Tipo Z: Ponderación `Zero´ que no implica ponderación en frecuencia, aunque
realmente el rango es de 10Hz a 20kHz. Se introdujo para reemplazar a los filtros planos o
lineales.
Finalmente con la ayuda de los distintos instrumentos de medida de los que se dispone, y
configurando los parámetros necesarios en cada ensayo se llevarán a cabo una serie de análisis
en tercios de octavas para detallar la mayor información posible de la señal que se desea
analizar, con el fin de poder comparar los distintos resultados y obtener resultados concluyentes.
26
27
2 OBJETIVOS Y CONTRIBUCIONES
ORIGINALES
ste proyecto se ha centrado en la consecución de un objetivo fundamental, a la vez que de
forma simultánea se han obtenido dos objetivos complementarios, todos ellos marcados al
comienzo del mismo.
Las contribuciones más relevantes según los objetivos propuestos se detallan a continuación.
El objetivo fundamental del proyecto reside en el cálculo de la impedancia de ciertos
objetos con el fin de poder extrapolarla a otros ensayos, se detallará un proceso único para la
medición de la misma mediante una serie de ensayos que permitan definirla como una
función matemática.
El segundo de los objetivos que se pretende alcanzar con este estudio consiste en el correcto
procesamiento de las señales aportadas por las distintas fuentes sonoras de la que se
dispondrán, algunas de ellas controlables y a priori conocidas, y algunas otras desconocidas
y que no se podrán controlar. Se pretenderá además caracterizar el comportamiento acústico
de estas fuentes. Para ello, se realiza un modelo matemático basado en transformadas y
series de Fourier que aparecen recogidas por un software de cálculo digital.
Como último objetivo y en relación con las aportaciones del segundo objetivo, se pretende
elaborar una guía de apoyo para un correcto uso de las distintas herramientas de trabajo de
las que se dispondrá para la realización de los distintos experimentos. Estas herramientas
serán distintos instrumentos de medición y la fuente direccional de la que se dispondrá.
Además de estos objetivos principales que se pretenderá alcanzar, existen una serie de objetivos de
menor relevancia pero igualmente se intentaran alcanzar.
Conocimiento de la normativa de ruido así como los índices acústicos que aparecen
definidos dentro de la misma.
Familiarización con los conceptos básicos de la teoría de señales que puedan estar presentes
durante la investigación.
Elaboración de una serie de códigos de Matlab que permitan la representación de los
resultados, por lo que esto conlleva el manejo del software Matlab.
E
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3 DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS
DE INSTRUMENTACIÓN
ara llevar a cabo los experimentos, se harán uso de una serie de equipos de instrumentación, los
cuales se describirán de manera exhaustiva a continuación, siendo la descripción que aparecerá
a continuación relacionada con el aspecto físico de dichos instrumentos.
Los instrumentos que se detallan a continuación son el sonómetro NL-42/NL-52, una fuente
direccional FL-03, los micrófonos GRAS 46AE 1/2´´ CCP Free-Field Standard Microphone Set y
por último se detallará el Software utilizado para procesar datos Pulse Reflex.
3.1. SONÓMETRO NL-42/NL-52
El sonómetro NL-42/NL-52 de la compañía Rion [5] será el utilizado para tomar las medidas de
acuerdo a las normas IEC (International Electrotechnical Commission). Este instrumento se
encarga de las mediciones de los niveles de presión sonora, que posteriormente serán utilizadas
para su comparación con las de otros instrumentos de medida.
En cuanto al aspecto físico, dicho sonómetro presenta una imagen sencilla.
La pantalla es compatible con varios idiomas y permite una operación intuitiva y fácil de usar
que puede ser manejada cómodamente por personas que no tienen experiencia en mediciones.
3.1.1. Parte Frontal
En su parte frontal (Figura 3.1) este sonómetro presenta una unidad principal, compuesta por el
panel de control y la pantalla TFT LCD, y una unidad secundaria formada por el micrófono UC-59 y
por el preamplificador NH-25.
Figura 3.1 : Esquema parte frontal del sonómetro
P
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3.1.1.1. Micrófono UC-59
El micrófono consta de dos partes, la primera parte que es el cuerpo del micrófono en sí, y la
segunda parte que es la rejilla del micrófono, ambas deben de estar correctamente unidas para su
correcto uso
En cuanto a las características físicas del micrófono, este modelo que incorpora el sonómetro NL-
42/NL-52 es el micrófono UC-59, que presenta un diámetro nominal de 13,2mm y una longitud
aproximadamente de 14,3mm, llegando a pesar 4,7g aproximadamente.
En referencia a los aspectos técnicos que presenta dicho micrófono, posee un rango de operación de
frecuencias que comprende de 10 Hz a 20 kHz. En cuanto a la sensibilidad, uno de los aspectos más
importantes a tener en cuenta, los valores que ofrece son de ± 2 dB a temperatura ambiente (23ºC de
temperatura, 50% de humedad relativa y 101.325 kPa la presión atmosférica). Otro de los aspectos
técnicos importante del micrófono es su capacitancia, lo que viene a ser lo mismo que hablar de su
capacidad eléctrica, siendo la del micrófono de 13pF con una precisión de ± 1,5dB.
