Ruido de aeronaves: nivel efectivo de ruido percibido

Normas aplicables: ICAO Annex 16 Doc 9501 IEC 61265 SAE ARP 5534 SAE ARP 866B

El nivel efectivo de ruido percibido (EPNL) es la métrica de certificación acústica de las aeronaves de transporte. Condensa una historia temporal espectral de tercio de octava (cada medio segundo) de un sobrevuelo en un único número, en EPNdB, mediante cinco pasos del Anexo 16 de la OACI, Vol. I, Apéndice 2. Esta página cubre las cuatro primitivas que construyen la métrica y el verificador de sistema de medida IEC 61265. Cada magnitud se valida contra los ejemplos resueltos del Manual Técnico Ambiental (ETM) Vol. I, Doc 9501 de la OACI.

Cada nivel de certificación de esta página se exige en uno de los tres puntos de referencia que el Anexo 16 fija alrededor de la pista, así que conviene verlos antes de las matemáticas.

Los tres puntos de certificación de ruido del Capítulo 3 del Anexo 16 de la OACI, en planta y alzado con la misma escala de distancias: una línea lateral de referencia paralela a la pista a 450 m donde el ruido de despegue es máximo, con un punto simétrico al otro lado; el punto de sobrevuelo sobre la prolongación del eje a 6 500 m del inicio del recorrido de despegue, bajo la subida inicial; y el punto de aproximación a 2 000 m del umbral, 120 m bajo la senda de 3 grados que corta el suelo 300 m más allá del umbral; los micrófonos van a 1,2 m del suelo y la métrica en los tres puntos es el EPNL en EPNdB

Tres puntos, porque un avión de transporte es ruidoso de tres maneras distintas. El punto lateral, sobre una línea a 450 m del costado de la pista y situado donde el ruido de despegue es máximo (§3.3.1 a), recoge el empuje de despegue completo con un ángulo de elevación bajo, que es donde más pesan el efecto suelo y la instalación de los motores. El punto de sobrevuelo, a 6,5 km del inicio del recorrido de despegue sobre la prolongación del eje, recoge el avión después de la reducción de empuje, que es el caso de la población. El punto de aproximación, 2 000 m antes del umbral y 120 m por debajo de la senda de 3°, recoge una condición a baja potencia dominada por la estructura del avión y por el ventilador. Los tres se puntúan con el EPNL de esta página, pero los límites son distintos y no son números sueltos: el Capítulo 3 §3.4 los fija como rectas que crecen con la masa máxima de despegue certificada, 101 EPNdB en sobrevuelo para un bimotor de 385 000 kg o más, 104 para un trirreactor y 106 para cuatro motores o más, frente a 103 en lateral y 105 en aproximación en lo alto de sus propios intervalos de masa, así que un mismo EPNL puede cumplir en un punto e incumplir en otro. El micrófono va a 1,2 m del suelo en todos los puntos, que es la razón por la que la sección de medida de más abajo se preocupa tanto de la incidencia rasante.

Ruidosidad percibida y PNL

Cada uno de los 24 niveles de banda de tercio de octava (50 Hz–10 kHz) se convierte en una ruidosidad percibida en noys mediante la ley analítica a trozos de la Tabla A2-3, y se combinan en la ruidosidad total $N = 0, 85 n_{m a x} + 0, 15 \sum n$ y el nivel de ruido percibido $PNL = 40 + (10/ lo g_{10} 2) lo g_{10} N$ .

El noy es una escala lineal de ruidosidad percibida: dos noys pretenden ser el doble de ruidosos que uno, y eso es lo que permite combinar las bandas aritméticamente en lugar de energéticamente. La conversión por banda es lineal a trozos en nivel, con pendientes que cambian de banda a banda, así que los mismos 70 dB valen muchos más noys en 3 kHz que en 63 Hz: la ley lleva dentro la sensibilidad del oído igual que lo hace una línea isofónica, pero calibrada sobre juicios de ruidosidad y no de sonoridad. La regla de combinación es un enunciado de enmascaramiento, no una suma energética: la banda más ruidosa por sí sola se lleva el 85 % del total y a todo lo demás junto se le atribuye el 15 %, que es la razón por la que un solo tono de ventilador puede dominar un espectro que sobre el papel es de banda ancha. El logaritmo consigue después una magnitud con aspecto de nivel: con $PNL = 40 + 33, 22 l g N$ , un noy son 40 PNdB y cada duplicación de la ruidosidad total suma exactamente 10 PNdB. Trae consigo dos límites. La ley solo está tabulada para las 24 bandas de 50 Hz a 10 kHz, así que la energía fuera de ese intervalo es invisible para el EPNL por construcción; y los sobrevuelos típicos de transporte en los puntos de certificación caen entre unos 90 y 110 PNdB, que es la escala contra la que hay que leer un PNL impreso.

