MANUAL
Ingeniería Acústica
Ingeniería Acústica
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INDICE
1. Introducción
2. Nociones básicas de Acústica
2.1 Acústica
2.2 Definición de sonido y ruido
2.3 Tipos de Ruido
2.4 Parámetros característicos del sonido
2.5 El oído humano y campo audible
2.6 El decibelio. Nivel de Presión Sonora
2.7 Análisis del ruido. Espectro en frecuencias
2.8 Ponderación
2.9 Suma de niveles de presión sonora
2.10 Resta de niveles de presión sonora
2.11 Propagación del sonido
2.12 Definición de aislamiento y acondicionamiento acústico
2.13 Ruido aéreo y ruido de impacto
2.14 Aislamiento acustico a ruido aéreo
2.15 Aislamiento acústico bruto entre dos locales
2.16 Aislamiento acústico normalizado de un elemento constructivo
2.17 Aislamiento de una pared simple
2.18 Aislamiento de una pared doble
2.19 Agujeros y fisuras
2.20 Aislamiento acústico mixto
2.21 Ruido de impacto y vibraciones
2.22 Nivel de ruido de impacto normalizado
2.23 Pantallas acústicas
página 7 página 11
6
3. Sistemas por campos de aplicación 3.1 Edificación Privada
3.2 Hoteles
3.3 Locales de Actividad
3.4 Supermercados
3.5 Instalaciones
3.6 Locales Especiales
3.7 Industria
3.8 Pantallas Acústicas
4. Memoria Descriptiva por Sistemas
4.1 Sistema para Aislamiento de Suelo
4.2 Sistema para Aislamiento de Techos bajo Forjado
4.3 Sistema para Aislamiento de Paramentos Verticales
4.4 Sistema de Aislamiento de Bajantes
5. Cuadro de Precios Descompuestos 5.1 Paramentos Verticales
5.2 Ruidos de Impacto
5.3 Bajantes
5.4 Horizontales Bajo Forjado
6. Pliego de Condiciones
6.1 Condiciones de tipo general
6.2 Condiciones generales de índole técnico
7. Anexos. Medidas básicas de seguridad
Anexo 1: Prescripciones generales para pantallas anti-ruido
Anexo 2: Normas básicas preventivas para la ejecución de una obra de aislamiento
Anexo 3: Normas básicas preventivas para la ejecución de una obra de pantallas acústicas
Indice
Si en este manual no encuentra lo que está buscando, no dude en solicitarnos cualquier información, estaremos encantados de elaborar un proyecto a la medida de sus necesidades y las de su negocio.
NOTA:
página 33
35 53 63 75 79 93 96 104
página 113
115 128 136 156
página 159
161 169 174 175
página 179
181 186
página 187
189 191
1. Introducción
Tal y como se cita en el Diario Oficial de la CEE Nº C 62/134-1994, "Las obras deben proyectarse y construirse de forma que el ruido percibido por los ocupantes y las personas que se encuentran en las proximidades se mantenga a nivel que no ponga en peligro su salud y que les permita dormir, descansar y trabajar en condiciones satisfactorias".
Esta frase, ciertamente razonable, está especialmente indicada para el caso de viviendas y hoteles, destinados al reposo y descanso de las personas. Sin embargo, es indudable que el sector de la construcción en la actualidad está muy lejos de cumplirla. Las razones son varias: mientras que en otros países y, en otros sectores como el automovilístico, el confort ha sido siempre sinónimo de calidad, incentivando la investigación e incrementando las exigencias del mercado, en nuestro país la acústica siempre se ha considerado una cuestión secundaria. La fuerte inercia en los hábitos de construcción así como la endeblez de la normativa actual, que no demanda mediciones del aislamiento "in situ", han agravado la situación.
Sin embargo, esto puede cambiar en breve debido a la próxima aparición de modificaciones de la Norma Básica de la Edificación, que exigirá el cumplimiento de niveles de aislamiento medibles una vez que la vivienda/hotel/local esté construida. Consecuentemente, cada vez será más necesario la realización de estudios acústicos completos para garantizar el cumplimiento de la futura norma y a la vez satisfacer las demandas de un público más exigente.
Actualmente, es difícil encontrar un proyecto constructivo que incluya un estudio acústico. En el caso de existir, éste se limita por lo general a comprobar que los materiales utilizados en las distintas divisiones entre locales de distinto uso tengan el aislamiento (R medido en el laboratorio) exigido por la NBE-CA 88. Sin embargo, cualquier ingeniero acústico sabe que, una vez construido, el aislamiento entre locales no tendrá nada que ver con el aislamiento de su pared divisoria medido en el laboratorio, debido a que el ruido se puede transmitir por multitud de vías laterales. Si éste y muchos otros factores no se tienen en cuenta, es muy probable que nos encontremos al finalizar la construcción con serios problemas de ruido. Solucionarlos con el edificio terminado puede ser enormemente complejo, caro y en muchas ocasiones imposible.
Para evitar dichos problemas, se debe proceder a la realización de un estudio acústico completo en la fase inicial de diseño del edificio/local. El estudio acústico puede realizarse a partir de las memorias del proyecto, de los planos y de la futura localización del edificio. De esta forma, se pueden detectar y corregir los problemas antes de construir el edificio/local y garantizar un buen resultado final. Hay que tener en cuenta que en muchas ocasiones, pequeños cambios o modificaciones de diseño, que no suponen un incremento notable en el coste total de un proyecto, repercuten en un considerable incremento de la calidad acústica. Por lo demás, también es frecuente encontrarse en la revisión de algunos proyectos constructivos con "soluciones acústicas" cuya eficacia es nula y de las que se puede prescindir, con el ahorro económico que ello supone.