Pero esta sensibilidad se puede ver alterada por distintos fenómenos que regirán las condiciones del
entorno en el que se llevan a cabo los ensayos. Así, si la temperatura se encuentra entre -10ºC y +
50ºC, la sensibilidad puede aumentar o disminuir en 0,35 dB como máximo, siendo de 0,5 dB en el
caso en el que la temperatura se encuentre entre – 20ºC y + 60ºC. Para el caso en cual la humedad
relativa presente porcentajes entre 50% y 90%, la sensibilidad podrá variar en ± 0,14 dB. Todas estas
medidas están referenciadas a 23ºC y en una frecuencia de operación de 1 kHz, además de no existir
condensación en el aire.
3.1.1.2 Preamplificador NH-25
El preamplificador forma junto con el micrófono una unidad separada de la unidad principal y como
tal, existen parámetros que dependerán directamente de los parámetros del micrófono.
Los aspectos que mejor definen al preamplificador son su impedancia a la entrada y su resistencia a
la salida. La impedancia de entrada tiene un valor de 3GΩ // 27pF, siendo el valor de la resistencia a
la salida 50Ω.
Existe una relación directa entre la frecuencia de corte a bajas frecuencias y la capacitancia del
micrófono. Esto se debe a que el micrófono presenta un pequeño valor de capacitancia y una alta
impedancia, especialmente a bajas frecuencias. Por tanto, se requiere una resistencia grande para
asegurar una respuesta uniforme que se extienda a la baja frecuencia también. Como consecuencia,
la relación existente entre ambas magnitudes se muestra a continuación.
𝑓0 =1
2𝜋 ∗ 𝑍𝑖𝑛 ∗ 𝐶𝑚
Siendo 𝑓0 (Hz) la frecuencia de corte a bajas frecuencias, 𝑍𝑖𝑛 (Ω) la impedancia de entrada del
preamplificador y 𝐶𝑚 (F) la capacitancia del micrófono.
Existe además una relación que no se tendrá en cuenta que relaciona la perdida de sensibilidad en la
capacitancia del micrófono si se conectasen a través de un cable. Como en los ensayos de esta
investigación el sonómetro no se conectará a través de un cable, si fuese necesario consultar dicha
relación se encuentra en el manual del sonómetro.
Por estos dos motivos, se encuentra el preamplificador justo después del micrófono para garantizar
una señal de salida a baja impedancia.
3.1.1.3. Pantalla TFT LCD
La pantalla es un panel LCD retroiluminado que puede mostrar el sonido medido como una
indicación numérica o como un gráfico de barras. Se encarga de indicar el estado de funcionamiento
del sonómetro y permite definir los parámetros de medición, así como mostrar las indicaciones de
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advertencia y otra información.
Para realizar una buena lectura del display, se muestran los distintos resultados posibles que
aparecen por pantalla (Figura 3.2). Solo se detallarán, debido al elevado número de elementos que
dispone, los datos que serán de utilidad durante los ensayos tendrán lugar con el sonómetro,
quedando el resto de elementos definidos completamente en el manual de instrucciones del
sonómetro.
Figura 3.2: Esquema de la pantalla
En la primera barra se muestran las etiquetas relacionadas con el modo de análisis para el que se ha
configurado el sonómetro y datos relativos a la tarjeta de memoria, como son el indicador de tarjeta
y la capacidad de la misma.
Justo debajo, se encuentran una serie de datos relacionados con las correcciones que se han aplicado
al sonómetro para tomar las medidas, siendo estas correcciones la de la pantalla anti viento y la
corrección por difusión de ruido.
Un poco más abajo, se encuentran los datos relacionados con el almacenamiento de las medidas y el
modo de almacenamiento, indicándose así el intervalo de medición para el valor Lp, el tiempo de
duración total de la medida, y el tiempo que lleva transcurrido la medición.
El cuerpo central del display muestra claramente un número ocupando la mayor parte de la pantalla
que se corresponde con el valor medido en ese instante de Lp. También se puede observar el tipo de
ponderación utilizado, quedando reflejado esto en las letras que aparecen junto al valor de Lp.
Finalmente, en la última franja se muestra el estado de la batería, el bloqueo de pantalla, y la hora y
fecha del instante en que se esté utilizando.
3.1.1.4. Panel de Control
El panel de control lo conforman todos los botones que serán utilizados para configurar el
sonómetro. Se encuentran dentro del panel de control las distintas teclas que configuran el
sonómetro (Figura 3.3), desempeñando cada una de ellas las funciones que se detallan a
continuación.
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Figura 3.3: Esquema del panel de control
START/STOP: Este botón es utilizado para iniciar y finalizar las medidas.
PAUSE/CONT: Este botón es utilizado para pausar y continuar las medidas.
Indicador LED: Indica el estado o el funcionamiento del sonómetro según se encienda azul
o rojo.
DISPLAY: Esta tecla cambia el modo de visualización de la pantalla de medidas además de
ser usada para mostrar una pequeña ayuda ofrecida por el sistema de ayuda que incorpora el
sonómetro.
MENU/ENTER: Con esta tecla se puede realizar o finalizar la configuración elegida para
una medición. Cuando se presiona en la pantalla de medición, aparece la pantalla con todas
las opciones que ofrece el menú.
CAL: Esta se utiliza para calibrar las unidades de medida o para la calibración de los
instrumentos conectados.
LIGHT: Este botón se presionara cuando se quiera encender y apagar la pantalla de fondo,
especialmente para facilitar la lectura en lugares con poca visibilidad.
POWER: Es importante dejar presionado este botón durante un segundo para que su uso sea
efectivo, encendiendo y apagando el sonómetro como función.