from phonometry import aircraft

noys = aircraft.perceived_noisiness(spl)      # noys por banda (spl = 24 niveles, dB)
pnl = aircraft.perceived_noise_level(spl)      # PNdB

Corrección tonal

Un tono puro se juzga mucho más ruidoso que la misma energía repartida por su banda de tercio de octava, así que las irregularidades espectrales (tonos de ventilador y de turbina) se penalizan con una corrección tonal $C$ . El método de pendientes («encircling») reconstruye qué aspecto tendría el espectro sin el tono suavizando las pendientes de banda a banda hasta un fondo $SPL^{''}$ , de modo que el exceso $F = SPL - SPL^{''}$ es una magnitud que solo contiene el tono. Por encima de 1,5 dB se lleva a un factor de corrección con la regla de la Tabla A2-2, y se toma el máximo sobre las bandas:

Banda	$F < 3$ dB	$3 \leq F < 20$ dB	$F \geq 20$ dB
50 Hz-400 Hz y 6,3-10 kHz	$F /3 - 0, 5$	$F /6$	$3 \frac{1}{3}$ dB
500 Hz-5 kHz	$2 F /3 - 1$	$F /3$	$6 \frac{2}{3}$ dB

La rama de frecuencias medias penaliza el doble un tono, que es la razón por la que un tono de ventilador de 2500 Hz domina la corrección de un espectro de turbofán. La implementación reproduce exactamente el ejemplo del turbofán de la Tabla 3-7 del ETM Vol. I del Doc 9501 de la OACI ( $C = 2, 0 dB$ en 2500 Hz).

El método trae dos trampas. Un espectro rizado pero sin tonos puede producir una corrección, que la propia norma permite rechazar tras un reanálisis en banda estrecha (§4.3.1, paso 10). Y un tono que cae entre dos bandas reparte su exceso, de modo que la corrección en bruto sale demasiado pequeña; el ajuste por compartición de banda $Δ_{B}$ , el defecto de $C$ en el registro de $PNLTM$ frente a la media de los registros que quedan a menos de un segundo de él, lo devuelve antes de localizar la ventana de 10 dB por debajo.

from phonometry import aircraft

c = aircraft.tone_correction(spl)              # dB; se suma al PNL para dar PNLT
# start_band=2 (80 Hz) es el inicio de análisis para avión; un procedimiento de
# helicóptero empieza en 50 Hz, que es lo que selecciona procedure="helicopter"
# en effective_perceived_noise_level más abajo.

Medir el sobrevuelo

Lo que entra en la cadena es una historia temporal de niveles de presión acústica de tercio de octava sin ponderar: 24 bandas con frecuencias centrales nominales de 50 Hz a 10 kHz, un espectro cada 500 ms ± 5 ms (Ap. 2 §3.7.2). Esa cadencia está prescrita, y la duración de referencia de 10 s de la métrica de más abajo se fija con independencia de ella, que es de donde sale la constante de 13 dB del caso uniforme. Quien llegue con datos ponderados A, o con una cadencia de 1 s, obtiene un número de aspecto verosímil que no es un EPNL.

