LABORATORIO Nº 2

MEDICION DE AISLACION SONORA EN EDIFICIOS Y EN ELEMENTOS DE EDIFICIOS. NORMA ISO 140 PARTE 4.

Valdivia, 30 de Octubre de 1998

OBJETIVO GENERAL

Medir la Pérdida de Transmisión Sonora Aparente R' de una partición común a dos salas, según el procedimiento de medición descrito en la norma ISO 140 Parte 4.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

• Familiarizarse con el instrumental y técnicas de medición utilizadas en ingeniería acústica.

• Familiarizarse con los aspectos teórico-prácticos del procedimiento de medición descrito en ISO 140 Parte 4.

• Determinar la Pérdida de Transmisión Sonora Aparente R' de una partición que separa dos salas de clases.

• Clasificar la partición en una categoría STC ó ISO 717.

INTRODUCCIÓN

Cuando se propaga una onda sonora en una sala, existirán 2 formas de transmisión de este sonido a una sala contigua, estas son:

Transmisión directa: Transmisión que se produce en la pared divisoria entre ambas salas.

Transmisión por flancos: Transmisión que considera las vías estructurales, y que no contempla la pared divisoria.

El parámetro acústico de mayor importancia, al momento de evaluar la aislación sonora de una sala a otra es, la pérdida de transmisión sonora TL

el cual da cuenta de la caída en dB que existe en una sala receptora respecto del nivel de presión con que se excita la sala emisora.

Medir el TL de la pared divisoria de dos salas en la práctica es muy difícil, al no poder despreciar los efectos de la transmisión por flancos. Es por esto, que en este laboratorio se trató de medir la pérdida de transmisión sonora aparente R', que considera la transmisión por flancos.

EL procedimiento empleado, fue a partir de las indicaciones de la norma

ISO /DIS 140-4 : 1996 - Medidas de terreno de la pérdida de transmisión sonora aérea entre dos salas.

MARCO TEÓRICO

Si tenemos dos salas contiguas de tal forma:

Consideramos la superficie de partición como una fuente extensa

La densidad de energía reverberante se puede obtener a partir de la siguiente ecuación:

DR = 4W/CR = P²/c² ; donde W: potencia de la fuente

R: cte. del local

c: velocidad del sonido

; pero P²/ Po² = 4W c²/RPo²c , si multiplicamos el denominador y el numerador del miembro de la izquierda por Wo y aplicamos Logaritmo en base 10 a ambos lados de la ecuación, obtenemos el nivel de presión reverberante:

Lp=10 log(P²/Po²) = 10 log(4/r) + 10 log(w/Wo) + 10 log (Woc/Po²)

Lp = 10 log(4/R) + Lw +10 log(Wc/Po²)

Ahora si existe una fuente en la sala emisora con una potencia W, la potencia reverberante en esta sala estará dada por:

Wr =(1-)w ; potencia del campo reverberante; donde: , es la absorción media de la sala

Además la potencia incidente en la superficie de partición puede expresarse

W inc =W(1-) Sw w/St  ; donde : Sw: superficie de la pared divisoria o partición

St : superficie total de la sala

w: absorción de la partición, se le asigna

valor 1, es decir como si no existiera pared

Entonces W inc= (W /R1) Sw; donde R1, es la cte. de la sala emisora

y la potencia transmitida a la sala receptora va a ser

W tran = W inc*  ; donde  coeficiente de transmisión de la partición

Entonces la potencia transmitida ala sala emisora es

W tran =(W/R1) Sw 

Por lo tanto el nivel de potencia en la sala receptora será

Lw2 =10 log(W Sw / R1 Wo)

Lw2 =10 log(W/Wo)+ 10 log(Sw/R1) - TL

Ahora, en condiciones de campo difuso en ambas salas, los niveles de presión reverberante en cada sala serán

Lp1 =Lw1+10 log (Woc/ Po²)+10 log(4/R1)!nivel de presión reverberante en la sala emisora

Lp2 =Lw2 +10 log (Woc/ Po² )+10log(4/R2)!nivel de presión reverberante en la sala receptora

Ahora si restamos ambos niveles

Lp1 - Lp2 = TL + 10 log(R2/Sw) = TL - 10 log Sw/(S-2)(1-2)

Si  < 0,2 ! R2 " S* Por lo tanto:

TL =Lp1 - Lp2 +10 log (Sw/A2); donde A2: absorción en la sala receptora

PREDICCION TEORICA DEL TL FIELD (LEY DE LA MASA) DE LA PARTICION ANALIZADA

Como sabemos, el TL field depende fundamentalmente de las propiedades del material usado en la partición, por lo que la nuestra debería constar de 3 partes: 1) la pared misma. 2) la puerta. 3) la composición de pared con pizarra. Pero los valores de densidad superficial, modulo de Young y modulo de rigidez al pliegue de la pizarra que son de vital importancia para la predicción del TL field y su dominio en la ley de masa, no fueron encontrados por lo que no pudimos considerar esta parte como con una pizarra encima de la pared, y consideramos el sistema como una pared de madera con una puerta del mismo material.