Key Lock: Realmente no se trata de un botón únicamente, para conseguir el bloqueo de
teclas es necesario presionar simultáneamente los botones < y >, y viceversa, es decir para
anular el bloqueo de teclas es necesario volver a presionarlas. Es importante saber que
cuando se bloquean el panel de control, la única función disponible, es decir, el único botón
que se podría presionar es el de “LIGHT”.
3.1.2. Parte Inferior
En la parte inferior del mismo la disposición es tal y como se muestra en la figura 3.4, siendo
esta parte del sonómetro el lugar donde se encuentran mayormente los distintos tipos de
conectores.
Figura 3.4: Esquema de la parte inferior del sonómetro
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BOTTOM COVER: Esta cubierta protege a los conectores en la parte inferior durante el
almacenamiento y el transporte.
DC IN Connector: Permite conectar un cable serie NC-98 para la alimentación AC.
Además también permite conectar una batería BP-21A para su carga.
SD Card Slot: Es la ranura donde se inserta la tarjeta de memoria externa.
I/O Connector: Permite la conexión de la impresora.
AC OUT Connector: Emite una señal AC de acuerdo con la ponderación de frecuencia.
DC OUT Connector: Emite una señal DC correspondiente al nivel de presión acústica.
USB Connector (mini B): Permite la conexión con un ordenador.
3.1.3. Parte Trasera
Por último y para terminar de describir el sonómetro al completo, como se muestra, se definen
los elementos situados en la parte trasera del sonómetro (Figura 3.5). En esta aparecen
elementos como el sello, el compartimento de la batería, la placa modelo y el adaptador del
trípode.
SEAL: El sello garantiza el funcionamiento de la unidad a prueba de humedad y polvo.
MODEL PLATE: Su única función es la de mostrar información como el número de
modelo de la unidad, el número del micrófono, número de preamplificador, número de
serie y fecha de fabricación.
TRIPOD MOUNTING THREAD: Se utiliza para poder colocar el sonómetro sobre un
trípode.
BATTERY COMPARTMENT: Aquí se insertan cuatro pilas del tamaño AA y que
cumplan con los requisitos de la norma R6 IEC.
Figura 3.5: Esquema de la parte trasera del sonómetro
Al sonómetro es posible colocarle accesorios que permitan obtener una medida más exacta del
sonido. En este aspecto, se le colocará una pantalla anti viento WS-10. Ésta se colocará por la
parte superior del sonómetro, protegiendo al micrófono de la mayor parte de la difusión
generada por el viento.
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El montaje de la pantalla anti viento en el sonómetro causará cambios en la respuesta de
frecuencia, sin embargo, es posible configurar una corrección en el sonómetro para garantizar la
respuesta en frecuencia que se detallará en el punto siguiente. Las distintas pantallas que se le
pueden colocar al sonómetro además de la pantalla anti viento WS-10 son la pantalla contra la
lluvia WS-16 y la pantalla para cualquier tipo de adversidad climatológica WS-15. Para
garantizar un correcto montaje, el sonómetro debe de presentar el siguiente aspecto (Figura 3.6),
asegurándose de manera minuciosa la correcta colocación de todos y cada uno de sus elementos.
Figura 3.6: Montaje completo del sonómetro
3.2. FUENTE DIRECCIONAL FL-03
La fuente de sonido que se utilizará durante los ensayos, que requieran de la excitación de uno
de los distintos tipo de ruido, del presente documento es la fuente direccional FL-03, como el
que se muestra en la Figura 3.7. Es un altavoz especializado para el ensayo de aislamiento del
ruido aéreo que cumple con las especificaciones de las reglas ISO 140-5 [6].
En cuanto a sus características físicas, se puede definir como un altavoz ligero y de sencillo uso,
al alcance de cualquier persona con pocos conocimientos en este ámbito. La fuente FL-03 tiene
un peso de 10 kg, constando en su interior de un amplificador de 300W y de un generador de los
tres tipos de ruidos que emite esta fuente: rosa, blanco y sinusoidal.
Figura 3.7: Fuente direccional FL-03
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En cuanto a aspectos técnicos se refiere, esta fuente presenta un nivel de potencia sonora a la
salida de 116 dB, una respuesta en frecuencia que oscila entre 50 Hz a 6300 Hz, es decir emite
sonido en ese rango de frecuencia con una potencia en salida continua de dicho valor.
Además, esta fuente presenta unas dimensiones de 450 x 350 x 400 mm y un peso de 10 kg
como se mencionó con anterioridad, lo que hace de esta fuente cómoda para su transporte y
manejable.
En cuanto a otras prestaciones que presenta el altavoz, como se puede comprobar en la imagen
anterior, permite ser colocado en un trípode mediante el soporte, y permite direccionar la
emisión del sonido con un rango de ángulos que oscilan entre los 0º y los 60º.
Ofrece también la posibilidad de colocar un pack de baterías recargables que dotan a la fuente
de una autonomía de 1h 20min, un tiempo suficiente para que, en caso de no ser posible
conectar la fuente con la corriente, sea posible realizar todos los ensayos en su totalidad.
En cuanto al manejo del altavoz, se llevará a cabo a través de un control remoto RF (Figura 3.8)
que incluye dieciséis funciones para su completo control. En él se incluyen la configuración de
los distintos ruidos posibles, el nivel de potencia sonora y controles para iniciar y parar la
fuente.