Una estación de medida para la certificación de ruido del Apéndice 2 del Anexo 16 de la OACI. El alzado del emplazamiento muestra la aeronave sobre su trayectoria de vuelo de referencia con el trayecto oblicuo dibujado hasta un micrófono, un cono libre de obstáculos de 80 grados de semiángulo en torno a la vertical dibujado como dos rayos discontinuos, con un árbol fuera de él y otro más alto que lo invade marcado como emplazamiento rechazado, un sensor de seguimiento independiente que apunta a la aeronave, y un mástil meteorológico de 10 metros con un anemómetro y un sensor de temperatura y humedad, anotado como situado a menos de 2000 m de la estación. Un detalle a mayor escala dibuja el propio micrófono: el elemento sensor a 1,2 m sobre el suelo local dentro de una pantalla antiviento cuya pérdida por inserción se mantiene dentro de más menos 1,5 dB y se corrige, con el rayo que llega. Una vista en planta muestra el eje de la cápsula perpendicular al plano de la trayectoria de vuelo, de modo que todo rayo llega a 90 grados, rasante, junto a un recuadro que dice 24 bandas de tercio de octava de 50 Hz a 10 kHz, una muestra cada 500 ms más menos 5 ms. El pie da la ventana de ensayo del avión: sin precipitación, de menos 10 a 35 grados Celsius y del 20 al 95 por ciento de humedad relativa sobre el trayecto por encima de 10 m, atenuación en 8 kHz no mayor de 12 dB por cada 100 m, viento no mayor de 6,2 metros por segundo de media y 7,7 de pico, viento cruzado no mayor de 3,6 y 5,1; la ventana del helicóptero de 5,1 y 2,6 metros por segundo; y al menos seis pasadas válidas por punto de medida con un límite de confianza del 90 por ciento que no supere más menos 1,5 EPNdB

La estación que produce esos espectros está fijada apartado por apartado.

El micrófono. El elemento sensor va a 1,2 m sobre el suelo local y se orienta a incidencia rasante, con el elemento sustancialmente en el plano que definen la trayectoria de vuelo de referencia prevista y la estación (§3.5.2); en la práctica el eje de la cápsula apunta cruzando la traza, de modo que el sonido llega a 90° de él durante todo el sobrevuelo. Su nivel de sensibilidad en campo libre debe mantenerse dentro de ±1,0 dB del valor a la frecuencia de comprobación de la calibración entre 50 Hz y 5 kHz, y dentro de ±2,0 dB en 6,3, 8 y 10 kHz (§3.5.3), y su respuesta direccional debe cumplir la Tabla A2-1 (§3.5.4). La pérdida por inserción de la pantalla antiviento debe quedar dentro de ±1,5 dB en ese mismo intervalo a incidencia rasante (§3.4) y se corrige.
El emplazamiento. Terreno relativamente llano y sin absorción acústica excesiva, es decir, sin hierba espesa, apelmazada o alta, ni matorral ni arbolado, y sin ningún obstáculo que influya de forma apreciable en el campo sonoro dentro de un cono de 80° de semiángulo en torno a la vertical que pasa por el micrófono (§2.2.1). Quienes toman la medida cuentan como obstáculos.
La ventana. Para aviones: sin precipitación; de −10 °C a 35 °C y del 20 % al 95 % de humedad relativa sobre el trayecto de propagación entre 10 m y la aeronave; el coeficiente de atenuación en 8 kHz no mayor de 12 dB/100 m sobre ese trayecto; viento medio a 10 m no mayor de 6,2 m/s con un máximo de 7,7 m/s, y viento cruzado medio no mayor de 3,6 m/s con un máximo de 5,1 m/s (§2.2.2.4.1). Para helicópteros los límites de viento se aprietan a 5,1 m/s y 2,6 m/s, y los límites de temperatura y humedad se aplican solo a 10 m. La temperatura, la humedad, la velocidad y la dirección del viento se miden a 10 m sobre el suelo y a menos de 2 000 m del punto de medida de ruido (§2.2.2.2).
El seguimiento. La posición de la aeronave se determina mediante un método independiente de la instrumentación de vuelo de cabina y sincronizado en el tiempo con el registro acústico al menos durante el intervalo en que el ruido está a menos de 10 dB del $PNLTM$ (§2.3.1-2.3.2), que es la ventana sobre la que integra la métrica.
La repetición. Al menos seis pasadas válidas por punto de medida, y la muestra debe ser lo bastante grande como para que el límite de confianza del 90 % sobre la media no supere ±1,5 EPNdB (§5.4.2).