1. INTRODUCCIÓN
Conclusiones
Actualmente la memoria técnica o proyecto constructivo de cualquier edificación contempla, tal y como se ha comentado, el cumplimiento de la Normativa Básica de la Edificación (NBE-CA 88). Dicha norma solamente exige que los materiales utilizados en la construcción tengan un buen aislamiento medido en laboratorio.
En un futuro próximo la situación va a cambiar y se tendrán que garantizar valores del aislamiento medidos in situ una vez construido el edificio. Ello implicará la realización de estudios acústicos en la fase inicial del proyecto constructivo, para evitar la aparición de problemas de difícil solución con el edificio/local terminado. Dichos estudios deben contemplar los distintos tipos de aislamientos, el ruido de las instalaciones y el ruido de toda la maquinaria presente, así como dar las soluciones adecuadas para garantizar el nivel de confort acústico exigido.
Según lo dicho, Composan pretende facilitar a nuestros clientes la elaboración de estos estudios acústicos, no sólo con la aportación técnica de este manual, sino que también disponemos de un Departamento de Promociones y Proyectos que le asesorarán personalmente para cada caso concreto. Todas las soluciones planteadas en este manual están basadas en obras ejecutadas por nuestra red de instaladores y deben de servir de orientación a la hora de realizar un estudio acústico.
2. Nociones Básicas de Acústica
2.1 Acústica
2.2 Definición de sonido y ruido
2.3 Tipos de Ruido
2.4 Parámetros característicos del sonido
2.5 El oído humano y campo audible
2.6 El decibelio. Nivel de Presión Sonora
2.7 Análisis del ruido. Espectro en frecuencias
2.8 Ponderación
2.9 Suma de niveles de presión sonora
2.10 Resta de niveles de presión sonora
2.11 Propagación del sonido
2.12 Definición de aislamiento y acondicionamiento acústico
2.13 Ruido aéreo y ruido de impacto
2.14 Aislamiento acustico a ruido aéreo
2.15 Aislamiento acústico bruto entre dos locales
2.16 Aislamiento acústico normalizado de un elemento constructivo
2.17 Aislamiento de una pared simple
2.18 Aislamiento de una pared doble
2.19 Agujeros y fisuras
2.20 Aislamiento acústico mixto
2.21 Ruido de impacto y vibraciones
2.22 Nivel de ruido de impacto normalizado
2.23 Pantallas acústicas
2.1
Acústica
La acústica es una rama de la física que estudia la generación, la transmisión, la recepción, la absorción, la detección, la reproducción y el control del sonido.
La ciencia que trata de los métodos de generación, recepción y propagación del sonido se llama acústica. Esta cubre realmente muchos campos y está íntimamente relacionada con varias ramas de la ingeniería.
2.2 Definición de sonido y ruido
La definición de ruido puede hacerse desde dos enfoques diferentes, por una parte la sensación que produce en el ser humano, nos lleva a la expresión subjetiva del ruido, y por otra, a una definición objetiva que implica una aproximación al ruido como fenómeno físico.
De entre las definiciones subjetivas del ruido pueden citarse las siguientes: · Un sonido no deseado.
· Una combinación de sonidos no coordinados que producen una sensación desagradable.
· Un sonido no deseado por los afectados o capaz de perjudicarles psíquica, física, social o económicamente.
· Todo grupo de sonidos que interfiera en la actividad humana.
De estas definiciones puede deducirse que el ruido es, en gran medida, un concepto psicológico y de que son sobre todo las personas directamente afectadas quienes deciden si un determinado sonido es o no ruido.
En definitiva, el ruido es una apreciación subjetiva del sonido. Un mismo sonido puede ser considerado como molesto o agradable, dependiendo de la sensibilidad o actividad de la persona receptora. Por ejemplo, el sonido generado en una discoteca puede ser catalogado como ruido para los vecinos del edificio en el que está ubicada, pero no así para las personas que asisten a la discoteca.
En el momento que un ruido no se adapta a la actividad ambiente y supera cierto nivel sonoro, se convierte en una fuente de problemas que van desde la pérdida del bienestar deseado hasta alteraciones graves en la salud (un sonido superior a 30 dB no permite conciliar el sueño).
2.3 Tipos de ruido
Podemos clasificar los ruidos en:
· Ruido continuo o estacionario: un ruido se considera continuo cuando los niveles de presión acústica y el espectro de frecuencias varía en función del tiempo lentamente sobre pequeños márgenes. Este tipo de ruidos suelen ser originados por máquinas con cargas estables, tales
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como motores eléctricos, bombas de agua, asimismo suele ser de este tipo el ruido ambiental de fondo.
· Ruido fluctuante: a este tipo corresponden los ruidos en que tanto los niveles de presión acústica como el espectro de frecuencias varían de forma aleatoria en función con el tiempo sobre un margen mas o menos grande. Dependiendo de la repetición del ruido, estos pueden ser periódicos o no. Un ejemplo de ruido fluctuante no periódico es el producido por el tráfico rodado.
· Ruido transitorio: se considera un ruido como transitorio cuando su nivel sonoro comienza y termina dentro de un periodo mas o menos largo. Un ejemplo de este tipo de ruido es el producido por el paso de un tren o el vuelo de un avión.
· Ruido de impacto: el ruido de impacto se trata de un incremento brusco y de corta duración del nivel de presión acústica. Es un caso especial de ruido transitorio. Ejemplos de este tipo de ruido son el disparo de una pistola, el golpe de un martillo, etc.
En la figura siguiente se puede observar la representación gráfica de los niveles sonoros de un ruido estacionario, fluctuante e impulsivo.
Hay que destacar que si el ruido es intermitente se pueden tolerar mayores intensidades sonoras o la misma intensidad durante periodos de tiempo más largos, que si se trata de un ruido continuo.