Figura 3.8: Mando para el control de la fuente
Donde la etiqueta “White Noise” se corresponde con el ruido blanco, “Pink Noise” con el ruido
rosa y “Sweep Sine” al ruido sinusoidal. Con los botones + y – aumentamos como se muestra en
la figura en 2 dB la potencia sonora mientras que con los botones > y se inicia y se detiene la
reproducción del ruido que este emitiendo en ese instante. Las etiquetas que presentan distintos
valores en decibelios se corresponden con los niveles de presión de sonora, siendo
normalmente, el más utilizado el correspondiente al valor -30dB ya que se trata de la intensidad
más baja y menos perjudicial para el oído humano.
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3.3. MICRÓFONOS GRAS 46AE 1/2´´ CCP
Los micrófonos que se utilizan en los siguientes ensayos serán los micrófonos GRAS 46AE
1/2`` CCP (Figura 3.9). Este modelo se incluye dentro de un conjunto de micrófonos de campo
libre, optimizando todo tipo de aplicaciones acústicas, donde se conoce la ubicación de la fuente
de sonido y dicho sonido incide directamente sobre el mismo con un ángulo de cero grados, es
decir, sin ningún grado de inclinación. Como en el caso del sonómetro, estos micrófonos
realizan las mediciones de acuerdos a las normas IEC.
En cuanto a los aspectos físicos, tal y como se han descrito los otros instrumentos, cada
micrófono de la familia GRAS 46AE tiene un peso de 33 g, y unas dimensiones que varían
según la parte del mismo donde se realice la medida, de 84 mm x 12,7 mm de diámetro en la
zona central del micrófono.
Los micrófonos de esta familia están compuestos por un micrófono y un preamplificador, al
igual que en el caso del sonómetro, pero con la diferencia de que los datos tomados por estos
deberán de ser procesados en un software posteriormente, ya que no poseen un sistema de
procesamiento de datos interno como si ocurría con el sonómetro.
3.3.1. Micrófono
El micrófono que llevan acoplados esta familia de instrumentos son los del tipo GRAS 40AE 1/2``
pre polarizado, diseñado para garantizar una gran fiabilidad a largo plazo en cualquier tipo de
ambiente. Su gran sensibilidad y fiabilidad hacen este micrófono idóneo para las medidas a niveles
medios de presión sonora en frecuencias medias.
3.3.2. Preamplificador
El preamplificador utilizado en estos micrófonos es el modelo GRAS 26CA con un conector del tipo
BNC. Este preamplificador está compuesto por los circuitos GRAS, caracterizados por su bajo ruido,
su alta frecuencia y gran capacidad de velocidad de giro.
Figura 3.9: Micrófonos GRAS 46AE
En cuanto a las especificaciones técnicas, estos micrófonos presentan un rango de operación en
frecuencia que se encuentra entre 3.15kHz y 20kHz, siendo la sensibilidad del micrófono de
50mV/Pa. En cuanto a las características referidas a la temperatura, estos micrófonos tienen un rango
de operación que oscila entre los -30ºC y los +85ºC.
La resistencia de salida que ofrece este micrófono tiene un valor de 50 Ω, similar a la que ofrecía el
sonómetro. En cuanto a la humedad, el rango en el cual se debe de operar para que no se produzca
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condensación gira en torno a 0-95% de humedad relativa.
Por último, es importante detallar que junto a los micrófonos se hará uso de un adaptador como el de
la Figura 3.10 que permita colocar estos micrófonos sobre un trípode, facilitando así las medidas y el
ajuste de su posición.
Figura 3.10: Adaptador trípode
3.4. SOFTWARE PULSE REFLEX
El software Pulse Reflex será la principal herramienta que será utilizada en el presente
documento para el procesamiento de datos recogidos previamente mediante un sistema de
adquisición Pulse LAN XI. No es una herramienta física como tal por lo que es complicado
detallar su descripción física.
Se trata de un programa de análisis y generación de informes de sonido y vibración que incluye
herramientas para el post procesamiento de información. Esta información se obtiene
directamente de los micrófonos, mediante la conexión de los mismos a un ordenador a través
del ya mencionado sistema de adquisición de datos Pulse LAN XI.
De entre todos los modelos que presenta la gama LAN XI, el utilizado durante los ensayos será
el modelo 3056-A-040 (Figura 3.11), el cual está dirigido a aplicaciones que requieren medir
señales de tensión de baja frecuencia al mismo tiempo que señales de ruido y vibraciones.
Este modelo ofrece una combinación de cuatro canales de entrada con un rango que oscila entre
0Hz a 51,2kHz y ocho canales auxiliares de baja frecuencia que se muestran simultáneamente.
Figura 3.11: Sistema de adquisición de datos Pulse LAN XI Modelo 3056
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Por tanto al no tratarse de un elemento físico como tal, solo es posible la descripción de la
interfaz del programa (Figura 3.12), siendo una interfaz difícil para su manejo. Esta interfaz se
encuentra con la complejidad de presentar múltiples ventanas que pueden tener múltiples
pestañas a su vez, lo que implica un manejo un tanto lioso y es posible incurrir en pequeños
errores. En el siguiente punto se detallará la interfaz de este software y se describirá
minuciosamente su configuración.