EPNL

A lo largo del sobrevuelo, $PNLT = PNL + C$ y su máximo es $PNLTM$ . La métrica convierte el nivel corregido por tonos de vuelta a energía, la suma sobre los registros comprendidos entre los dos puntos de 10 dB por debajo y la divide por una duración de referencia fija $t_{0} = 10 s$ (Ap. 2 §4.6),

EPNL = 10 l g [\frac{1}{t _{0}} k \sum 1 0^{PNLT (k) /10} Δ t_{k}],

de modo que el EPNL es el nivel de una exposición hipotética de 10 s que lleva la misma energía ponderada por ruidosidad que el suceso real. Para la cadencia uniforme de medio segundo esto se reduce a $10 l g \sum 1 0^{PNLT (k) /10} - 13$ , donde los 13 dB son $- 10 l g (0, 5/10)$ . La duración de referencia fija es lo que hace de $D = EPNL - PNLTM$ una corrección y no una integral: un sobrevuelo que se queda cerca de su máximo mucho más de 10 s puntúa por encima del $PNLTM$ , y uno que pasa de largo puntúa por debajo. En el ejemplo de la Tabla 4-4 del ETM Vol. I el máximo es $PNLTM = 97, 40$ PNdB, la ventana de 10 dB por debajo va del registro 4 al 28 de 31 y abarca 10,2 s de incrementos, y el resultado es $D = - 4, 78$ dB y $EPNL = 92, 62$ EPNdB, un pelo por debajo del $PNLTM$ porque la ventana es apenas más larga que la duración de referencia.

Esa cadena tiene un orden, y el orden es justo lo que una historia temporal ya terminada no puede enseñar. La corrección tonal se mide sobre cada espectro según llega, un registro cada vez, ajustando un fondo bajo el espectro y leyendo el exceso del tono sobre él; la ventana de 10 dB por debajo, en cambio, no se puede situar hasta que la pasada entera ha terminado, porque sus dos bordes se definen respecto a un máximo que no se conoce hasta haber tomado el último registro. El clip recorre un sobrevuelo sintético en ese orden:

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El EPNL no es un nivel máximo, y no se calcula en el orden en que se escribe. La corrección tonal es una medida por registro que se hace mientras la aeronave todavía está pasando, pero la ventana de 10 dB por debajo es retrospectiva: sus bordes se definen a partir de un máximo que solo existe una vez terminado el suceso, y por eso un resultado de certificación no se puede leer de un instrumento en tiempo real.

Descargar la animación (WebM)

Historia temporal del nivel de ruido percibido de un sobrevuelo de aeronave: PNL y el PNLT corregido por tonos en función del tiempo, con el máximo PNLTM marcado y la ventana de integración de 10 dB por debajo sombreada, anotada con el EPNL resultante y la corrección por duración

Dos correcciones, las dos a la vista. La separación entre el PNL y el PNLT es la corrección tonal, que aquí vale 3,97 dB en el máximo porque un tono de ventilador de 2500 Hz sobresale de sus bandas vecinas, y por eso el $PNLTM$ = 120,57 PNdB queda por encima de los 116,61 PNdB a los que llega el PNL a secas. La ventana sombreada de 10 dB por debajo abarca del registro 16 al 24, unos 4 s, muy lejos de los 10 s de la referencia fija, así que la corrección por duración es $D = - 6, 56$ dB y el $EPNL$ = 114,01 EPNdB cae por debajo del máximo. Un sobrevuelo más lento con el mismo máximo puntuaría por encima.

from phonometry import aircraft

# spectra: un array (K, 24) de niveles de tercio de octava muestreado cada dt s
res = aircraft.effective_perceived_noise_level(spectra, dt=0.5)
print(res.epnl, res.pnltm, res.duration_correction, res.band_limits)
res.plot()   # historia temporal PNL/PNLT (requiere matplotlib)

effective_perceived_noise_level devuelve un EPNLResult con el pnl por registro, la tone_correction, el pnlt, el máximo pnltm, el bandsharing_adjustment, la duration_correction, el epnl y los band_limits de 10 dB por debajo. Su argumento procedure= arranca el análisis en 80 Hz para un avión (el valor por defecto) y en 50 Hz para un helicóptero, y dt puede ser un array por registro en lugar de un escalar, que es por donde entran los incrementos variables del método integrado. El ejemplo del método integrado en condiciones de referencia de la Tabla 4-4 del ETM Vol. I, que es otra historia temporal de certificación distinta y real, con incrementos de entre 0,395 s y 0,431 s, se reproduce como $EPNL = 92, 6 EPNdB$ .

