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Hay disponibles muchos tipos de aparatos para medir los niveles sonoros. De entre ellos, el más utilizado es el sonómetro, un aparato para la medida del nivel de presión acústica ponderado en frecuencia y en tiempo (comúnmente abreviado como nivel sonoro). La mayoría de éstos son de tamaño pequeño, poco peso y funcionan con pilas.

La fiabilidad de las evaluaciones acústicas depende sobre todo de cómo se utilizan los aparatos. Por ejemplo, el voltaje que aporta el micrófono al sonómetro no debe ser tan alto

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como para que éste se sobrecargue; por otra parte, el voltaje del micrófono no debe ser tan bajo que el ruido inherente al aparato interfiera las partes de la señal sonora que se está midiendo.

Los principales componentes de un sonómetro son: el micrófono, preamplificador, amplificador, ponderación de frecuencia (la ponderación de frecuencia puede combinarse con el amplificador), control del intervalo de nivel y rectificador de tiempo e indicador.

Figura 1.10.- Diagrama de bloques mostrando los principales componentes de los sonómetros [1].

1.3.1 Micrófonos.

Un micrófono convierte las variaciones de presión de las ondas sonoras en señales eléctricas que varían con el tiempo. De forma ideal, el micrófono debe tener las siguientes características:

1. La señal eléctrica que genera debe ser una analogía exacta de la onda sonora. 2. La presencia del micrófono en el campo sonoro no debe alterarlo.

3. La respuesta en frecuencia del micrófono debe ser independiente de la frecuencia para un intervalo amplio de ésta.

4. Para un intervalo amplio de presiones acústicas y para todas las frecuencias del rango de utilidad del micrófono, debe haber una relación lineal entre el nivel de la señal de salida del micrófono y el nivel de presión acústica en el mismo.

5. La sensibilidad del micrófono no debe cambiar con el tiempo ni las condiciones ambientales.

La sensibilidad de un micrófono es la relación entre su salida eléctrica y el nivel de presión acústica en el diafragma del micrófono, así como esta varía dependiendo del ángulo con que la onda sonora incide sobre él, también varía con la temperatura, humedad y presión atmosférica. La salida eléctrica suele especificarse en términos del voltaje de salida de circuito abierto. Habitualmente, la presión acústica se expresa en términos de la presión acústica que existiría en campo libre, si el micrófono no estuviera presente (a partir de las instrucciones especificadas por el fabricante). La mayoría de los micrófonos tienen un diámetro de 13 mm (1/2 in) o menos, son esencialmente omnidireccionales (o no direccionales); su sensibilidad es prácticamente la misma para todas las direcciones de incidencia del sonido, a frecuencias por debajo de unos 5 kHz.

Amplificador Ponderación Temporal Control del intervalo de nivel Promediador de tiempo (rectificador) Aparato indicador o pantalla Preamplificador Micrófono

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Algunos fabricantes incluyen un mecanismo para prevenir la formación de gotas de agua dentro del micrófono; mediante la instalación de un preamplificador especial que utiliza un aporte de potencia eléctrica externa para calentar un elemento en el preamplificador, manteniendo por tanto la temperatura en el micrófono por encima del punto de condensación local.

1.3.2 Amplificadores.

El amplificador de un sonómetro debe cumplir, los siguientes requisitos:

1. Amplificar la señal del micrófono lo suficiente como para permitir la medida de los niveles bajos de presión acústica.

2. Amplificar los sonidos sobre un rango amplio de frecuencias, habitualmente entre 1 y 10 Hz para el límite inferior de una respuesta nominalmente plana y por encima de 20000 Hz en el límite superior.

3. Generar un nivel de ruido eléctrico dentro del instrumento inferior al nivel más bajo de presión acústica de la señal que se va a medir, para cualquier frecuencia dentro del rango del micrófono.

4. Mantener la amplificación constante, a su valor designado, para cada rango de medida para todas las frecuencias dentro de la gama del instrumento.

1.3.3 Ponderación de frecuencia.

La ponderación de frecuencia en un sonómetro altera las características de la respuesta de frecuencia de acuerdo con los valores especificados en las norma. Así, la indicación de un instrumento para medir el nivel sonoro, para un nivel determinado de presión acústica de entrada, depende de la frecuencia del sonido que llega al micrófono y de la ponderación de frecuencia seleccionada.

