ruidos y vibraciones 1
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RUIDOS Y VIBRACIONES
TEMA I
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INTRODUCCION
La civilizacin moderna somete al hombre entreotras servidumbres, a la de tener que soportar un
ambiente en el que los ruidos y las vibracionesalcanzan niveles a veces alarmantes. Son destacables los esfuerzos realizados por
eliminar o al menos reducir los ruidos en el ambientelaboral, en un intento de paliar sus efectos nocivos,
que pueden ir desde perturbaciones auditivas, hastala ya mencionada fatiga psquico-nerviosa,modificaciones funcionales y errores y faltas queson, con demasiada frecuencia, MOTIVO DEACCIDENTES.
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La organizacin mundial de la salud (O.M.S.)considera a la salud como el bienestar fsico,
psquico y social. El ruido es un autntico contaminante que nos ataca
en los tres frentes: El estruendo de una explosin puede rompernos el
tmpano.
Los ruidos nocturnos, que nos impiden descansar,pueden producirnos trastornos psquicos.
El ruido ambiental produce crispacin que afectanegativamente a las relaciones sociales.
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Como consecuencia del progreso, debemos
manejar mquinas, equipos e instalaciones,cada vez ms rpidas, que exigen tiemposde reaccin menores.
El odo pierde capacidad por efecto de la
edad (presbiacusia), deterioro que aumentaaceleradamente cuando, adems, el sujetoest sometido a ruidos excesivos.
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PRESBIACUSIA
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SONIDO Y RUIDO
Sonido es la sensacin percibida por elrgano auditivo, debida a las diferencias depresin producidas por la vibracin de uncuerpo. Cuando tal sensacin resulta
desagradable, se habla entonces de Ruido.
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SONIDO Y RUIDO
Vemos que ambos conceptos son en cierta medida,subjetivos.
Un bailarn puede encontrarse en su elemento enuna discoteca cuya msica ambiental alcanzaniveles de 100 dBA . Para l la msica ser unsonido, y adems, agradable. Pero un vecino del
mismo edificio, que pretende conciliar el sueo, elsonido que le llega -amortiguado hasta 40 dBA- leparecer un ruido insoportable.
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AMBIENTE ACUSTICO
Nivel dePresin
Acstica LpA
(dBA)
Ambientes - ActividadesAparatos 7 Situaciones
Sensacin
130Motor a reaccin (a 10 mts.) . Sirena deTrasatlntico. Fuegos de artificio
120 Martillo piln, (a1 mt.). Remachado-de cisternas
Produce sensacindolorosa
110Motocicleta a escape libre (a 1 mt.). Calderera.Manejo de martillo neumtico
100 Discoteca. Tejedura mecnica. Sierra circular.Rebabado. Sirena de coche (a 10 mts).
Sensacininsoportable y
necesidad de salir de
este ambiente
90Taller mecnico. Imprenta. Sonajero (a 30 cm.).Tnel de limpieza de coches
80Interior del metro. Calle ruidosa. Bar animado.Nios jugando. Cadena de montaje
Sensacinmolesta
70Conversacin en voz alta. Oficinas.Almacenes. Extractor de humos (a 1 mt.).
Ruido defondo
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AMBIENTE ACUSTICO
60Conversacin sosegada. Restaurante. Comercio.Ventilador (a 1 mt.). Lluvia. Interior de coche insonorizado.
para conversar
50
Aula (ruido de fondo). Calle tranquila. Ronquidos.
Oficina (ruido de fondo)
40Sala de estar (ruido de fondo). Roce de la ropa. Biblioteca.Mascar chicle.
Nivel de
fondoagradable
para la vida social
30 Dormitorio. Frigorfico (a 1 mt.) -/
20Estudio de radio. Iglesia antigua vaca. Vuelode un mosquito (a 2 mts.)
10Cabina audiomtrica. Laboratorio de acstica.
Ruido de la respiracin
Nivel de fondonecesario
paradescansar
0 Umbral de audicin de un joven sano promedio-10 Se oye la vida del propio cuerpo
Silencioinquietante
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ESTIMACION DEL NIVEL DE RUIDO APROXIMADO
Nivel depresin
acstica Lpa
(en dBA)
Comprensin de la conversacin, en funcin de ladistancia entre los interlocutores.