2.4 Parámetros característicos del sonido
Desde el punto de vista físico, el sonido consiste en un movimiento ondulatorio producido en un medio elástico por una fuente de vibración y que provoca pequeñas variaciones de la presión atmosférica sobre el oído.
La forma mas habitual de representar el sonido es un espectro, que nos da la amplitud (presión) en función de sus componentes en frecuencia.
Frecuencias de sonidos y ruidos típicos
2. Nociones básicas de Acústica
Lp
Frecuencia p
Tiempo
Lp
Frecuencia p
Tiempo
Lp
Frecuencia p
Las magnitudes fundamentales que definen este movimiento son las siguientes: Amplitud, A:
Indica la magnitud de las variaciones de presión. Se mide en Pascales (Pa). El rango audible está entre 20 µPa y 100 Pa.
PERIODO, T:
Es el tiempo que tarda en producirse un ciclo completo de oscilación medido en segundos. Su unidad de medida es el segundo.
LONGITUD DE ONDA, l :
Se define como la distancia que recorre un frente de onda en un periodo completo de oscilación. Se mide en unidades de longitud (m). La longitud de onda se relaciona con la frecuencia (), periodo (T) y velocidad del sonido (c) mediante las expresiones:
FRECUENCIA, :
Es el inverso del Periodo, es decir, es el número de ciclos completos de oscilación que suceden en la unidad de tiempo. La unidad es el Hertzio (Hz) que corresponde a un ciclo por segundo.
VELOCIDAD DEL SONIDO, c:
Es la velocidad a la que se propagan las ondas sonoras en un medio elástico. Depende de la masa y elasticidad del mismo. Cuando el medio elástico donde se transmite el sonido es el aire, la velocidad del sonido en condiciones normales es:
15
T = 1/
= 1/T
l= c · T = c/
c = 344 m/s. 2. Nociones básicas de Acústica
+
-1
x
Tiempo
xo
T(s)
2.5 El oído humano y campo audible
El sonido se puede considerar por una parte como fenómeno físico, y por otra como sensación auditiva de un oyente provocado por ese fenómeno físico.
En el lenguaje popular, el sonido está relacionado con la sensación auditiva. Siempre que una onda elástica que se propaga a través de un gas, un líquido o un sólido, alcance nuestro oído, produce vibraciones en la membrana auditiva. Estas vibraciones provocan una reacción del nervio auditivo y el proceso se conoce como audición. Pero nuestro sistema nervioso produce una sensación auditiva sólo para las frecuencias comprendidas entre 20 y 20.000 Hz (el intervalo de frecuencias audibles es diferente para otros animales). Fuera de estos límites el sonido no es audible, aunque a las ondas elásticas correspondientes se les sigue llamando sonido. La física de las ondas elásticas de frecuencia por encima de 20.000 Hz se denominan ultrasonidos y por debajo de 20 Hz se denominan infrasonidos.
Para que un sonido sea percibido por nuestro oído no basta que su frecuencia esté comprendida entre ciertos límites para los que aquél es sensible (20 y 20.000 Hz). Es preciso además que la intensidad física o la amplitud de la presión se encuentre también dentro de cierto intervalo, ya que por debajo del mismo no es percibido por falta de excitación suficiente (umbral de audición) y por encima produce sensación de dolor. Este intervalo varía con la frecuencia del sonido, como puede verse en la siguiente figura logarítmica.
Área de audición humana y lugares que ocupan en la misma la música y la palabra
2.6 El decibelio. Nivel de Presión Sonora
El oído humano es capaz de detectar variaciones de presión acústica comprendidas entre 20 · 10-6 Pa (20 mPa) y 200 Pa (200.000.000 mPa).
Si la cuantificación de la presión acústica la hiciésemos en Pa., deberíamos utilizar una escala de 200.000.000 unidades, teniendo que manejar unas cantidades enormes. Para evitar esto, se utiliza una escala logarítmica, introduciendo el concepto Nivel de Presión Acústica (Lp)
en decibelios, dado por la expresión:
siendo,
Lp = 20 log (P / Po)
2. Nociones básicas de Acústica
140 120 100 80 60 40 20 0 dB
20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k
Música
Voz Umbral de dolor
Riesgo de daños
Umbral
Frecuencia (Hz)
Mediante la utilización de la escala en dB hemos convertido una escala de 200.000.000 unidades en otra de 140 unidades.
Otro aspecto útil de la escala en decibelios es que da una aproximación mucho mejor a la percepción humana de sonoridad relativa que la escala lineal (Pa). Esto es porque el oído reacciona a un cambio logarítmico de nivel, que corresponde a la escala de decibelios, donde dB es el mismo cambio relativo en cualquier lugar de la escala.
2.7 Análisis del ruido. Espectro en frecuencias
Se ha visto en el apartado de Campo de Audición, la influencia de la frecuencia en un sonido o ruido, y los límites de captación por el oído humano, acotando la banda audible al rango de frecuencias comprendido entre 20 y 20.000 Hz.
Si un ruido complejo tienen componentes en la mayoría de las frecuencias comprendidas en el espectro audible, sería muy difícil y poco práctico determinar una a una las frecuencias componentes.
Lo que se hace es dividir el espectro de frecuencias en grupos de frecuencias o bandas, siendo las más utilizadas las bandas de ancho proporcional y en especial, las bandas de octava y tercio de octava.
En la evolución de ruido y su control es necesario, en muchos casos, conocer no solo el nivel de ruido general sino como la energía sonora se distribuye en cada una de las frecuencias que lo componen. El ruido está compuesto por un amplio rango de frecuencias que componen el espectro del ruido.