Para el calculo de los modos normales la puerta se considero como un panel simplemente soportado y la pared como un panel con extremos fijos.

	Den. Superf.	B	F Critica	0.6*F crit	M. N mas bajo
Pared	78	54925	709.74	425.84	1.53
Puerta	36	5400	922.66	922.66	2.69

Si reemplazamos estos valores en la formula de TL field y graficamos obtenemos la siguiente gráfica:

Intersectando el dominio de frecuencias de la figura anterior tendremos los valores de frecuencias donde podemos hacer una predicción del TL de la partición compuesta a través de la siguiente relación:

TL comp.= 10 Log(( St / (1*S1 +2/S2)))

Estos resultados se entregaran en la conclusión.

INSTRUMENTAL UTILIZADO

• Sonómetro B&K 2209

• Micrófono de Campo Libre B&K 4165 ½” 

• Set de filtros de 1/3 de octava B&K 1616

• Calibrador de sonómetro B&K 4230

• Extensión de Micrófono

• Pedestal

• Fuente de Ruido Blanco

- Altavoz BOSE 802 240 watt

- Amplificador de Potencia HH

- Reproductor de CD HARMAN/KARDON HD7325

• CD de Ruido Blanco

• Ecualizador gráfico 1/3 octava DOD 231 Series 2

• Medidor de tiempo de Reverberación

• Grabador de audio digital DAT TASCAM DA-P1

• Software Spectraplus V 3.0

• PC DIGITAL Venturis 5100 Pentium 100 MHz

• Huincha de medir

• Cables

• Accesorios

DESCRIPCION DEL PROCEDIMIENTO DE MEDICION

Las mediciones se llevaron a cabo en el edificio DAE de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Austral de Chile. En dicho edificio se encuentran dos salas contiguas, separadas por una pared de madera, la cual tiene una puerta que no se encuentra herméticamente cerrada. La sala receptora tiene un pilar de cemento en una de sus esquinas lo que provoca que se considere transmisión por flancos. Ambas salas tienen una ventana con su correspondiente cortina y sus pisos están alfombrados. Tanto el techo como la mitad de la superficie de las paredes son de madera pintada, la otra mitad es de maciza. Cabe destacar que ambas salas se encontraban con sillas y cada una tenía una pizarra de formalita.

Apoyándose en la norma ISO 140 parte 4, el sistema consistió en dos posiciones para la fuente, con tres ubicaciones de micrófonos para cada posición. Se tomaron precauciones en la distancia de la fuente con los limites de la habitación; como esta se debía ubicar en las esquinas opuestas a la pared en estudio, la fuente fue ubicada a 0.5 [m] de las paredes laterales y trasera. Recordemos que la fuente se ubica en las esquinas para así poder excitar la mayor cantidad de modos normales de vibración ( la fuente se instaló sobre una espuma para tratar de simular un sistema antivibratorio).

La distancia entre micrófonos también está normalizada. Entre micrófono y pared debe haber como mínimo 0.5 [m] de separación y entre micrófonos 0.7 [m].Como las posiciones de micrófonos solo eran 3 se trató de que su repartición fuese lo más uniforme posible y no existió problema en hacer cumplir la norma de separación de estos.

1.- La 1ª medición fue la de ruido de fondo. El sonómetro fue usado en modo Lineal-Slow en ambas salas. Enseguida se midió el ruido de fondo por 1/3 de octavas en la sala 2; esto nos ayuda a determinar el nivel de ganancia necesario que debe asignársele al amplificador ( por lo menos 10 dB por encima en la sala 2 ).

Una vez regulado el nivel de ganancia en el amplificador y teniendo mucho cuidado de mantener esta ganancia mientras se estén llevando a cabo las mediciones, se procede a reproducir Ruido Blanco en la sala emisora, midiendo niveles en cada posición de micrófonos tanto en la sala emisora como receptora. Todo esto fue apoyado por el ecualizador gráfico , el cual nos permitió atenuar las bandas no necesarias. Recordemos que la medición es por 1/3 de octavas.