Normal Dificil Imposible70 hasta 1 metro de 1 a 4 metros ms de 4 metros75 hasta 0,7 m. de 0,7 a 2,5 m. ms de 2,5 m.80 hasta 0,5 m . de 0,5 a 1,5 m. ms de 1,5 m.85 hasta 0,3 m. de 0,3 al m. ms de 1 m.90 hasta 0, 15 m. de 0,15 a 0,6 m. ms de 0,6 m.
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A que llamamos sonido?
El sonido es producido por una serie de variaciones de presin, en
forma de vibraciones, que se propagan en los slidos, loslquidos y los gases.
P.ej: cuando golpeamos un vaso con un objeto metlico; el golpehace vibrar al vidrio, que a su vez hace vibrar el airecircundante. Esas ondas vibratorias llegan a nuestro odo y soninterpretadas como un sonido.
Para definir correctamente un sonido, es necesario precisar sunivel de presin acstica, su frecuencia y su duracin.
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Qu es el Ruido?
Tipo de actividad CRITERIO SUBJETIVO
sonido(producido por uno
mismo) LpA
ruidoproducido por otros)
LpADescanso 50 Dba 30 dBATrabajo mental 70 dBA 50 dBA
Trabajo fsico 90 dBA 70 dBA
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LA INCULTURA DEL RUIDO
En las sociedades industrializadas el clima sonoro seha ido degradando paulatinamente con el desarrollo
de las tecnologas. La proliferacin de mquinas einstrumentos ruidosos, el aumento del trfico, elhacinamiento de la poblacin y el escaso respeto alentorno ajeno, invadido por el ruido, que a veces sedisfraza de msica, hacen que la incomunicacin
crezca y que os nimos se crispen. De este modo,se deteriora la convivencia, se menoscaba la saludde las personas y se reduce, en consecuencia, sunivel de calidad de vida.
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NOCIONES FUNDAMENTALES DE
ACUSTICA
El sonido es producido por una serie de
vibraciones que se propagan en los slidos,los lquidos y los gases. Se necesita pues unmedio elstico para que el sonido puedaoriginarse y transmitirse. Ningn sonido
puede ser transmitido en ausencia demateria (en el vaco).
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PROPAGACION DEL SONIDO
Un cuerpo al vibrar comprime las molculas cercanas y creaunas perturbaciones (ondas) que se propagan a
determinada velocidad, en funcin de la densidad yelasticidad del medio; en el aire esta velocidad es de 340m/seg.
Para una fuente de sonido determinada, la propagacintiende a ser esfrica u omnidireccional si el sonido queemite es de baja frecuencia, y plana o direccional cuandotal sonido es de alta frecuencia. En la prctica las ondasplanas se dan en las tuberas y en las cercanas de fuentessonoras de gran tamao, pero, incluso en este caso, apartir de cierta distancia el sonido tiende a propagarseesfricamente.
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INTENSIDAD ACUSTICA
La intensidad acstica es la cantidad de energa que,en la unidad de tiempo, atraviesa una unidad de
superficie situada perpendicularmente a la direccinde propagacin de las ondas sonoras. Se mide enWatios/m2.
A medida que una onda sonora se va alejando de su
fuente de origen ha de cubrir una mayor superficie,con lo que su intensidad disminuye hasta hacerseimperceptible.
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INTENSIDAD ACUSTICA
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DURACION DEL SONIDO
El sonido desaparece rpidamente en el
tiempo cuando cesa la causa que lo producepero no as sus efectos. Por ejemplo, el ruidode una explosin (150 dBA.) dura menos decinco segundos, pero puede producir efectos
desastrosos y permanentes sobre los odosde las personas que han sido alcanzadaspor la onda sonora.
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DURACION DEL SONIDO
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FRECUENCIA
La frecuencia (f) es el nmero de variaciones depresin de la onda sonora, en un segundo. Se mide
en Hercios (Hz) o ciclos por segundo.
La frecuencia principal de un sonido es lo quedetermina su tono caracterstico.
Un sonido puede no tener ms que una sola
frecuencia, tratndose en tal caso de un sonidopuro. Pero lo ms frecuente es que los sonidos que
omos en la prctica y sobre todo los ruidos, seanuna amplia mezcla de distintas frecuencias.