Por ello a la hora de medir un ruido se emplean filtros, de forma que se eliminan los componentes cuyas frecuencias están por encima o por debajo de los límites o frecuencias de cada filtro. Sólo las frecuencias comprendidas entre las del filtro pasan a su través. Esta banda de frecuencias permitidas se llama Banda de Paso y el valor (f2 - f1) se llama ancho
de banda.
Se denomina banda de octava al grupo de frecuencias comprendidas entre dos frecuencias f1 y f2 que cumplen la relación:
Po = 2·10-5 Pa, presión acústica de referencia (umbral auditivo).
Al haber realizado esta conversión, pasando las unidades de Pascales a decibelios referidos a presión, se advierte que el manejo de las cifras obtenidas es mucho más sencillo. Así, para el umbral de audición, tendríamos:
Lp = 20 log (2 · 10-5 / 2 · 10-5) = 0 dB
Lo cual quiere decir que la cifra de 0 dB de presión sonora no significa "ausencia de sonido" sino, más bien, "ausencia de sensación sonora". En cuanto al umbral de dolor (200 Pa), su valor en decibelios sería:
Lp = 20 log (200 / 2 · 10-5) = 140 dB
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Se denomina frecuencia central de la banda a la media geométrica de las frecuencias extremas, es decir
Mediante el análisis de frecuencia de un ruido, la energía acústica del mismo se distribuye electrónicamente en bandas, obteniéndose un nivel de presión acústica por cada banda. Normalmente se usan 8 bandas, correspondiente cada una de ellas a una "octava". En cada banda de octava la relación entre las frecuencias superior e inferior están en relación 2:1. Cada una de las bandas se define por la diferencia correspondiente al valor central de la banda, siendo los más comúnmente empleados los correspondientes a 31,5 Hz, 63 Hz, 125 Hz, 250 Hz, 500 Hz, 1.000 Hz, 2.000 Hz, 4.000 Hz y 8.000 Hz.
Cuando se desea un análisis de ruido más detallado, se utilizan las bandas de tercio de octava.
Una banda de tercio de octava es un grupo de frecuencias comprendidas entre dos frecuencias f1 y f2 que cumplen la relación:
En este caso, la relación entre la frecuencia central y las frecuencias extremas viene dada por las siguientes ecuaciones:
Las frecuencias medias para las bandas de octava y tercio de octava están normalizadas en la Norma UNE-74002-78 (ISO 266).
Para tercios de octava, las frecuencias centrales según norma UNE son: 100, 125, 160, 200, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1.000, 1.250, 2.000, 2.500, 3.150, 4.000 y 5.000 Hz.
f2 = 2·f1
fc = (f1 · f2)
f2 = f1 · 21/3
f1 = fc /21/6 f2 = fc · 21/6
2. Nociones básicas de Acústica
Frecuencia (Hz)
800 1000 1250
B = 1/3 Octava L
Frecuencia (Hz)
500 1000 2000
2.8 Ponderación
Nuestro oído se comporta como un filtro inteligente frente a las variaciones de presión acústica externas. Permite el paso sin dificultad de las medias frecuencias (cercanas a la voz humana), y es menos sensible a bajas y altas frecuencias (de ahí el típico botón de loudness de un equipo estéreo o el control activo de bajos y agudos).
Así, la respuesta de nuestro oído es igual a la de un filtro que atenúa las bajas frecuencias, no afecta a las medias frecuencias e introduce una muy ligera variación en altas frecuencias. De este modo, si tenemos el espectro de ruido de una máquina, ventilador, etc., y corregimos la forma del mismo según la misma ley que lo hace el oído humano, obtendremos un espectro que llamaremos ponderado y que es equivalente al espectro que excita las células o cilios de nuestro oído interno, esto es, el espectro que capta el cerebro.
Se denomina pues, al espectro externo al oído, espectro sin filtrar, y al espectro corregido se le llama espectro ponderado A.
La suma de los niveles de presión sonora nos dará un nivel global que podremos expresar en decibelios (dB) en el primer caso, mientras que en segundo caso se tratará de decibelios A (dBA).
La escala de ponderación A es la utilizada más frecuentemente. La escala A está internacionalmente normalizada y se ajusta su curva de ponderación a la respuesta del oído humano.
También existen otras curvas de ponderación para adecuar la diferente sensibilidad del oído humano en función de la frecuencia y que se muestran en la siguiente figura.
Hay otras escalas de ponderación utilizadas menos frecuentemente tales como la escala B, usada para sonidos de intensidad media, la escala C, usada para sonidos altos, y la escala D, usada para medida del ruido de aviones a reacción. Debido a su buen acuerdo con la respuesta subjetiva, la escala A es la que se suele utilizar para todos los niveles, siendo relativamente poco frecuente el uso de las escalas B, C y D.
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2. Nociones básicas de Acústica
Frecuencia (Hz)
10
Lp
20 50 100 200 500 1k 2k 5k 10k 20k -60
-40 -20 0 (dB)
El método gráfico se basa en una curva donde introducimos la diferencia en dB entre el nivel de ambas fuentes y obtenemos el factor que hemos de añadir a la fuente de mayor nivel.
Ejemplo:
En una fabrica funcionan dos máquinas simultáneamente, con distintos niveles de presión sonora, L1 = 61 dB y L2 = 55 dB. ¿Cuál el nivel de presión sonora resultante cuando funcionan
ambas máquinas?
Para realizar el cálculo con el método numérico, sustituimos en la fórmula:
Pasos a seguir para realizar el cálculo con el método gráfico:
1. Hallamos la diferencia entre los niveles de las dos máquinas (L1-L2). En nuestro caso:
L1-L2 = 61-55 = 6 dB.
2. Introducimos el valor de la diferencia en el eje horizontal de la gráfica y subimos perpendicularmente hasta cortar la curva. Desde el punto de intersección se traza una horizontal hasta cortar el eje vertical, obteniendo un valor DL suma = 1 dB.