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import numpy as np
from phonometry import aircraft

k, dt = 41, 0.5
idx = np.arange(k)
shape = 15.0 * np.exp(-((np.log10(aircraft.NOY_BANDS) - np.log10(400.0)) ** 2) / 0.5)
gain = 30.0 * np.exp(-((idx - 20.0) ** 2) / (2 * 5.0**2)) - 5.0
spectra = (55.0 + shape)[None, :] + gain[:, None]
spectra[:, 17] += 12.0 * np.exp(-((idx - 20.0) ** 2) / (2 * 6.0**2))  # tono de ventilador 2500 Hz
aircraft.effective_perceived_noise_level(spectra, dt).plot(language="es")

Informe EPNL de la OACI (`.report()`)

EPNLResult.report(path) renderiza una ficha PDF de una página con el formato de una hoja de características de certificación de ruido de aeronaves: la línea de base normativa (Anexo 16 de la OACI, Vol. I, Apéndice 2), un bloque opcional de metadatos de cabecera al estilo TCDSN (aeronave, fabricante / titular del certificado de tipo, solicitante, punto de medida), una tabla de métricas de las magnitudes intermedias informativas (el máximo $PNLTM$ , la corrección por duración $D$ , la ventana de registros de 10 dB por debajo y, cuando no es cero, el ajuste por compartición de banda) sobre la gráfica apaisada a todo el ancho de $PNLT$ frente al tiempo (el propio .plot() del resultado), el número único $EPNL = X EPNdB$ en caja, una fila de veredicto Nivel | Límite | Margen cuando se aporta un límite de certificación, una franja estática de condiciones de referencia (25 °C, 70 % HR, nivel del mar, viento nulo, ISA) y un pie con el descargo fijo. Usa el mismo contenedor ReportMetadata y el mismo motor de renderizado que la ficha de aislamiento de ISO 717; un requirement aportado se lee como el límite de certificación EPNL en EPNdB (el EPNL cumple si es igual o inferior), y metadata=None produce una ficha de predicción ligera sin fila de veredicto. El renderizado necesita reportlab y, para la figura que incrusta la ficha, matplotlib (pip install "phonometry[report,plot]"); solo se admite engine="reportlab". La ficha se genera en inglés por defecto; pasa language="es" para una ficha en español (cadenas fijas traducidas y coma como separador decimal), p. ej. res.report("epnl_fiche_es.pdf", language="es"). La ficha es un resultado EPNL calculado y no es un certificado oficial de ruido de un Estado; no reproduce ningún TCDSN.

from phonometry import effective_perceived_noise_level, ReportMetadata

# spectra: un array (K, 24) de niveles de tercio de octava muestreado cada dt s
res = effective_perceived_noise_level(spectra, dt=0.5)
res.report(
    "ficha_epnl.pdf",
    metadata=ReportMetadata(
        specimen="Transporte bimotor turbofán de ejemplo",
        manufacturer="Empresa Aeronáutica de Ejemplo",
        measurement_standard="ICAO Annex 16 Vol I Amendment 14 Chapter 4",
        laboratory="Laboratorio de referencia Phonometry",
        requirement=101.0,          # límite de certificación EPNL (EPNdB)
    ),
)                                   # EPNL (EPNdB) con PNLTM y D

La ficha de ejemplo se regenera con make reports y se conserva renderizada en el repositorio; pulsa la vista previa para abrir el PDF. Está renderizada a partir de su propio sobrevuelo sintético, más silencioso (EPNL 98,3 EPNdB), y no de los espectros de la figura de arriba: si pasas esos por la misma llamada, la ficha informa de 114,0 EPNdB y de un NO CUMPLE frente a ese mismo límite de 101 EPNdB, que es la fila de veredicto haciendo su trabajo.

Informe de ejemplo EPNL del Anexo 16 de la OACI (PDF) — Ficha de certificación EPNL del Anexo 16 de la OACI (EPNLResult.report), EPNL en EPNdB con PNLTM y la corrección por duración D.