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LONGITUD DE ONDA
Conociendo la velocidad y la frecuencia de un
sonido, podemos calcular su longitud deonda mediante la formula:
Longitud de onda = velocidad delsonido/frecuencia
La longitud de onda es la distancia que separados estados iguales de una onda sonora
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LONGITUD DE ONDA
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Los sonidos de baja frecuencia tienen longitudes deonda largas que les permiten bordear mejor los
obstculos, por lo que son difciles de aislar.
LONGITUD DE ONDA (M) 10,9 5,44 2,72 1,36 0,68 0,34 0,17 0,08 0,04
FRECUENCIA (HZ) 31,5 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
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EL DECIBELIO Y LA ESCALA
LOGARITMICA
El decibelio ( dB), submltiplo del Belio, llamado as en honor aA.G.BELL, es una unidad general de medida del nivel desonido, que expresa la relacin logartmica entre unamagnitud acstica medida y otro valor de esa mismamagnitud que se toma como referencia.
El nivel (Level=L) seguido del concepto correspondiente, tiene lasiguiente forma:
IL = 10 lgI0
En dB
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En un local existe una mquina que emite determinada cantidad de
ruido continuo. Si colocamos una segunda mquina que emite lamisma cantidad de ruido que la primera, podremos suponer que seduplicar la intensidad sonora en el ambiente. Si aplicamos ahora laformula que define al nivel, tendremos:
2.IL2 = 10 lg I0
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IL2 = 10 lg
I0+ 10 log 2 = L + 3
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.Nmero deMquinas
Nivel resultanteen dB
1 X2 X + 33 X + 54 X+65 X+76 X + 8
7 X + 8,58 X + 99 X + 9,510 X+10100 X + 20
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PRESION ACUSTICA (P) Y NIVEL DE
PRESION ACUSTICA (Lp)
La presin acstica (P) es la diferencia entre lapresin total instantnea en un punto,cuando existe una onda sonora, y la presinesttica en ese mismo punto cuando no haysonido, dicho de otro modo; es la variacin
de la presin atmosfrica en un punto,consecuencia de la propagacin a travs delaire de una onda sonora.
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PRESION ACUSTICA (P) Y NIVEL DE
PRESION ACUSTICA (Lp)
Para que un sonido sea audible, la variacin dela presin acstica debe estar comprendidaentre 2.10-4 mbar, siendo esta ltima lapresin acstica mxima que el odohumano puede soportar sin que se
produzcan daos.
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PRESION ACUSTICA (P) Y NIVEL DE
PRESION ACUSTICA (Lp)
Como quiera que la presin acstica tiene un margenmuy amplio de variacin, en la prctica se utiliza el
nivel de presin acustica (Lp). Entre ambasmagnitudes existe la siguiente relacin logartmica:
PLp = 20 log
P0= 10 log (P/P0)
2 10 log P
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PRESION ACUSTICA (P) Y NIVEL DE
PRESION ACUSTICA (Lp)
La presin de referencia (2.10-5 Pascales);
se corresponde con la menor presinacstica audible, que puede detectar unodo joven y sano a una frecuencia de1000 Hz. La escala logartmica le atribuyeel valor de 0 dB.
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PRESION ACUSTICA (P) Y NIVEL DE
PRESION ACUSTICA (Lp)
El nivel de presin acstica puede medirse
con un sonmetro, y su valor depende dela potencia acstica de la fuente sonora,de la distancia a la misma, de lascondiciones acsticas del local y del ruidode fondo.
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PONDERACION A
La percepcin del sonido por el odo humanoes un complejo proceso, porque depende del
nivel de presin acstica y de la frecuenciadel sonido. Dos ruidos pueden tener un nivelde presin acstica similar y presentar unadistribucin de frecuencias diferente, siendo
tanto ms molesto e irritante un ruido cuantomayor sea su componente en altasfrecuencias.
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PONDERACION A
Para poder establecer los riesgos de lesinauditiva con la mayor precisin posible, esnecesario que la medida del ruido se realicecon un equipo (sonmetro) que lo registre deforma similar a como lo percibe el odo
humano, es decir, que pondere el nivel depresin acstica (Lp) en funcin de lafrecuencia.
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PONDERACION A
Con este objeto, al sonmetro se le acoplanunos filtros de medicin, designados con lasletras A, B, C....Tales filtros producen unaponderacin (reduccin o aumento) de lamedida, en funcin de la frecuencia, que
responde a las curvas A, B, C de la figura.FIG 2.7
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PONDERACION A
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PONDERACION A
Como puede verse en la citada figura, el filtroA produce una atenuacin relativamente
importante de los sonidos de bajafrecuencia, no modifica el sonido dealrededor de 1000 Hz, y aumenta algo la
medida de los sonidos entre 2000 y 4000Hz..