Figura 3.12: Interfaz software Pulse Reflex
39
4 CONFIGURACIÓN DE LOS
DISTINTOS INSTRUMENTOS PARA
LA MEDIDA
e procede en el siguiente punto a la configuración de los instrumentos de medida, siendo esta
descripción una descripción general, con las distintas opciones que ofrecen dichos
instrumentos. Este punto será esencial a la hora de llevar a cabo las mediciones, puesto que el
fallo en uno de los parámetros, o no saber que parámetros introducir correctamente implicaría
automáticamente la repetición de todos y cada uno de los ensayos previamente realizados.
Se empezará describiendo el sonómetro, que junto al software Pulse Reflex conllevan las
configuraciones más complejas. Los micrófonos se describirán junto con el software, puesto que
estos micrófonos como tal no requieren ningún tipo de configuración, más que su correcta
colocación para la práctica. Finalmente la fuente direccional presenta una configuración sencilla.
4.1. SONÓMETRO NL-42/NL-52
El primer instrumento que se detalla es el sonómetro NL-42/NL-52 de la compañía Rion. Este
sonómetro ofrece múltiples opciones de medida, siendo detalladas a continuación minuciosamente
cada una de ellas [5].
Lo primero que hay que tener en cuenta son los procedimientos previos al encendido. Esto parece
algo sencillo, pero es importante saber que para guardar las medidas se puede realizar mediante la
inserción de una tarjeta de memoria o bien mediante un cable USB, que se conecta directamente con
el portátil. En los ensayos que seguirán, el método de almacenamiento de datos será mediante la
introducción de una tarjeta de memoria.
Una vez que se tiene el sonómetro preparado para su uso, se mantiene pulsado unos segundos el
botón de ON/OFF para su encendido. Lo primero que aparece en la pantalla al encender el
sonómetro es el menú con las distintas configuraciones que ofrece el sonómetro, tal y como se
muestra en la Figura 4.1.
Figura 4.1: Menú principal del sonómetro
S
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En este menú aparecen distintas opciones para configurar, además de tres parámetros en la parte
inferior que se corresponden con la ponderación en frecuencia, el tiempo de ponderación y la
etiqueta “Sub” que permite seleccionar si se quiere que se muestre el nivel de sonido medido en el
canal secundario.
Las distintas opciones que permite modificar el sonómetro son las relacionadas con las medidas y
sus parámetros “Measure”, los parámetros relacionados con el almacenamiento de datos “Store”,
con los elementos del sistema “System (Language)” y con los datos a mostrar por pantalla
“Display”.
El resto son opciones que tienen menor relevancia en los ensayos, siendo “Save/Print” opciones
relacionadas con la impresión de los datos obtenidos, “Option” es la pantalla que permite cambiar la
configuración del sonómetro a los distintos programas instalados, “I/O” parámetros relacionados con
el tipo de señal de salida, para ver los datos almacenados en la tarjeta de memoria o en la memoria
interna se accede a la opción “Recall” y por último la pantalla de “WR” se selecciona en caso de que
se haya instalado el programa adicional NX-42WR, por lo que en caso de no estar instalado no es
posible acceder a esta configuración.
4.1.1. Measure
Este menú (Figura 4.2), como se ha dicho antes permite configurar los parámetros de medida. Una
vez se entra en él, aparecen una serie de opciones que se pueden modificar según las medidas que se
quieran realizar
El menú que presenta esta pantalla tiene un aspecto sencillo, y bastante intuitivo. A continuación se
definen el significado de los distintos parámetros que se pueden configurar en esta pantalla, estando
todos ellos relacionados estrictamente con los aspectos técnicos de las medidas.
Frequency Weighthing: Permite modificar la ponderación de frecuencia usada por el
sonómetro, estando disponibles las ponderaciones de frecuencia A,C y Z. Estas
ponderaciones son las más frecuentes, y por lo general la empleada será la ponderación de
tipo A.
Time Weighthing: Permite modificar las características del tiempo de ponderación para el
canal principal. Son seleccionables la opción F, siendo esta la ponderación rápida, y la
opción S, que se corresponde con una ponderación lenta del tiempo.
Windscreen Correction: Establece las correcciones a realizar según el tipo de protector que
se le coloque al micrófono del sonómetro. Estos protectores pueden ser el protector de
viento WS-10, el protector de lluvia WS-16, y por último el protector ante todas las
adversidades climatológicas WS-15.
Diffuse Sound Field Correction: Con esta opción se puede activar o no la corrección de
campo por sonido difuso. Solo presenta dos posibilidades, ON para activarla y OFF para
desactivarla.
Delay Time: Muestra el tiempo de retardo de la medida que es un intervalo de tiempo que
se inicia presionando el botón “Start”
Back Erase: Esta pantalla muestra si se excluyen los datos obtenidos antes de una pausa de
medición.
Sub Channel Settings: Muestra las opciones para la configuración del canal secundario.
Ln mode: Muestra la configuración para la medida percentil Ln.
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Figura 4.2: Menú Measure
4.1.2. Store
Este menú resalta las opciones que ofrece el sonómetro a la hora de definir la forma de
almacenamiento de datos en la memoria interna. Es posible realizar el almacenamiento de tres
maneras posibles (Figura 4.3), presentando cada tipo de almacenamiento un menú distinto con sus
respectivos parámetros a configurar.
Figura 4.3: Menú Store
El tipo de almacenamiento a elegir se establecerá pinchando sobre “Store Mode”, pudiéndose elegir
entre manual, automático y temporizador automático. Ambos presentan otro parámetro común,
“Store Name” siendo este valor un conjunto de cuatro dígitos que representa la posición en la cual se
guardarán las medidas.