De un sobrevuelo medido a un nivel de certificación

Lo que ha calculado la sección anterior es el EPNL del vuelo tal como se voló, el día en que se voló. Un nivel de certificación es esa misma magnitud trasladada a un día de referencia fijo, con presión al nivel del mar de 1 013,25 hPa, 25 °C al nivel del mar con el gradiente de la Atmósfera Estándar de la OACI, 70 % de humedad relativa y viento nulo (Capítulo 3 §3.6.1.5), y a una trayectoria de vuelo de referencia fija. El §8 del Apéndice 2 es ese traslado, y es la mitad que falta de la cadena.

En el método simplificado (§8.3) cada banda del espectro de $PNLTM$ se lleva al día de referencia con

SPL_{R} (i) = SPL (i) + 0, 01 [α (i) - α_{R} (i)] Q K + 0, 01 α_{R} (i) (Q K - Q_{r} K_{r}) + 20 l g \frac{Q K}{Q _{r} K _{r}},

que cambia el coeficiente de absorción del día de ensayo por el de referencia sobre el trayecto medido, reabsorbe sobre la longitud de trayecto corregida y aplica un término de inverso del cuadrado por el cambio de longitud de trayecto (§8.3.2.1). El espectro ajustado se vuelve a pasar por la ley de noys y por la corrección tonal, se devuelve el ajuste por compartición de banda del día de ensayo, y la diferencia $Δ_{1} = PNLTM_{R} - PNLTM$ es uno de los cuatro términos que se suman al EPNL medido:

EPNL_{R} = EPNL + Δ_{1} + Δ_{peak} + Δ_{2} + Δ_{3}

(§8.3.6). $Δ_{peak}$ se ocupa de una cresta secundaria que quede a menos de 2 dB del $PNLTM$ y que exceda el máximo ajustado (§8.3.3); $Δ_{2} = - 7, 5 l g (Q K / Q_{r} K_{r}) + 10 l g (V_{G} / V_{GR})$ es el cambio de duración por la longitud de trayecto y la velocidad respecto al suelo (§8.3.4); y $Δ_{3}$ corrige la diferencia entre los parámetros operacionales de propulsión del vuelo de ensayo y los especificados para la condición de referencia, a partir de las curvas de sensibilidad del fabricante (§8.3.5). El §8.2.3 fija cuándo el método simplificado no basta y hay que usar en su lugar el método integrado: una discrepancia en sobrevuelo por encima de 8 EPNdB, una discrepancia en aproximación por encima de 4 EPNdB, o un resultado a menos de 1 EPNdB del límite del Capítulo 3.

La biblioteca aporta los ingredientes y no la contabilidad. air_attenuation y sae_band_attenuation, más abajo, son exactamente los $α (i)$ y $α_{R} (i)$ de los dos primeros términos, y la maquinaria del EPNL vuelve a pasar un espectro ajustado con la misma facilidad que uno medido; la geometría de la trayectoria $Q K / Q_{r} K_{r}$ y los cuatro términos $Δ$ en sí no están implementados. Primero se ajusta y luego se informa: el EPNL que devuelve esta página es un valor del día de ensayo, y un veredicto de requirement solo es un veredicto de certificación una vez aplicado el §8.

Verificación del sistema de medida (IEC 61265)

verify_aircraft_noise_system comprueba el rendimiento medido contra las tolerancias de la IEC 61265:1995: los límites de respuesta direccional del micrófono (Tabla 1, idéntica a la Tabla A2-1 del Anexo 16) y los límites escalares de respuesta en frecuencia, linealidad y resolución.

Los argumentos son datos medidos, no parámetros de configuración. La clave exterior de directional es una frecuencia central de tercio de octava en hercios; la clave interior es el ángulo de incidencia del sonido en grados respecto al eje principal del micrófono; y el valor es la diferencia de nivel de sensibilidad en campo libre en decibelios respecto a 0°, incidencia normal, medida con ondas sinusoidales en campo libre. En 4 kHz los límites son 0,5 / 1,0 / 2,0 / 2,5 / 2,5 dB en 30 / 60 / 90 / 120 / 150°, así que el ejemplo de abajo cumple con margen. Esa comprobación importa porque el avión barre un intervalo amplio de ángulos de incidencia mientras el micrófono se queda quieto, y toda la estación está construida en torno a un sonido que llega a pocos grados de la rasante. Los valores de frequency_response son desviaciones en decibelios respecto al nivel a la frecuencia de comprobación de la calibración, en la dirección de referencia.