3. Sumamos el valor del DL suma obtenido al mayor nivel, obteniendo de esta forma el nivel total resultante. En nuestro caso es:
Para sumar niveles Li en dB tenemos dos posibles métodos, uno numérico y otro gráfico. El método numérico se basa en operaciones logarítmicas según la fórmula:
2.9 Suma de niveles de presión sonora
Cuando dos fuentes sonoras radian sonido, ambas contribuyen en el nivel de presión sonora existente en un punto alejado de dichas fuentes.
LTotal = 10log
S
10Li/10 n i=1LTotal = 10log10
(
10L1/10+10L2/10) =
61,97 dB
Ltotal = L1 + DL suma= 61 +1 = 62 dB
2. Nociones básicas de Acústica
1 dB
2 3
L
2.10 Resta de niveles de presión sonora
En algunas ocasiones es necesario restar niveles de ruido, por ejemplo en el caso de querer eliminar el ruido de fondo.
Donde todos los niveles L son en dB.
Para restar niveles en dB tenemos dos posibles métodos, uno numérico y otro gráfico. El método numérico se basa en operaciones logarítmicas según la fórmula:
El método gráfico se basa en una curva donde introducimos la diferencia en dB entre el nivel de ambas fuentes y obtenemos el factor que hemos restar a la fuente de mayor nivel. Ejemplo:
Queremos medir el ruido de una máquina, LS, pero tenemos un ruido de fondo elevado, LN = 60 dB. Al medir la máquina, estamos midiendo la suma del ruido de fondo y el ruido de la máquina, LS+N = 65 dB. Hallar el ruido de la máquina.
Pasos a seguir para realizar el cálculo con el método numérico : Sustituimos en la fórmula:
Pasos a seguir para realizar el cálculo con el método gráfico:
1. Hallamos la diferencia entre los niveles de la máquina con el ruido de fondo (LS+N) y el
nivel del ruido de fondo (LN). En nuestro caso LS+N - LN = 65 - 60 = 5 dB.
2. Introducimos el valor de la diferencia en el eje horizontal de la grafica y subimos perpendicularmente hasta cortar la curva. Desde el punto de intersección se traza una horizontal hasta cortar el eje vertical, obteniendo un valor DL resta = 1,6 dB.
3. Restamos el valor del DL resta obtenido al mayor nivel, obteniendo de esta forma el nivel total resultante. En nuestro caso es:
21
LS = LS+N - LN
=
10 · log[
10(LS/10) - 10(Ln/10)]
LS = LS+N - LN
=
10 · log[
10(65/10) - 10(60/10)] =
63,35 dB
Lmáquina = Lmax - DLresta
=
65 - 1,6 = 63,4 dB
2. Nociones básicas de Acústica
Ls+N
(dB)
Ls+N
NOTA: Cuando la diferencia entre el nivel total y el nivel de ruido de fondo es inferior a 3 dB se considera que el ruido de fondo puede enmascarar el ruido emitido por la máquina desvirtuando el cálculo a efectos prácticos. Para considerar este efecto las distintas normativas establecen tablas de corrección de ruido de fondo.
2.11 Propagación del sonido
Durante la propagación de las ondas sonoras en un medio, pueden ocurrir varios fenómenos. Cuando la onda sonora llega hasta una superficie suceden tres cosas:
· Una parte es reflejada por la superficie. · Una parte es absorbida por la superficie. · El resto se transmite
Refracción de las ondas sonoras
2. Nociones básicas de Acústica
1 10
1.6 dB
6
L
(dB)
L
(dB)
5 dB
2 3 4 5 6 7 8 9 1
2 3 4 5
NO VÁLIDO Ls ~ Ls+N
ABSORCIÓN Onda incidente
Onda reflectada y transmtida Onda reflejada
2.12 Definición de aislamiento y acondicionamiento acústico
Aislamiento acústico es la capacidad de los elementos constructivos para disminuir la transmisión del sonido. Por extensión, se entiende por aislamiento al conjunto de procedimientos empleados para reducir o evitar la transmisión de ruidos de un local a otro y del exterior hacia un local o viceversa, con el fin de obtener una calidad acústica determinada. El aislamiento depende de las propiedades de los materiales, de las soluciones constructivas empleadas y del contexto arquitectónico.
El acondicionamiento acústico de un local consiste en controlar la energía sonora reflejada en las paredes del mismo para reducir la reverberación, mejorar las cualidades de escucha y, en general, disminuir el nivel sonoro medio global del local.
Esto se consigue tratando las superficies interiores del recinto con materiales que permitan una difusión adecuada de la energía acústica en el interior del mismo.
El acondicionamiento acústico se debe tener muy en cuenta en la construcción y restauración de Iglesias, Teatros, Auditorios, Bibliotecas, etc., en definitiva en todo tipo de recintos donde se va necesitar de una buena inteligibilidad de la palabra o una buena audición de la música para su normal funcionamiento.
Cada local tiene unas características acústicas diferentes y particulares. Una de estas características es el Tiempo de Reverberación que se mide en segundos. El tiempo de reverberación es el tiempo que se requiere en un espacio cerrado, para un sonido de una frecuencia o banda de frecuencia determinada, para que el nivel de presión sonora dentro de él disminuya 60 dB, después de haber cesado la fuente.
Los materiales en acústica se pueden usar para reducir el tiempo de reverberación de un recinto o bien se usan como barrera para reducir la intensidad del sonido que viaja de un punto a otro. En cuanto al primer tipo de estos materiales están los materiales absorbentes. Tal vez los más importantes de estos materiales sean los materiales porosos, que están constituidos por una estructura sólida dentro de la cual existen una serie de cavidades o poros intercomunicados entre sí y con el exterior. Entre los principales materiales porosos están las lanas de roca y las espumas de poliuretano.