Para el primer caso, es decir, almacenamiento manual el único parámetro distinto a configurar es el
tiempo de la medida “Measurement Time”, que como bien expresa su propio nombre, establece el
tiempo que durará la medida a realizar.
Para el segundo caso, el almacenamiento automático, mediante “Total Measurement Time” se puede
establecer el tiempo de medida total, calculándose el valor de Leq cada cierto intervalo de tiempo
mediante la pestaña “Leq Calculation Interval” y llevándose a cabo el almacenamiento por intervalo
de los valores del índice Lp con el parámetro “Lp Store Interval”.
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Para el tercer y último caso, el almacenamiento con temporizador automático, los parámetros que
varían con respecto al modo automático son “Start/Stop” que establecen el tiempo inicial y final de
la medida, “Timer Auto Interval” que permite seleccionar el intervalo automático del temporizador,
y por ultimo “Sleep Mode” que permite entrar en modo de suspensión.
4.1.3. System (Language)
Esta pestaña permite configurar los elementos relacionados con el sistema de la unidad (Figura 4.4).
En principio serán parámetros que no serán manipulados con frecuencia, pero aun así es importante
conocer las opciones que ofrece en cuanto a esta sección de la configuración.
Figura 4.4: Menú System
Son todos parámetros relacionados con aspectos técnicos de la propia unidad, así, se describen a
continuación las posibles opciones que ofrece.
Read/Save setting: Muestra la pantalla para guardar una configuración del sonómetro y leer
la configuración guardada. Clock Settings: Muestra la pantalla para configurar la fecha y la hora del reloj interno. Backlight/LCD Settings: Muestra la pantalla para configurar la luz de fondo y la pantalla
LCD. Battery Type: Muestra la pantalla con el tipo de batería utilizado en el sonómetro. Card Format: Solo puede ser seleccionado si se encuentra insertada la tarjeta de memoria, y
muestra el tipo de memoria, la capacidad y el espacio libre restante. Index: Muestra la pantalla con el número de identificación de la unidad cuando se utilizan
distintas unidades en medidas paralelas. Program Information: Muestra la información del programa utilizado en la unidad. Touch Panel Lock: Permite bloquear el panel táctil para evitar alguna acción indeseada. Eco Setting: Permite entrar en el modo ahorro de energía. Language: Muestra la pantalla para la configuración del idioma.
4.1.4. Display
El display muestra los valores de medición que se muestran en la pantalla (Figura 4.5). Son
principalmente índices sonoros, aunque también permite configurar otras opciones.
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No se van a definir todos los índices de nuevo, puesto que el sonómetro calcula una serie de índices
y en este apartado se seleccionan cual aparecen por pantalla sin más que pulsando sobre él y
activando el modo ON, en caso de que no se quiera mostrar por pantalla solo habría que activar el
modo OFF.
Figura 4.5: Menú Display
Siendo estos índices los correspondientes a Leq, LE, Lmax, Lmin, L5, L10, L50, L90 y L95.
Además, se puede configurar si se desea mostrar la pantalla de nivel de tiempo mediante “Time
Level”, y si se muestra la pantalla de nivel de tiempo, es decir si “Time Level” se encuentra en ON,
se puede establecer la escala de tiempo con “Time Scale”. Finalmente, se puede definir un rango
límite inferior y superior de los valores de la gráfica mediante “Output Level Range Upper” y
“Output Level Range Lower”.
4.1.5. Save/Print
Los datos de las medidas que aparecen en pantalla se pueden guardar o directamente imprimir con
la opción save/print.
Esta pantalla muestra la posibilidad de guardar la medición mediante “Store data”, pudiéndose
guardar también una captura de la pantalla de las mediciones pinchando sobre “Screenshot (BMP)”.
Si se quieren imprimir directamente los resultados, se pincha sobre “Print”, pero para ello es
necesario que el sonómetro se encuentre conectado a una impresora mediante cable. Por último, si
no desea guardar los datos se pincha sobre “cancel”.
4.1.6. Option
La pantalla de option permite cambiar la función de la unidad a cada programa instalado siempre y
cuando el programa elegido este instalado. El sonómetro que se utilizará en la realización de los
ensayos tiene instalado los programas NL-42 y NX-42RT para el análisis en tercios de octavas.
4.1.7. I/O
Esta pantalla muestra el tipo de señal de salida que se está utilizando, pudiendo ser la señal continua
“DC OUT” o una señal de salida alterna “AC OUT”. También permite ver si la unidad está
conectada a una impresora o a un ordenador, las conexiones en general mediante “Communication
Interface”.
4.1.8. Recall
Esta pantalla muestra los datos guardados en la memoria interna o en la tarjeta de memoria. Te
permite guardar las medidas, eliminar las medidas, o incluso pasar las medidas a la tarjeta de
memoria si se encuentran en la memoria interna.
4.1.9. WR
Este caso solo está disponible si se tiene instalado el programa opcional NX-42WR. Si se tuviese
instalado, esta pantalla permitiría grabar la forma de onda utilizado en dicho programa.
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4.2. FUENTE DIRECCIONAL FL-03
El caso de la configuración de la fuente direccional FL-03 es mucho más sencillo, puesto que
únicamente requiere de un cable de conexión a la corriente. Este cable es posible conectarlo para
generar corriente continua (DC Power, conector blanco) o conectarlo a la corriente alterna (AC
Power, conector azul).