Los datos salen de un giro del micrófono en campo libre anecoico con su pantalla antiviento puesta, o de una respuesta por actuador más las correcciones de campo libre del suministrador; la mitad eléctrica sale de inyectar una sinusoide de baja distorsión a menos de 5 dB del nivel de calibración e ir escalonándola en intervalos de 5 dB, afinados a 1 dB alrededor de los extremos del margen lineal y del punto de sobrecarga. El ensayo periódico se hace y se informa en un entorno controlado (19-25 °C, 100-102 kPa, 40-70 % de humedad relativa) con un calibrador trazable a patrones nacionales. report["passed"] se lee como un veredicto sobre los datos que has aportado: una comprobación fallida invalida los datos de certificación, no es una corrección que aplicar. La conformidad de los filtros de banda es asunto aparte: el §3.7.3 del Anexo 16 exige clase 1 de IEC 61260, y la clase 2 solo se admite si la autoridad certificadora lo permite, y la verificación de filtros de la propia biblioteca es donde eso se comprueba.

from phonometry import aircraft

report = aircraft.verify_aircraft_noise_system(
    directional={4000.0: {30: 0.4, 60: 0.9, 90: 1.9, 120: 2.4, 150: 2.4}},
    frequency_response={1000.0: 1.2},
)
print(report["passed"], report["checks"])

Absorción atmosférica (SAE ARP 5534)

Corregir un sobrevuelo medido a condiciones atmosféricas de referencia requiere la atenuación en bandas de tercio de octava sobre el trayecto. El coeficiente de tono puro es el de ISO 9613-1 (idéntico, según ARP 5534 §3.1) que da air_attenuation; sae_band_attenuation añade el método SAE (ARP 5534 §3.2.2) que mapea la atenuación de trayecto de tono puro medio de banda $δ_{t} = α s$ a la atenuación de banda $δ_{B}$ , coherente con el método exacto mucho más allá del límite de 50 dB del método aproximado.

Absorción atmosférica aeronáutica frente a la frecuencia para dos distancias; la atenuación de banda del método SAE queda por debajo del valor de tono puro medio de banda a alta absorción

La línea continua es la banda y la discontinua el tono puro en el centro de banda, y las dos solo coinciden donde la absorción es pequeña. A 1 km la diferencia es de 0,18 dB en la banda de 4 kHz y de 10,78 dB en la de 10 kHz; a 7 620 m es de 29,95 dB en 4 kHz y de 167,97 dB en 10 kHz, frente a un valor medio de banda de 753,92 dB. Las dos son la misma atmósfera de 25 °C y 70 % HR: la diferencia está en que una banda conserva la energía de su borde inferior mucho después de que su frecuencia central se haya ido.

Una banda de tercio de octava no es un tono. El coeficiente de absorción sube con fuerza con la frecuencia, así que el borde inferior de una banda se atenúa mucho menos que su frecuencia central, y a medida que el trayecto se alarga la energía de banda que sobrevive la lleva casi entera esa mitad inferior. La atenuación de banda se va quedando por tanto cada vez más atrás del valor de tono puro, que es lo que muestran las dos curvas: a 1 km son indistinguibles por debajo de unos pocos kilohercios y solo se separan en lo alto del intervalo, mientras que a 7 620 m la diferencia en alta frecuencia es grande, que es justo el régimen que el antiguo método aproximado de ARP 866B, limitado a 50 dB, no podía seguir. La consecuencia para el §8 es directa: corregir un sobrevuelo a condiciones de referencia con el coeficiente de tono puro exagera la corrección en alta frecuencia, y con ella el EPNL del día de referencia.