2.13 Ruido aéreo y ruido de impacto
Las vibraciones sonoras se propagan por transferencia de energía de unas partículas a otras adyacentes que encuentre en su camino, ya sean del aire o elementos sólidos, por las siguientes vías:
Si se coloca un material absorbente delante de un cerramiento, aumentará la parte de energía acústica absorbida y disminuirá la parte reflejada en el local donde está instalado, pero no se modificará significativamente la parte transmitida al local adyacente, por lo que se mantendrá su aislamiento acústico.
El aislante refleja prácticamente toda la energía incidente y el absorbente disipa parte de esa energía en forma de energía calorífica.
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· Toda emisión sonora en un local hace vibrar el aire y el sonido se propaga directamente.
· Cuando las vibraciones chocan con las paredes, éstas entran a su vez en vibración, engendrando vibraciones nuevas en el aire del local adyacente. · Cuando una pared está sometida a un golpe, vibra y engendra vibraciones en el aire del local adyacente. · Cuando las vibraciones sonoras rebotan en las paredes, se produce la reverberación de los sonidos.
2.14 Aislamiento acústico a ruido aéreo
Para conseguir un aislamiento acústico a ruido aéreo, lo que debe evitarse es que el medio transmisor del ruido (el aire) circule libremente.
Principalmente debe evitarse el camino de transmisión directa entre emisor y receptor mediante la colocación de barreras, pantallas, paredes, etc.
Para conseguir grandes aislamientos es importante incrementar la masa del paramento o pared de separación. Cuanto mayor es la masa, mayor aislamiento se conseguirá.
El cálculo de la energía acústica transmitida a través de una pared es muy sencillo, si conocemos el nivel de presión acústica del sonido incidente, así como el aislamiento acústico bruto normalizado del material, siendo la diferencia de estos dos valores, la energía transmitida a través de la pared. Por ejemplo, si tenemos un local con un nivel de presión sonora de 80 dB que incide en una pared, mientras que en el local receptor el nivel de presión sonora es de 35 dB, entonces el aislamiento acústico bruto a ruido aéreo es de 45 dB. En cambio, si el nivel de presión sonora en el local receptor es de 20 dB, entonces el aislamiento acústico bruto a ruido aéreo es de 60 dB.
Aislamiento acústico específico de un elemento constructivo
2. Nociones básicas de Acústica
80 dB
20 dB 60 dB
80 dB
35 dB 45 dB
LOCAL RECEPTOR LOCAL
transmisión indirecta aparece como consecuencia de que si un elemento vibrante de unapared está conectado con otros elementos según la dirección perpendicular, estos elementos próximos alcanzan un estado de vibración que se propaga a lo largo de las paredes laterales, alcanzando al recinto que se desea aislar.
Por tanto, el aislamiento acústico total de un recinto se determina mediante el aislamiento acústico de todos sus límites, y depende del nivel de ruido existente en el exterior del recinto y del nivel de ruido máximo admisible (ruido creado en el interior del recinto debido a la actividad realizada en el mismo) en el interior de dicho recinto.
2.15 Aislamiento acústico bruto entre dos locales
Es la diferencia existente entre el nivel de presión sonora que existe en el local emisor (L1) y el del local receptor (L2). Viene dado por la siguiente ecuación:
Se expresa en dB.
2.16 Aislamiento acústico normalizado de un elemento constructivo
Determina las cualidades acústicas de un elemento constructivo (un techo, una pared, una puerta, etc.), es decir, establece su dificultad para transmitir los ruidos aéreos.
Se obtiene mediante una medición normalizada en laboratorio, sin tener en cuenta las transmisiones laterales, y viene expresado por:
siendo,
S = superficie de la pared a ensayo (m2) A = absorción de la sala receptora (m2)
El problema que existe en el aislamiento acústico "in situ" es que dicho elemento divisorio entre locales está conectado a los cerramientos adyacentes. La presión sonora pone en excitación no sólo a dicho paramento divisorio, sino también a todas las otras superficies divisorias. Ese estado de excitación de los cerramientos adyacentes da lugar a un incremento del nivel de presión sonora del local receptor (L2'), con lo que L2 < L2'. Por tanto, el aislamiento acústico bruto medido in situ (D') siempre será inferior al aislamiento acústico bruto medido en laboratorio (D), a igualdad de área S y de absorción A.
2.17 Aislamiento de una pared simple
Se entiende por pared simple, a una pared en la que los puntos que están sobre la misma normal no modifican su distancia mutua cuando la pared vibra. No tiene porqué ser homogénea, sino que puede estar formada por varias capas e incluso, puede contener también espacios vacíos.
El aislamiento de una pared simple puede calcularse a partir de la Ley de Masa, dada por la siguiente ecuación:
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D
= L1 - L2R
= L1 - L2 + 10 log (S/A)o bien,
siendo,
M = masa por unidad de superficie (kg/m2)
w = frecuencia angular (w = 2 f ; siendo f la frecuencia considerada) Z = Impedancia acústica del aire (aproximadamente igual a 415 rayls)
r = densidad volumétrica del aire (1,19 kg/m3) c = velocidad del sonido en el aire (345 m/s)
De esta ley se deduce que para una frecuencia fija, el aislamiento aumenta en 6 dB cuando se duplica la masa. Análogamente, para una masa dada, el aislamiento crece 6 dB al duplicar la frecuencia.