Lugo de hacer todas las mediciones cambiamos la fuente de posición hacia otra de las esquinas y repetimos todas las mediciones.

El montaje utilizado fue el siguiente:

Fig. 1 Planta de Salas DAE con montaje

Las dimensiones internas de las salas son:

Sala1 : L = 7.82[m] , A = 3.86[m] , H = 2.72[m]

Sala2 : L = 7.82[m] , A = 4.83[m] , H = 2.72[m]

Obs : En la sala 2 no fue considerado el pilar cuyas dimensiones son 0.44*0.44*0.44 [m^3] en la sala.

Por lo anterior se concluyó que la superficie Sw tiene como dimensiones H = 2.76 [m] , A = 7.32[m].

Los resultados obtenidos para la sala emisora son los siguientes:

Tabla de valores para sala 1

SALA 1			1ª posición			2ª posición
Hz	R. Fondo [dB]	mic.1[dB]	mic.2 [dB]	mic.3 [dB]	mic.1[dB]	mic.2 [dB]	mic.3 [dB]	Lp prom. Esp.1
100	35	91	83	82	89	90	85	87.93
125	35	84	92	86	91	89	89	89.28
160	36	86.5	85	80	89	88	82	86.10
200	35	81	80	79	81	80	78	79.96
250	35	86	84	84	86	88	86	85.89
315	32	90	89	87	87.5	88	90	88.74
400	34	88	88	85	88	87	89	87.66
500	30	85.5	85	86	84	82	84	84.60
630	30	78	79	78	76	81	80	78.95
800	32	77	77	79	77	77	77	77.40
1000	35	84	84	84	83	85	84	84.04
1250	26	88	86	87	84	87	88	86.86
1600	20	89	89	89	89	90	90	89.36
2000	22	91	91	91	89	91	94	91.43
2500	15	95.5	94	94	95.5	96	97	95.46
3150	18	93.5	93	92	94	94	93	93.30
4000	15	93	92	91	92.5	93	95	92.93
5000	20	96	95	94	95	98	96.5	95.95
Obs:	ruido de fondo medi-
	do en slow-lineal 53
	a 60 dB

OBS:

El promedio espacial 1 que aparece en la tabla corresponde a la suma energética de las 6 mediciones efectuadas en la sala emisora. El promedio espacial 2 que aparecerá en la tabla de valores de la sala 2 corresponderá a la suma energética de las 6 mediciones de la sala receptora.

Debemos agregar que nosotros usamos 2 posiciones de fuente de ruido y 3 posiciones de micrófono por cada posición de fuente., pero también se puede usar una sola posición de fuente pero ubicando el micrófono en 5 puntos de la sala.

Los resultados obtenidos para la sala receptora son los siguientes:

Tabla de valores para la sala 2

SALA 2			1ª posición			2ª posición
Hz	R.Fondo [dB]	mic.1[dB]	mic.2 [dB]	mic.3 [dB]	mic.1[dB]	mic.2 [dB]	mic.3 [dB]	Lp prom. Pos,1
100	27	67	68	64	65	67	64	66.11
125	37	66	63	68	64	68	68	66.60
160	45	70	68	65	67	64	61	66.73
200	40	59	60	59	49	53	52	57.03
250	37	58	63	59	61	63	59	60.95
315	36	64	64	64	59.5	61	63	62.89
400	35	50	61	58	58	58	57	57.96
500	35	54	53	54	51	52	53	52.96
630	37	48	45	45	44	46	45	45.70
800	20	42	45	44	43	44	43	43.61
1000	17	52	52	52	51.5	49	49	51.11
1250	16	52	50	51	50	50	49.5	50.50
1600	16	50	49	50	49	49.5	50	49.61
2000	22	54	52	51	48	47	47	50.66
2500	17	58	56	55	53	53	52.5	55.06
3150	16	52	51	51	48.5	49	49	50.28
4000	16	48	48	46	45	45	45	46.38
5000	15	45	44	44	44	44	43	44.04
Obs:	45-53 [dB] Lineal-
	Slow.