Ponderación A: Las normas nacionales e internacionales requieren que todos los aparatos que midan el nivel sonoro incorporen la ponderación de frecuencia designada mediante la letra A. Muchos años de estudio y experiencia práctica han demostrado que los niveles sonoros con ponderación A ofrecen una correlación adecuada con varias respuestas humanas (de personas o grupos en una comunidad) para distintos tipos de fuentes de ruido. En consecuencia, es la ponderación de frecuencia más utilizada. La unidad del nivel sonoro con ponderación A es el decibelio, con el símbolo de unidad dB(A) [1].

Ponderación B: La ponderación B ya no suele incluirse en los instrumentos de medida

acústica.

Ponderación C: La respuesta con ponderación C es bastante uniforme entre 50 y 5 kHz.

Comúnmente, si un sonómetro no incluye la ponderación plana o lineal, la ponderación C se utiliza para una medición global o de banda ancha del nivel sonoro. Cuando se usa la ponderación C, el símbolo de la unidad dB(C).

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1.3.4 Precisión de los sonómetros.

Todos los sonómetros deben cumplir las normas nacionales e internacionales de instrumentación de medición sonora; que especifican los requisitos mínimos para el rendimiento acústico y eléctrico, junto con los correspondientes objetivos de diseño y tolerancias. El American National Standard Specification for Sound Level Meters, ANSI S1.4-1983, designa tres clases de precisión para los sonómetros, todos los cuales tienen el mismo objetivo de diseño de rendimiento; se diferencian en la tolerancia permitida para lograr los objetivos. En los instrumentos de Clase 0 se permiten las menores tolerancias; las mayores, en la Clase 2:

Tipo 0 (Clase 0). Un instrumento que cumple las tolerancias más estrictas con respecto al nivel de linealidad, desviaciones en la respuesta en frecuencia y des- viaciones de la omnidireccionalidad. Se utiliza con objetivos de referencia de la- boratorio, donde se requiere una precisión extrema.

Tipo 1 (Clase 1). 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 (figura 1.11).

Tipo 2 (Clase 2). 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 de Tipo 2 sólo tiene que poseer ponderación de frecuencia A; otras ponderaciones de frecuencia son opcionales.

Tipo 3 (Clase 3). Un sonómetro del tipo más sencillo. Aunque tiene menor precisión que cualquiera de los demás tipos, su sencillez hace que su uso sea más fácil. Se Utiliza frecuentemente en mediciones de sondeos de ruido, con el fin de determinar si existe un problema de ruido. Si el problema existe, habrá que llevar a cabo un análisis más detallado mediante sonómetros de mayor precisión.

Figura 1.11.- Sonómetro Micrófono Intervalo de frecuencia Ponderación Pantalla de lectura Detector del sonido Tipo de medición Incidencia del sonido Tiempo de medición Filtro exterior Encendido/ Apagado Atenuador Tipo de prueba

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Calibrador acústico: Un calibrador acústico, también denominado calibrador sonoro, es un aparato que puede producir un nivel sonoro conocido, estable, en el diafragma de un micrófono que se inserta en una cavidad en el calibrador. Este aparato puede utilizarse para comprobar la sensibilidad global de un instrumento o sistema de medición del ruido. Los calibradores acústicos suelen ser del tipo pistófono o altavoz.

a) Un pistófono produce un nivel de presión acústica mediante pistones que se mueven dentro de una pequeña cavidad cerrada. El micrófono se inserta en la cavidad del pistófono cerrándola. (El micrófono ha de ser introducido y extraído de la cavidad lentamente para evitar dañar su diafragma.). La presión acústica en la cavidad del pistófono depende fundamentalmente del cambio de volumen producido por el movimiento de los pistones y de la presión atmosférica ambiental. Dado que la presión atmosférica dominante varía, hay que aplicar una corrección de presión atmosférica para determinar la presión acústica real en la cavidad en el momento de comprobar la sensibilidad del sistema de medición del sonido.

b) Un calibrador acústico del tipo altavoz produce un nivel de presión acústica nominal en una cavidad pequeña mediante un pequeño altavoz (habitualmente menos de 50 mm de diámetro) que es excitado por la señal de un oscilador electrónico. En algunos aparatos, el nivel de presión sonora es corregido automáticamente para las variaciones de la presión atmosférica y a temperatura del aire. Para estos calibradores especiales no es necesario aplicar

La calibración del sonómetro empleado en este trabajo (figura 1.11) se realizó mediante un pistófono Bruel & Kjaer modelo 4631 el cual proporciona una señal senoidal constante de 94 dB a una frecuencia de 1000Hz.