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PONDERACION A
Esta es precisamente la forma en que funciona elodo humano, que percibe ms debilmente lossonidos de baja frecuencia que los de alta, delmismo nivel de presin acstica. Es decir, queutilizando un filtro que responda a la curva A, se
logra registrar el sonido de forma casi idntica acomo el odo humano lo percibe.
El Nivel de presin acstica ponderado A (LpA),registrado con un sonmetro equipado con el filtro
A, se expresa en decibelios A (dBA.)
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ESTIMACION DEL NIVEL MEDIOCORRESPONDIENTE A DIFERENTES MEDICIONES
DEL NIVEL DE PRESION ACUSTICA (LpA)
El trmino valor medio de dos magnitudes es entendidohabitualmente como la media aritmtica. Sin embargo en
el mbito de la evaluacin y control del ruido esteconcepto se refiere al nivel media de energa sonora cuyoproceso de calculo ilustraremos con un ejemplo.
Supongamos que los niveles de presin acstica obtenidos
en dos mediciones realizadas en el ambiente de un taller,son de 70 y 90 dBA, respectivamente.
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ESTIMACION DEL NIVEL MEDIOCORRESPONDIENTE A DIFERENTES MEDICIONES
DEL NIVEL DE PRESION ACUSTICA (LpA)
La media aritmtica de estos valores sera (70+90)/2 = 80dBA, valor que generalmente est lejos de la media
energtica real.Una primera aproximacin, en la prctica diaria, a la
estimacin del nivel medio correspondiente a diferentesmediciones del nivel de presin acusica de un climasonoro que vara aleatoriamente, cando no se dispone de
sonmetro integrador, consiste en tomar el mayor nivelmedido y descontarle un tercio de la variacin de niveles,es decir:
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ESTIMACION DEL NIVEL MEDIOCORRESPONDIENTE A DIFERENTES MEDICIONES
DEL NIVEL DE PRESION ACUSTICA (LpA)
LpA medio= 90 (90-70)/2 = 84 dBA
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ESTIMACION DEL NIVEL MEDIOCORRESPONDIENTE A DIFERENTES MEDICIONES
DEL NIVEL DE PRESION ACUSTICA (LpA)
Para obtener el valor medio, a igualdad de energasonora, de una serie de mediciones del nivel depresin acstica efectuadas en un mismo punto(media temporal) o en diferentes puntos situadosen la superficie envolvente de la fuente sonora
(media especial) , puede utilizarse la tabla de lafigura 2.8
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ESTIMACION DEL NIVEL MEDIOCORRESPONDIENTE A DIFERENTES MEDICIONES
DEL NIVEL DE PRESION ACUSTICA (LpA)
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
La potencia acstica es la cantidad de energaacstica que emite una fuente sonora en launidad de tiempo. Se mide en watios (W).
Esta energa se transmite inmediatamente y sereparte, tericamente, segn una superficie
esfrica envolvente cada vez mayor, lo queexplica la disminuci0n del sonido a medidaque nos alejamos de la fuente sonora.
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
La potencia acstica es una caractersticaconsustancial a cada fuente sonora,independientemente de cmo y donde estsituada.
Es el criterio idneo para comparar las
caractersticas acsticas de diferentesfuentes sonoras.
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
En la figura puede verse la potencia acsticaaproximada de algunas fuentes sonoras, enun campo amplsimo que cubre 10.000millones de picowatios, desde el tic-tac de unreloj pulsera (10-12 watios) hasta el
estruendo de un volcn en erupcin (10.000watios).
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
Como la potencia acstica tiene un margenmuy amplio de variaciones, que obligara amanejar cifras con muchos ceros, en laprctica se utiliza el nivel de potenciaacstica (Lw). Entre ambas magnitudes,
existe la siguiente relacin logartmica:W
LW = 10 lg W0
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
Siendo LW=Nivel de potencia acstica en dB
W = potencia en watios
W0=potencia acstica de referencia = 10-12 watios
(1 picowatio).
La potencia acstica de referencia se corresponde conel nivel 0 dB de la escala de decibeles.