Los niveles para cada micrófonos en las dos posiciones de fuente para ambas salas se reflejan en las siguientes gráficas:

2.- Enseguida fue medido el T60 de la Sala 2 por 1/3 de octavas. El montaje fue el siguiente:

Se comienza a grabar en el DAT mientras ya esta sonando el ruido blanco en la sala, el que prolongamos por 5 segundos, al cabo de los cuales callamos la fuente para grabar el decaimiento de sonido en la sala receptora por otros 5 segundos. Este procedimiento se practico para las 18 bandas analizadas y teniendo especial cuidado con que el DAT no saturara. De todos modos nos encontramos saturaciones como la mostrada en la siguiente serie de tiempo de spectra plus las atribuimos al traspaso de DAT a computador. Se tomaron precauciones con respecto a la saturación de la entrada del DAT. Analizando el decaimiento en Spectra Plus se observó que bastantes grabaciones se encontraban en saturación.

Serie de tiempo para el decaimiento de sonido en sala receptora:

Existieron muy pocas mediciones en que no existió este problema. Se quiere acentuar que en el momento de hacer las mediciones se tomaron las precauciones para que el DAT no se saturara.

Una vez obtenidas las mediciones de Spectra Plus se procedió a medir el T60 de cada banda. Al tener estos valores fue calculada la absorción para cada banda y así R'. Los resultados son los siguientes:

SALA 2
Hz	T60	A2 (m^2 sabine)	R'
100	0.58	28.52	23.04
125	0.915	18.08	25.88
160	0.639	25.89	21.02
200	0.78	21.21	25.44
250	1.05	15.75	28.73
315	0.8	20.68	28.46
400	1.07	15.46	33.58
500	1.03	16.06	35.35
630	0.936	17.67	36.55
800	0.96	17.23	37.21
1000	0.77	21.48	35.37
1250	1.06	15.60	40.20
1600	0.86	19.23	42.68
2000	0.77	21.48	43.22
2500	0.82	20.17	43.13
3150	0.7	23.63	45.06
4000	0.77	21.48	49.00
5000	0.68	24.33	53.82

Con esta tabla podemos construir el gráfico de frecuencia v/s absorción:

La Perdida de Transmisión Aparente v/s frecuencia comparada con la curva de contorno STC se refleja en la siguiente gráfica:

CONCLUSIONES Y SUGERENCIAS

• Por los niveles de presión obtenidos tanto en la sala emisora como en la receptora, podemos concluir que la sala emisora tiene absorción máxima en las bandas de tercios de octava de 630 Hz y 800 Hz.

• Las mediciones se hicieron con ruido blanco, ya que se trabajó con un rango de frecuencia corto de medición, en tal caso la distribución del nivel no es plana en bandas de tercios para ruido rosa.

• No es práctico comparar el TL obtenido a partir de la Ley de la Masa con el obtenido en forma experimental, ya que este último es el aparente y que considera la transmisión por flancos, además el rango de frecuencia obtenido a partir del modo normal más bajo y 0,6 veces la frecuencia crítica de cada material es muy corto y se ubica en el sector de bajas frecuencias, en este rango es valida la Ley de la Masa y fuera de él no se puede efectuar una predicción.

- El altavoz debería estar ubicado sobre un montaje antivibratorio mas efectivo.

• El TL field-compuesto de la partición, considerándola compuesta por pared y puerta ( por razones que se detallan en las fuentes de error), fue determinado para el rango de frecuencias que se eligió tomando el modo normal mas alto entre los dos materiales que componen la partición, y la frecuencia crítica más baja entre los dos materiales, es decir determinamos un dominio en la frecuencia donde nos aseguramos que es válida la Ley de la Masa.

Para este efecto calculamos los siguientes valores de el TL field-comp:

TL field-comp(8,01 Hz) = 9,03 dB

TL field-comp(426,05 Hz) = 41,68 dB,

Luego se traza una recta que nos determina el TL field-comp, para todas las frecuencias en que, claro esta, es válida la Ley de la Masa.

DISCUSIÓN DE LAS FUENTES DE ERROR

• El tiempo de reverberación se obtuvo por bandas de tercios de octava y se hizo una sola medición y no 6 como señala la norma, también se usó el software spectra plus para el cálculo del tiempo de reverberación, esto induce un considerable error, por el hecho que la recta de decaimiento se ubica en forma arbitraria por quien esta ejecutando el programa.

• La inestabilidad de la aguja del sonómetro , nos obligo a asignar un valor

arbitrario al nivel leído en el instrumento.

- En los resultados teóricos hubo una fuente de error debido a que la superficie

de partición tenía distintos materiales y por los dos lados, en este caso se

tomo en cuenta la superficie como una partición compuesta entre una puerta

y pared.

- La saturación de la señal obtenida en la sala receptora al medir el decaimiento

de la energía en la sala , estaba saturada al procesarla por spectra plus, lo

que puede haber afectado el calculo del tiempo de reverberveracion