1.3.5 Analizador de banda de octava y de banda de tercio de octava.

Una medida importante del ruido es su distribución de frecuencias, o sea, como se distribuye la presión acústica cuadrática media con la frecuencia (una octava se define como el intervalo entre dos sonidos cuya relación de frecuencia es 2) [1]. El proceso para determinar esta distribución se denomina análisis del espectro, y los instrumentos utilizados son los 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 gráfica. El rango de frecuencias para el cual un filtro aporta relativamente poca atenuación se denomina el ancho de banda del filtro. Los analizadores que más frecuentemente se utilizan en el análisis acústico poseen un ancho de banda nominal que es proporcional (y un porcentaje constante) a la frecuencia central de la banda del filtro y son: analizador de bandas de octavo, que tiene una anchura de banda nominal de una octava, y el analizador de bandas de un tercio de octava, que tiene una anchura nominal de una banda de tercio de octava. Algunos analizadores utilizan incluso anchos de banda proporcionales menores; otros utilizan bandas de frecuencia de ancho constante, en lugar de una relación de frecuencia constante. Un analizador de espectro en bandas de un tercio de octava puede

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aportar información más detallada acerca del contenido en frecuencias que un analizador de espectro de banda de octava.

La tabla1.2 muestra los valores de la frecuencia central (banda de octava), así como los intervalos de la frecuencia en bandas de octava (tercios de banda de octava). También hay que tomar las frecuencias centrales para las frecuencias de un tercio de octava.

Tabla 1.2.- Frecuencias de bandas de octava [1,3]

Bandas de octava 1 2 3 4 5 6 7 8 Intervalos de frecuencia 45 A 90 90 A 180 180 A 355 355 A 710 700 A 1400 1400 A 2800 2800 A 5600 5600 A 11200 Frecuencia central 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

1.3.6 Posiciones y puntos de medida

Para la medición de los niveles de presión acústica dentro de lugares de reunión u otros espacios públicos, el micrófono se ubica en las posiciones típicas de los oyentes a alturas de 1,6 m de un oyente en pie o entre 1,2 y 1,3 m si está sentado, salvo que se especifiquen otras alturas. Las medidas no deben realizarse a menos de un metro de una superficie reflectante, como una pared, suelo o techo, donde las reflexiones podrían influir significativamente sobre ellas. El número de lugares de medición debe ser suficiente como para determinar el nivel de ruido ambiental y las características de la fuente de ruido con la precisión requerida.

1.3.6.1 Ruido de fondo y medidas de ruido ambiental.

El ruido de fondo es el de todas las fuentes distintas a la fuente concreta de sonido de interés (sonidos diferentes del que se esté midiendo). El ruido de fondo incluye el ruido de origen eléctrico producido por los instrumentos de medición. Por otra parte, el ruido ambiental es el sonido envolvente asociado con un ambiente acústico determinado, habitualmente compuesto de los sonidos de muchas fuentes, próximas y lejanas; ningún sonido concreto es dominante. Hay que tener en cuenta la finalidad de la medida de estos ruidos a la hora de determinar las localizaciones de las medidas.

1.3.6.2 Ondas estacionarias.

En un ambiente cerrado, además del sonido directo que llega al micrófono, hay reflexiones sobre las paredes, suelo y otras superficies. Debido a ondas estacionarias, se producen aumentos y disminuciones alternativas de las ondas sonoras. El resultado es una serie de máximos y mínimos en nivel sonoro a medida que el micrófono se mueve a lo largo de una línea recta lejos de la fuente. Con ruido complejo, formado por muchos componentes de frecuencia, tiene lugar un efecto promediador, de manera que los máximos y mínimos se reducen en magnitud.

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Cuando hay que medir las características acústicas de un equipo concreto en un local cerrado, es aconsejable minimizar los efectos de las ondas estacionarias y de otros objetos y superficies reflectantes próximas (por ejemplo, utilizando un material absorbente del sonido).