WLW = 10 lg
W0
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
El nivel de potencia acstica ponderado
A (LWA) de una fuente sonora, seexpresa en decibelios A (dBA.) y puedecalcularse a partir de la medicin delnivel de presin acstica en dBA.
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POTENCIA ACUSTICA (W) Y NIVEL DE
POTENCIA ACUSTICA (LW)
El nivel de potencia acstica LWA, en
dBA, es una unidad muy til paraestimar la magnitud del problema delruido y para comparar diversas fuentessonoras en lo que se refiere a suagresividad acstica. Este dato deberaindicarse en las etiquetas de todos losequipos, aparatos o mquinas
potencialmente generadoras de ruido.
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
En general, una fuente sonora no emite laradiacin acstica en todas las direccionespor igual, es por tanto conveniente saber enqu direccin emite mas energa y en qumagnitud. Para este cometido se utilizan dos
parmetros ntimamente relacionados.
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
El ndice de directividad (DI) en unadeterminada direccin, es la diferencia entreel nivel de presin acstica en un punto dado(LpA1) y el nivel promedio quecorrespondera a ese punto si la fuente
sonora fuera omnidireccional (LpA), es decir,si tuviera una radiacin esfrica uniforme.
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
El ndice de directividad se expresa en dBA.
DI = LPa1 - LPA (dBA.)
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
El factor de directividad (Q) en unadeterminada direccin, es el cociente entrela energa acstica emitida a un punto dadoA1 y la energa que correspondera a esepunto si la fuente sonora fuera
omnidireccional (LPA) , en cuyo caso Q = 1.
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
L pA1 - L pAW DI= antilog10
= antilog10
=100,1 DI
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q)
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q) En el ejemplo de la figura 2.13, partimos de un
equipo de aire acondicionado suspendido del
techo, en medio de la sala, cuyo nivel de presinacstica es de 80 dBA. Medidos, por ejemplo, a 2mts. De distancia. Las mquinas situadas endistintas posiciones del suelo, son fuentes sonoras
con idnticas caractersticas acsticas que elequipo de aire acondicionado. Las diferencias devalor ilustradas partiendo de 80 dBA. Seran lasmismas si se partiera de otra magnitud, por ejemplo
60 dBA.
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INDICE DE DIRECTIVIDAD (DI) Y
FACTOR DE DIRECTIVIDAD (Q) Imaginemos que el fabricante de una mquina
especfica 75 dBA. De nivel de presin acstica
para el punto en el que se situar el operador. Si elcomprador instala la mquina en una esquina dellocal, el nivel soportado por el trabajador ser de 84dBA. , a lo que habra aadir el ruido reverberado y
el ruido de fondo. Es evidente por tanto laimportancia de la situacin de la fuente sonora parareducir el ruido en el puesto del operador.
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SUMA DE NIVELES SONOROS
Como ya se explic, anteriormente, la escala endecibelios crece en forma logartmica, por lo que no
es posible sumar aritmticamente los niveles deruido.
Si hemos medido por separado los niveles depresin acstica de dos fuentes de ruido, el nivel
resultante cuando ambas actan simultneamentese obtiene sumando al mayor de los dos valores, lacorreccin obtenida de la tabla de la fig. 2.14.
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SUMA DE NIVELES SONOROS
Diferencia
entre
mediciones
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 y
12
Incremento 3 2.6 2.2 1.8 1.5 1.2 1 0.8 0.6 0.5 0.4 0.3
Fig. 2.14. Suma de niveles sonoros.
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RESTA DE NIVELES SONOROS.
Cuando medimos, en un punto dado, el ruidoque produce una mquina enfuncionamiento, estamos midiendo enrealidad el ruido que produce esa mquinams el ruido de fondo del lugar donde se
halla instalada.
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RESTA DE NIVELES SONOROS.
Si deseamos conocer el nivel de ruido emitido por lamquina en concreto, deberemos realizar dos
mediciones; una del ruido de fondo (con la mquinaparada); y otra del ruido total (con la mquina en
funcionamiento), para realizar luego la resta de losdos valores obtenidos que, como es sabido,
tratndose de decibelios, no ser una restaaritmtica. Esta operacin se lleva a cabo utilizandola tabla de la figura 2.15.
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RESTA DE NIVELES SONOROS.
Diferencia entre
mediciones Lpt - Lpf< 3 3 4 y 5 6 a 9 > 10
Correccin K1 > 3 3 2 1 0
Fig. 2.15 Resta de niveles sonoros
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