segunda parte de ruido.

Puede comprobarse así qué diferentes son dos sonidos de frecuencias bajas y altas, desde el punto de vista de sus longitudes de onda. Más adelante se verá cómo estos sonidos poseen características físicas muy diferentes.




donde:
N.P.S.: nivel de presión sonora, expresado en dB.
p: presión sonora del sonido a medir, expresada en Pa.
Pref: presión sonora de referencia, que se adopta con valor: 0,00002 Pa = 2 x 105 Pa.
De esta manera, todos los sonidos comprendidos entre el umbral de audición y el umbral de dolor, podemos expresar los en una escala que va desde 0 a 120 dB, tal como se muestra en la Fig. 2-l.

20 Pa120 dB
2 Pa100 dB
0,2 Pa80 dB
0,02 Pa60 dB
0,002 Pa40 dB
0,0002 Pa20 dB
O,00002 Pa0 dB

Fig. 2-1. Escala de los decibeles.


Nivel sonoro
Se denomina así al resultado, expresado en dB, de una medición de sonido que abarca todo el espectro audible, realizada con un instrumento denominado “medidor de nivel sonoro”. En algunos casos, el medidor de nivel sonoro incorpora filtros con curvas de respuesta que se asemejan a la respuesta del oído humano. En ese caso se dice que el nivel sonoro ha sido compensado de acuerdo a diferentes curvas de compensación, como por ejemplo, las curvas A, B y C. Entonces, el resultado de la medición se expresa en dBA, dBB y dBC, según corresponda. El verdadero significado de estas curvas de compensación se verá en el Capítulo IV cuando se estudie la respuesta del oído.

Análisis de frecuencia
En muchos casos, al hacer mediciones de sonido, se prefiere no medir sobre la totalidad del espectro audible, sino hacerlo en zonas más restringidas de éste. En ese caso, se realiza lo que se denomina un “análisis de frecuencia”.
Para ello se utilizan filtros que poseen un “ancho de banda” determinado, es decir, que sólo dejan pasar las señales comprendidas en una pequeña zona del espectro audible. Los más conocidos son los filtros de “octavas” y de “tercios de octava”. En los filtros de octavas, el ancho de banda se extiende desde la “frecuencia inferior” f1 hasta la “frecuencia superior” f2 existiendo la siguiente relación matemática:




En cambio, en los filtros de tercios de octava, la relación es:




A los filtros de octavas y de tercios de octava se los identifica por su frecuencia central o “frecuencia normalizada” y constituyen una serie que cubre la totalidad del espectro audible. A continuación se indican las frecuencias normalizadas para cada tipo de filtro:

Filtro de octavas:16     31.5      63
Filtro de 1/3 de octava:16   20   25   31,5       40        50    63    80    100
125  250   500    1000
125   160  200   250  315   400   500  630  800  1000  1250   1600
2000  4000  8000   16000
2000  2500  3150  4000  5000  6300  8000   10000  12500   16000


Para mediciones de ruido, generalmente se suelen utilizar sólo las bandas comprendidas entre 125 Hz y 8.000 Hz.

Sonido y ruido
Generalmente llamamos “sonido” a todas aquellas señales acústicas que nos producen una sensación agradable. El sonido de una campana, el sonido de un piano, el sonido de una voz conocida. Los sonidos tienen, por lo general, una composición armónica definida.
Llamamos “ruido” a aquellos sonidos desagradables. El ruido de una máquina, de un avión, etc. Se trata de sonidos complejos, con una composición armónica no definida.

Infrasonidos y ultrasonidos
Cuando las vibraciones de una fuente producen variaciones de presión en el aire, con frecuencias que se encuentran fuera del rango audible (de 20 a 20.000 Hz) nuestro oído es incapaz de oírlas.
Llamaremos “infrasonidos” a todas aquellas señales de frecuencias menores que 20 Hz, y “ultrasonidos” a las señales de frecuencias mayores que 20.000 Hz. Si bien los infrasonidos y los ultrasonidos son inaudibles, se presume que. siendo de niveles importantes, pueden causar efectos sobre el organismo.