Una vez conectado a la corriente, y en función del tipo de conexión que se haya escogido,
únicamente habrá que encender el interruptor correspondiente a dicha conexión. Finalmente,
mediante el control remoto que incorpora la fuente se elige el tipo de ruido que se desea generar y a
la intensidad a la que se quiere generar.
4.3. MICRÓFONOS GRAS 46AE Y PULSE REFLEX
Los micrófonos y el software Pulse Reflex se describirán conjuntamente puesto que realmente los
micrófonos no tienen más configuración que la de su colocación en un trípode y su correcta
conexión al ordenador a través del sistema de adquisición para su medición, por lo que a ser los
datos recogidos por los micrófonos y post procesados en el software, es este el motivo por el cual se
definen conjuntamente.
Lo primero que hay que hacer es abrir un proyecto nuevo en Pulse Reflex pinchando en” Nuevo
Proyecto” o en caso de que se desee continuar con las medidas de un proyecto comenzado pinchar
sobre “Cargar Proyecto” dentro de la ventana de inicio de Pulse, tal y como se muestra en la Figura
4.6.
Figura 4.6: Pantalla de inicio de Pulse Reflex
Una vez se tiene abierto el proyecto se abrirá el cuadro principal de la interfaz de Pulse Reflex.
En la parte superior de la imagen aparecen una serie de pestañas con las distintas opciones que
permite configurar este software. De entre todas ellas, para los ensayos del presente documento
solo será necesario configurar la venta de “Medición” y la venta de “Procesamiento”. Todas
estas ventanas muestran a su vez una pequeña pestaña llamada “Árbol del proyecto” donde se
van detallando los pasos seguidos durante las mediciones.
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Se comienza configurando la ventana “Medición”. En esta ventana se detallarán los parámetros
necesarios para la realización de medidas así como la configuración relacionada con los
micrófonos.
Dentro de esta ventana y una vez colocados los micrófonos, el mismo Pulse muestra si los
micrófonos han sido conectados correctamente o no. Esto queda indicado en la pestaña
“Buscador de hardware” donde aparecen hasta un máximo de cuatro señales posibles a
conectar. Si la señal del micrófono es receptada correctamente aparece un tick de dicho
micrófono sobre el número de la señal correspondiente al número del puerto de conexión al que
esté conectada (Figura 4.7).
Figura 4.7: Conexión de los micrófonos
Una vez el Pulse recibe la señal del micrófono, hay que configurar dichos micrófonos eligiendo
la opción de “channel” dentro de la pestaña buscador del hardware. Elegida esta opción permite
cambiar la fuente de entrada a los micrófonos, estableciendo una fuente de tipo “CCLD”.
Con esto quedan configurados los micrófonos, ofreciendo Pulse la posibilidad de observar la
presión sonora que recibe cada señal y el espectro de la señal recibida en cada instante en el
margen derecho de la pantalla, exactamente en la pestaña del monitor.
Una vez conectados y configurados los micrófonos en la pestaña “Mediciones estándar”,
también dentro de la ventana medición, se llevará a cabo el ajuste de los parámetros espectrales
de la medición, el escritorio o carpeta donde quedarán recogidas las medidas y los botones para
iniciar y finalizar las mediciones.
Dentro de la pestaña mediciones estándar, en la sub pestaña matriz de mediciones se pueden
ajustar los parámetros espectrales. Esto se hará a través del “FFT System” de cada señal. Lo
primero que hay que establecer es el modo en el que se lanzan las medidas (Figura 4.9),
pudiéndose hacer de dos maneras posibles. La que se utilizará en estos ensayos será la manual,
mientras que también es posible tomar las medidas mediante un trigger que es un lanzador.
Seguidamente se establecen los parámetros correspondientes al número de líneas de frecuencias
y el intervalo frecuencial, como se muestra en la Figura 4.8. Con estos dos parámetros queda
definido también el rango frecuencial a través de la ecuación Nº líneas FFT=Fmax/∆f.
Finalmente se introduce el tipo de promediación que será usada y el tiempo de promediación se
ajusta automáticamente a través de un cálculo intermedio que realiza el Pulse, calculando la
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frecuencia de muestreo como fs=2,56Fmax y posteriormente llevando a cabo el cálculo del
tiempo de promediación como ∆t=1/∆f.
Figura 4.8: Configuración previa a las medidas
Pasando ahora a ajustar los parámetros de sub pestaña de “Control de medición” y “Propiedades
de medición” es posible definir el nombre de la grabación, la carpeta de grabación donde van a
ser guardadas y pulsar el botón de apagado/encendido para iniciar las grabaciones.
Figura 4.9: Ventana de lanzamiento de medidas
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Una vez configurada la ventana de medición y realizadas las medidas se procede al procesamiento
de los datos. Primeramente es importante recalcar que los archivos en los que ofrece los datos Pulse
es en formato .pti.
Para este procesamiento de datos es necesario colocar el diagrama de elementos para el análisis que
permita obtener los resultados que se desean (Figura 4.10). En este caso se colocará un filtro, del
cual hay que definir el tipo de filtro y su frecuencia de corte. También se representará el espectro de
la señal mediante un elemento “Señal FFT” y su correspondiente display. Por último se utilizará un
elemento que permita el análisis en tercios de octavas mediante el elemento “CPB Normalizado” y
su correspondiente display para su representación. Además se coloca un elemento “Store” para su
almacenamiento.