Aislamiento de una pared simple
La gráfica anterior muestra la forma de la curva en función de la frecuencia. Para el cálculo se ha considerado que las ondas acústicas inciden perpendicularmente sobre la pared. Si se efectúa el cálculo para todos los ángulos de incidencia, se obtiene un aislamiento menor. La diferencia entre el valor calculado y el valor medido prácticamente se debe a la rigidez. Es decir, la ley de masa se cumple siempre que las masas que forman la pared sean independientes, pero debido a la naturaleza elástica de los elementos, existe una ligazón entre las masas. Esto hace que en una zona determinada de frecuencias, alrededor de una frecuencia denominada frecuencia de coincidencia fc, la energía acústica incidente se transmita a través de los paramentos en forma de ondas de flexión (vibraciones de flexión), que al acoplarse con las ondas de presión del campo acústico, dan origen a una importante disminución del aislamiento.
Es decir, para ciertos valores de la secuencia de excitación, la onda sonora hace vibrar la pared de tal forma que entran en fase la frecuencia de excitación y la frecuencia crítica de
Controlado por la rigidez
Resonancias
Pendiente 6 dB/OCT
Extensión de la Ley de las Masas
Controlado por la masa
FRECUENCIA f (Hz)
PÉRDIDAS DE TRANSMISIÓN
fc
Poco amortiguado Amortiguamiento medio Gran amortiguamiento
R
= 20 log (Mw / 2 Z) = 20 log (Mw / 2 r c)R
= 20 log M + 20 log f - 43aislantes a la presión sonora, es conveniente trabajar con espesores y densidades superficiales de masa que consigan una frecuencia de coincidencia lo más elevada posible, por encima de la que es necesario el aislamiento, aprovechando así todos los recursos que ofrece el control por masa.
En resumen, el aislamiento acústico proporcionado por una pared simple presenta tres zonas: · Zona gobernada por la rigidez y resonancias propias de la placa (resonancias geométricas, más que de composición)
· Zona gobernada por la ley de masa.
· Zona gobernada por la coincidencia de las ondas.
En la práctica, la ley de masa no es experimental, sino aproximada, si bien se emplea normalmente para obtener una buena aproximación analítica del comportamiento acústico de una pared simple.
Partiendo del conocimiento teórico de una pared simple y usando métodos empíricos y estadísticos, se ha conseguido definir una curva en la que se relaciona el nivel de aislamiento global de una pared en función de la densidad superficial de masa.
Se puede observar que existe una diferencia notable en el aislamiento que da la ley de masa teórica frente a la real, en torno a 10-15 dB.
2.18 Aislamiento de una pared doble
Mientras que la mejora del aislamiento acústico, del orden de 6 dB, que se consigue al duplicar el peso de las paredes simples compensa en el caso de paredes ligeras, para paredes pesadas no resulta tan rentable.
Por ejemplo, para una frecuencia dada, una pared simple de masa 100 kg/m2, según la ley de masa, tiene un aislamiento de unos 40 dB. Si duplicamos la masa, para la misma frecuencia, se obtiene un aislamiento de 46 dB. Pero si en vez de colocar la segunda capa junto a la primera, se coloca separada, se obtendría un aislamiento medio de 60 dB, en lugar de los 46 dB.
Al tener que obtener cada vez mayores aislamientos, sin que la masa aumente desproporcionalmente, se emplean sistemas de paredes separadas entre sí, formando un conjunto de elementos múltiples. El hecho de que con paredes múltiples se obtenga un gran aislamiento con poco peso es importante, ya que la limitación de peso es en realidad un problema que se presenta frecuentemente en fenómenos de aislamiento.
Sin embargo un aislamiento tan alto sólo se puede obtener cuando entre las dos paredes no existe ninguna clase de acoplamiento. En principio, en paredes múltiples existen tres tipos de acoplamientos:
· La resonancia de las paredes.
· Las ondas estacionarias de la cavidad. · Los acoplamientos rígidos entre paredes.
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siendo,
d = distancia entre paredes
M1 y M2 = masas superficiales de las paredes (kg/m2)
Para esta frecuencia, el aislamiento acústico es muy bajo (casi nulo), por lo que se debe cuidar la elección de las masas M1 y M2, así como la separación d entre ambas, para que la frecuencia de resonancia del conjunto esté por debajo del margen inferior de frecuencias que se quiere aislar (suele ser inferior a 100 Hz).
Un segundo tipo de acoplamiento entre capas de una pared múltiple, a través de la cámara de aire, se presenta por las ondas estacionarias. Es decir, cuando las ondas en la cámara de aire inciden perpendicularmente, aparece un acoplamiento entre las capas de la pared múltiple, para las siguientes frecuencias:
Una forma de reducir estas resonancias es introducir materiales porosos, no rígidos y absorbentes, dentro de la cámara de aire. Con esto evitamos que su efecto se sume al efecto de coincidencia de la onda de flexión que tienen las capas de la pared.
El tercer tipo de acoplamiento que puede existir entre las capas de una pared múltiple son las uniones rígidas, también llamadas puentes acústicos. Se debe evitar este tipo de uniones ya que producen una disminución considerable del aislamiento. En el caso de que los puentes sean inevitables, estos serán relativamente blandos y ligeros para las paredes pesadas y pesados para las paredes ligeras.
Aislamiento de una pared doble
Una pared doble presenta a bajas frecuencias un sistema masa-muelle-masa, en donde las masas son las dos capas de la pared y el muelle es la cámara de aire que las separa. Este tipo de sistema es capaz de vibrar y posee una frecuencia propia de resonancia, dada por la siguiente ecuación:
fn= n (340 / 2d) = n (170 / d)
fr = 60/2 p · 1/d · (1/M1 + 1/M2) · (Hz)
2. Nociones básicas de Acústica
Hz
fr dB
f1 f2 fn
Ley de masas 6 dB/octava
· Para frecuencias inferiores a la frecuencia de resonancia, aunque existan dos tabiques, se comporta como uno solo de masa M = M1 + M2.