El decibel
El decibel constituye una unidad creada por los ingenieros de la Bell Telephone System (EE.UU.), ante la necesidad de tener que solucionar algunos problemas importantes, que se presentaban en las líneas. durante la transmisión de señales desde una estación a otra. En estas líneas se producían, como es lógico, efectos de atenuación (pérdida de energía), haciéndose necesario, por lo tanto, establecer una unidad que permitiese expresar con certeza esta reducción de potencia, a la salida de la línea, en relación con la entrada.
Muchos fueron los intentos efectuados para establecer tal unidad, debiéndose mencionar entre ellos la “Milla de Cable Normal” y luego “Milla 800 ciclos”. Lamentablemente, ambas unidades no resolvían íntegramente el problema, puesto que si bien, en un principio, parecían constituir la solución buscada, resultaron inadecuadas cuando se amplió la gama de frecuencias transmitidas.
Fueron los ingenieros de la Bell Telephone, como ya se indicara, quienes resolvieron el problema en el año 1924. Partieron dichos profesionales del hecho comprobado de que si por 10 millas de cable normal circula una corriente de 886 c/s. la atenuación que tiene lugar es precisamente 10. Es decir:
siendo:I1 = entrada
I2= salida

De acuerdo con esto la atenuación producida por una sola milla de cable normal es de:

y en dos millas:

y para el caso de “n” millas:
         



Ahora bien, como el exponente , por definición es el logaritmo decimal de puesto
que el logaritmo decimal de un número es el exponente a que hay que elevar la base 10
para obtener dicho número, por lo tanto, podemos escribir lo siguiente:


De esta expresión podemos despejar el valor de atenuación “n”:

Esta fórmula nos proporciona el nivel de potencia eléctrica, fin perseguido por los ingenieros de la Bell Telephone para hallar la disminución de potencia eléctrica en un cable normal. Para nuestras aplicaciones a la acústica necesitamos una fórmula que nos proporcione una relación entre presiones sonoras o dicho con más propiedad el nivel de presión sonora expresada en decibeles.
De la fórmula (x) se obtiene a través de diversas equivalencias la fórmula fundamental de uso en acústica y que es la siguiente:




siendo  p  1 =presión del sonido que se mide en dinas/cm2
P0 =base de comparación que en acústica corresponde a la presión del más débil sonido audible por el oído joven y normal, con un valor de 0,0002 microbares o dinas/cm2.
También puede utilizarse una fórmula similar a la anterior para determinar el número de decibeles presentes, pero en lugar de indicar la presión sonora en dinas/cm2. se expresa en Watt/cm2. La relación entre las dos bases de comparación sería:
0.0002 dinas/cm2 = 10-16 watt/cm2
La fórmula sería la siguiente:


siendo:W1= presión del sonido que se mide en Watt/cm2.
W0= base de comparación con un valor de 10-16 Watt/cm2.
Cabe agregar que la unidad decibel debe su nombre al insigne investigador Graham Bell. Inventor del teléfono, pues deci significa décima parte y Bel apellido del físico citado. La abreviatura de la unidad se expresa dB.
Ejemplo:
La presión sonora de un ambiente de trabajo alcanza un valor de 2 dinas/cm2. ¿Qué nivel en decibeles (dB) tendremos?
Aplicando la fórmula fundamental tendremos:








Ese ambiente tendrá un nivel de presión sonora de 80. dB.

Curvas de igual sonoridad - Fones
Para evaluar o medir un ruido atendiendo a sus posibles consecuencias no basta el decibel, como unidad de medida. En efecto, el nivel de ruido medido desde el punto de vista físico, con un instrumento. es diferente del nivel de ruido que percibe el oído humano. Este órgano no responde, en igual forma. a todos los tipos o de sonidos y puede ocurrir que dos niveles sonoros iguales sean percibidos por el oído como de distinta densidad.
A fin de poder considerar debidamente estas características particulares que presenta el oído humano, fue necesario crear una unidad que permita medir el nivel sonoro que realmente percibe el oído. Esta unidad se denomina FON y mide el nivel del sonido en forma análoga al decibel, pero sobre la base de frecuencia fija de comparación de 1000c/s.
El nivel de sonoridad de cualquier otro sonido se define como el nivel de presión sonora de un tono de 1000 c/s que tiene tanta sonoridad como el sonido en cuestión. Por ejemplo, si a una persona se le hace oír un ruido y se compara con un sonido de frecuencia 1000 c/s hasta que los perciba iguales en intensidad y ocurre que el sonido de frecuencia 1000 puede alcanzar un nivel de 50 dB para la igualdad de percepciones, se dice que el ruido tiene un nivel de intensidad de 50 fones,
Basándose en experiencias desarrolladas con conjuntos de personas debidamente entrenadas, en la percepción de sonidos, se construyeron una serie de curvas llamadas de sonoridad o curvas isofónicas (Fig. 78). Cada curva representa todas las combinaciones de nivel, en dB, y de frecuencia, en c/s, cuyos sonidos provocan en el oído la misma sensación audible como si todos tuviesen un mismo nivel sonoro.