Figura 4.10: Ventana de procesamiento con elementos de la cadena de procesos
Todos estos elementos se colocan a través de la pestaña “Elementos”, pudiendo establecer los
parámetros de cada elemento cuando se seleccionen dichos elementos o bien si se encuentran ya
colocados y se desea modificar los datos se pincha sobre el botón derecho del ratón y se escoge
la opción de propiedades.
Los parámetros relacionados con el filtro se han mencionado anteriormente, siendo los
correspondientes a la señal FFT los parámetros espectrales definidos previos a las mediciones.
Por tanto, solo falta por detallar aquellos parámetros del elemento “CPB Normalizado”, siendo
el ancho de banda, como se ha dicho, de tercio de octava. La frecuencia superior quedaba fijada
en los parámetros espectrales como se detalló anteriormente (Fmax), por lo que únicamente se
fijan la frecuencia inferior y el tipo de ponderación acústica.
Por último se procede al procesamiento de los archivos .pti introduciendo estos archivos en la
cadena de procesos. Para ello se accede al árbol del proyecto ubicado en el margen izquierdo de
la interfaz, y pinchando sobre el archivo que se desee convertir se selecciona “Importar Fichero”
y “Convertir”. Una vez seleccionado esto, se abrirá una ventana con la carpeta que se eligió para
el almacenamiento de datos, se pincha sobre el archivo .pti y dicho ensayo ya aparece en la
cadena de procesos para ser procesado.
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Finalmente se pincha sobre “Run Analysis” para comenzar el análisis de los ensayos dentro de la
cadena de procesos.
Figura 4.11: Pantalla de resultados
Una vez obtenidos los resultados y en función de los elementos que se hayan dispuesto, se
pueden representar los distintos análisis realizados tal y como se muestra en la Figura 4.11. En
este caso concreto se están representando los análisis de ambas señales en tercios de octavas,
pudiéndose seleccionar otro análisis para su representación pinchando sobre la pestaña que se
encuentra junto a “Display Manager Individual”. En caso de que se tuviesen más micrófonos,
las repuestas de éstos aparecerían en cuadros de soluciones idénticos a los de la imagen.
Finalmente a la hora de elegir el formato con el que serán guardados los datos, de entre las
cuatro opciones que permite Pulse se elige el formato .UFF dentro de la pestaña “Autoexportar”.
Esto proporcionará un formato de archivo fácilmente manejable en lenguaje Matlab.
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5 METODOLOGÍA PARA LA
ESTIMACIÓN DE LA IMPEDANCIA
l objetivo de este capítulo es describir el método que se utilizará para la estimación de la
impedancia de un objeto dentro del campo de la construcción. De entre los distintos métodos
existentes para su cálculo se detallará exclusivamente un proceso meramente experimental,
ayudándose de los instrumentos descritos anteriormente.
Se llevarán a cabo los análisis en el aula 8 del taller T1 de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería
(Universidad de Sevilla), realizándose un primer ensayo con la puerta del aula abierta y un segundo
análisis con la puerta del aula cerrada, siendo este segundo ensayo el que permitirá definir la
impedancia que presenta la puerta ante el paso de la señal. Se analizará únicamente dos de los
cuatros ruidos que posee nuestro altavoz, que gracias a la excitación de todas las frecuencias por
igual proporcionará resultados concluyentes que puedan ser extrapolados a otros ensayos. Además,
se definirá el ambiente previamente, para conocer las condiciones a las que se encuentra el taller en
el instante en el que se realizan las mediciones.
Se analizará el dominio espectral de la señal mediante tercios de octavas2, que son bandas con una
anchura de un tercio de las bandas de octavas. Una banda de octava es una banda que esta entre dos
frecuencias con una relación de dos, donde los centros de banda de octavas están normalizadas
según la norma ISO 717-1 [7] (International Organization for Standardization). Por ejemplo, la
banda de octava de 1kHz, un ejemplo de valor normalizado, comprende las frecuencias de 707 Hz a
1.414 Hz.
Como un tercio de octava es la tercera parte de una banda de octava, una octava comprende tres
bandas de tercio de octava. Así, siguiendo con el ejemplo anterior, para la frecuencia 1kHz le
corresponde el rango de frecuencias de 891 Hz a 1.122Hz. Los centros de las bandas de tercio de
octavas siguen igualmente normalizadas. Las bandas de tercio de octava son las más utilizadas en
cualquier tema relacionado con audio, debido a que se asemejan mejor a la manera de percepción del
oído humano del sonido.
Finalmente se comprobará si los resultados arrojados tanto por el ruido blanco como por el ruido
rosa presentan una respuesta similar para poder validar nuestro ensayo.
5.1. Disposición de los Instrumentos
En la realización de los distintos experimentos se dispondrán los instrumentos de manera similar
para cada una de las repeticiones que se efectúen del mismo, quedando esta disposición reflejada en
la Figura 5.1. En estos primeros ensayos solo se hará uso de los dos micrófonos GRAS 46AE, de la
fuente direccional para los casos en los cuales sea necesario y el software Pulse Reflex.
Se dispone de los dos micrófonos que se colocan cada uno de ellos sobre un trípode, a una altura de
un metro del suelo y situados simétricamente sobre el objeto a analizar, en este caso la puerta del
aula, a una distancia de un metro respectivamente.
El altavoz, que será la fuente sonora con la que trabajaremos, estará situado sobre una mesa, fuera de
la sala, a una altura de un metro y alineado con ambos micrófonos.