· Para frecuencias comprendidas entre la de resonancia y la de coincidencia, en el aislamiento total influyen no sólo los aislamientos de las dos capas, sino también las dimensiones de la capa a aislar, la separación entre las mismas y el coeficiente de absorción del material que se coloca entre las dos capas.
2.19 Agujeros y fisuras
La influencia de los agujeros y fisuras en las paredes es muy importante y se traduce en una disminución del aislamiento acústico que, en algunos casos, puede llegar a ser considerable. Dependiendo de sus dimensiones y de las frecuencias consideradas, la superficie eficaz del agujero puede ser, respecto a la transmisión del ruido, superior a su superficie real.
Con respecto a su superficie, éstas pueden transmitir más energía de la que aparentemente reciben, funcionando como amplificadores. Esto ocurre para aquellas frecuencias cuyas longitudes de onda son del mismo orden o inferiores a las dimensiones del agujero. Por lo tanto, deben evitarse todo tipo de agujeros o fisuras, con el fin de evitar pérdidas en el aislamiento.
2.20 Aislamiento acústico mixto
El método más efectivo para combatir el ruido es la construcción de un recinto flotante, que esté totalmente aislado de los elementos que sustentan la construcción.
En edificación es normal encontrar paramentos formados por conjuntos constructivos diferentes, con aislamientos muy distintos entre sí. El aislamiento acústico global de un paramento mixto (pared con puerta y ventana) dependerá del área de cada uno de los elementos constructivos que componen dicho paramento y del aislamiento específico de cada uno de dichos elementos. El aislamiento en este caso debe ser estudiado desde una perspectiva global, completando las áreas de los distintos elementos y sus aislamiento específicos.
El aislamiento global ag de un elemento mixto viene determinado por la siguiente formula:
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donde:
Si es el área del elemento constructivo i, en m2
ai es el aislamiento especifico del elemento constructivo de área Si, en dB.
ag = 10 log (
S
Si / (S (
Si/
10ai/10)))siendo,
Lni = nivel sonoro de impacto de la losa estructural sin protección al impacto.
Lnf = nivel sonoro de impacto de la misma losa protegida por una solución al impacto.
2.21 Ruido de impacto y vibraciones
Todo golpe u impacto directo sobre un medio sólido da lugar a una vibración de dicho medio. Esto significa que toda la energía cinética del movimiento se convierte en energía vibratoria. El medio de transmisión de dichas vibraciones es ese medio sólido o estructural. Como consecuencia de esta propagación a través de un material sólido, las vibraciones experimentan una pérdida de energía, que se irá disipando con el tiempo.
Según esto, los ruidos de impacto son los originados por golpes o choques sobre las superficies o paramentos que delimitan un local, y que se transmiten a los locales colindantes a través de la vibración de los paramentos horizontales (forjados) y verticales (paredes) que componen la estructura del edificio. El golpe se manifiesta de inmediato por el ruido aéreo generado y posteriormente provoca la vibración del elemento receptor de dicho golpe. La mayoría de las actividades que se desarrollan en un local llevan asociadas un ruido de impacto, de mayor o menor intensidad según las características de dicha actividad. El aislamiento a ruido de impacto se basará en suprimir toda unión rígida entre el elemento que recibe el impacto y el panel que recae en la parte que se quiere aislar.
2.22 Nivel de ruido de impacto normalizado
El nivel de ruido de impacto normalizado (Ln) se evalúa midiendo el nivel de ruido en el local receptor, cuando en el local emisor está funcionando una máquina de impactos normalizada, y se calcula mediante la siguiente fórmula:
siendo,
Li = nivel de ruido producido por el impacto en el local receptor (dB)
A = absorción del local receptor (m2)
Ao = absorción de referencia (10 m2)
La mejora del aislamiento al ruido de impacto (DL) que nos producirá la solución de aislamiento adoptado vendrá dada por la siguiente ecuación:
DL = Lni- Lnf
Ln= Li + 10 log (A / A0) en dB
2.23 Pantallas Acústicas
Una barrera acústica es un obstáculo para el sonido, que interrumpe el camino entre el foco emisor y el receptor.
El ruido se propaga mediante ondas sonoras. Estas ondas cuando llegan a una superficie sólida, como es una pantalla acústica, se transforma en otra de mayor o menor intensidad, dependiendo del tipo de obstáculo que se encuentre:
· Parte de la onda se refleja.
· Parte de la onda es absorbida por la pantalla. · Parte de la onda es trasmitida.
· Parte de la onda es difractada en los bordes de la pantalla, generando ondas idénticas a la incidente en todas las direcciones.
Aislamiento a ruido de impacto
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2. Nociones básicas de Acústica
Lni Lnf
Pantalla acústica
Ruido
Además del diseño de la pantalla existen otros factores que contribuyen al buen funcionamiento de las pantallas acústicas como son el flujo de vehículos, los factores ambientales, el diseño de las carreteras, el terreno, etc.
Es muy importante la situación de la pantalla en el espacio, así como la altura de la misma ya que ambos conceptos repercuten en su rendimiento. Para valorar la reducción sonora o la pérdida de inserción de las pantallas acústicas utilizamos los programas y métodos mas avanzados, como el ábaco de Maekawa, el numero de Fresnel o el ábaco de Kurze. Existen dos tipos de aislamiento a la hora de elegir una pantalla acústica:
· Aislamiento por transmisión: depende de la masa del panel. La pérdidas por transmisión aumentan cuanto más aumentemos la masa del panel.
· Aislamiento por absorción: depende de la absorción del panel, es decir depende de la absorción del material que enfrentemos al foco emisor.
2. Nociones básicas de Acústica
Onda difractada Onda reflejada
Onda absorbida
Receptor Emisor Onda trasmitida