Fig. 78: Curvas isofónicas

Otra unidad importante es el SON que mide la intensidad de un sonido, a diferencia del fon, que mide su nivel de intensidad. Por definición se tiene la intensidad de un SON cuando es percibido con un nivel de intensidad de 40 fones.
A cada aumento de 10 unidades en el nivel de intensidad en fones se duplica a la intensidad en sones.
1 son40 fones.
2 sones50 fones
4 sones60 fones
8 sones70 fones
16 sones80 fones

Suponiendo que estamos en presencia de dos sonidos, uno de 90 fones y otro de 100 fones, si ambos sonidos se sumaran no tendríamos 190 fones sino 32 fones y 64 sones, respectivamente, es decir, 96 sones, que representan 105 fones. (Se debe efectuar la interpelación).
La relación entre fones y sones puede sacarse de la fig. nº 79.








Fig. 79: relación entre fones y sones.

Ello se explica pues es necesario tener bien presente la clara diferencia entre el nivel de intensidad que puede tener un sonido dado y la intensidad misma.
El fon es un valor relativo y no puede sumarse directamente, en tanto que el SON representa energía y, por tanto, admite adición directa.











Suma de decibeles
Tratándose de magnitudes logarítmicas, es evidente, que no se pueden sumar en forma directa. Vale decir, que si una máquina sola produce un nivel de ruido de 70 dB en un punto del espacio, y otra, también sola, ocasiona otro tanto, las dos juntas no producirán 140 dB
En el caso de ruidos de amplio espectro, o de sonidos de frecuencias diferentes, se obtiene una presión resultante (Pres), que es:



En nuestro casó es P1 = P2 o sea:
y , con lo cual
=

o sea, que nuestra presión se ha incrementado en 3 dB solamente, ¡lo cual en el caso de las máquinas citadas daría 73 dB.
La Fig. 2.3 ilustra el resultado de la suma de niveles sonoros. Este gráfico, resulta de suma utilidad para el trabajo diario, donde generalmente se requiere medir el ruido que produce una máquina, en presencia de ruido de fondo y determinar el incremento de nivel que se produce por la introducción de otra máquina.
Ejemplificando ambos casos, supongamos tener un recinto cuyo ruido de fondo es de 78 dB y dentro del cual tenemos ubicada una máquina, deseando saber que nivel de ruido produce la máquina sola. Para ello habremos medido un nivel de 82 dB, funcionando la máquina dentro del recinto.
Nuestros datos son, entonces: ruido de fondo = 78 dB y ruido de fondo más ruido de máquina = 82 dB. Nuestra incógnita es: ruido de la máquina sola = ?.
Para ello entramos en el gráfico con la diferencia que figura en abscisas (82 - 78 = 4 dB) y leemos en la escala curva (1,8 dB). El ruido de la máquina resulta mayor que el ambiente en 1,8 dB, o sea 79,8 dB.
El segundo caso es el inverso. ¿En cuánto se incrementará el ruido ambiente de 78 dB al ser introducida una máquina cuyo ruido es de 79,8 dB?
Entrando con la diferencia (parte curva) de 79,8 - 78 = 1,8 dB podemos encontrar, hacia abajo, la diferencia entre el nivel total (el nuevo) y el menor (el del ambiente) que es de 4 dB. Por lo tanto el nivel de ruido del ambiente resultará incrementado en 4 dB y el total será 78 + 4 = 82 dB.
Por otra parte partiendo del mismo dato (la diferencia), hacia la izquierda, observamos que el nivel mayor (en este caso el de la máquina (= 79,8 dB) se incrementará en 2,2 dB, llegando al mismo resultado de antes, o sea 82 dB. El gráfico 2.3 ilustra además algunos aspectos muy importantes de la medición de ruidos.
Veamos qué sucede si queremos sumar dos niveles iguales: entrando en la escala curva con la diferencia de ambos (= O) vemos que el incremento es de sólo 3 dB, de acuerdo a lo visto antes. Pero por otra parte, si la diferencia es mayor de 6 dB, el incremento del nivel mayor (hacia la izquierda) es de sola 1 dB. Siendo el error de medición de este orden, llegamos a la conclusión, de que la introducción de una máquina dentro de un ambiente ruidoso puede no modificar el nivel total en forma apreciable si la diferencia entre el nivel existente y el propio es mayor de 6 dB.
Lo mismo vale a la inversa: pretendiendo medir el nivel de una máquina dentro de un sitio ruidoso; si la diferencia es de 6 dB (o mejor que 10 dB), no es necesario corregir el valor obtenido, ya que el error que se comete es mínimo.