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import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np
from phonometry import aircraft

freqs = 1000.0 * 10.0 ** (np.arange(-13, 11) / 10.0)   # tercios 50 Hz-10 kHz
fig, ax = plt.subplots()
# continua: atenuación de banda SAE, discontinua: tono puro medio de banda
for s in (1000.0, 7620.0):
    att = aircraft.sae_band_attenuation(freqs, s, temperature=25.0, relative_humidity=70.0)
    line, = ax.semilogx(att.frequency, att.band_attenuation, marker="o",
                        markersize=3, label=f"Banda SAE ({s:.0f} m)")
    ax.semilogx(att.frequency, att.midband_attenuation, "--", alpha=0.6,
                color=line.get_color())
ax.set(xlabel="Frecuencia [Hz]", ylabel="Atenuación [dB]",
       title="Absorción atmosférica aeronáutica a 25 °C, 70% HR")
ax.grid(True, which="both", alpha=0.3)
ax.legend()
plt.show()

import numpy as np
from phonometry import aircraft

freqs = 1000.0 * 10.0 ** (np.arange(-13, 11) / 10.0)   # tercios 50 Hz–10 kHz
att = aircraft.sae_band_attenuation(freqs, path_length=7620.0,
                              temperature=25.0, relative_humidity=70.0)
att.plot()   # banda frente a tono puro medio de banda (requiere matplotlib)

La regresión se ajustó para aproximadamente 6-32 °C y 20-95 % de humedad relativa, la ventana de ensayo de 14 CFR Part 36, y para longitudes de trayecto de hasta 7 620 m (25 000 ft); los valores por defecto de la función, 25 °C y 70 % de HR, son el punto de referencia de ARP 5534 y el día de referencia del Anexo 16. La aplicación es recíproca, así que la misma llamada sirve para las dos direcciones del ajuste a condiciones de referencia: quitar la absorción del día de ensayo de un registro medido, y volver a aplicarle la absorción del día de referencia.

La cadena de certificación termina aquí. Convertir estos aviones en ruido alrededor de un aeropuerto, las tablas nivel-potencia-distancia, las correcciones por segmento de una trayectoria y el contorno en tierra de un evento único, es el método de ECAC Doc 29 de Ruido de aeropuertos.

Qué cubre esta guía

Cubierto
El Anexo 16 de la OACI, Vol. I, Apéndice 2: la ruidosidad percibida y el PNL de la Tabla A2-3 (perceived_noisiness, perceived_noise_level), la corrección tonal por el método de pendientes (tone_correction, que reproduce el ejemplo del turbofán de la Tabla 3-7 del ETM Vol. I) y la cadena EPNL completa (effective_perceived_noise_level, que reproduce el ejemplo de la Tabla 4-4 del ETM Vol. I). Las tolerancias del sistema de medida de la IEC 61265:1995 mediante verify_aircraft_noise_system. La absorción atmosférica en banda de la SAE ARP 5534 mediante sae_band_attenuation.
No cubierto
El ajuste del §8 del Apéndice 2 de un EPNL medido a condiciones de referencia no está implementado, ni en su forma simplificada ni en la integrada: el EPNL que se devuelve es el valor tal cual se ha medido, así que primero se ajusta y luego se informa frente a un límite. verify_aircraft_noise_system comprueba las tolerancias de la IEC 61265:1995, no la edición sucesora de 2018. La cadena de ruido de aeropuerto de ECAC Doc 29 se ha trasladado a Ruido de aeropuertos.

Véase también

Ruido de aeropuertos (ECAC Doc 29): el motor NPD y la cadena de contornos de evento único alrededor de un aeropuerto.
Ruido de helicópteros: el método del hemisferio: el método de ECAC Doc 32, cuyo EPNL de evento único es esta misma cadena del Apéndice 2 alimentada por un hemisferio de ruido en lugar de por un sobrevuelo de certificación.
La base de datos de flota ANP: las tablas nivel-potencia-distancia medidas para tipos reales, que es donde acaban los datos de certificación para el trabajo de modelado.
Referencia de la API: aircraft.certification y aircraft.atmospheric_absorption.

Referencias

International Civil Aviation Organization. (2017). Annex 16 to the Convention on International Civil Aviation: Environmental protection — Volume I: Aircraft noise (ICAO Annex 16, Vol. I, 8.ª ed.). El procedimiento normativo EPNL del Apéndice 2 implementado en las secciones de ruidosidad percibida, corrección tonal y EPNL.
International Civil Aviation Organization. (2018). Environmental technical manual — Volume I: Procedures for the noise certification of aircraft (Doc 9501, 3.ª ed.). Los ejemplos resueltos (corrección tonal de la Tabla 3-7, EPNL por el método integrado de la Tabla 4-4) usados como oráculos numéricos.
International Electrotechnical Commission. (1995). Electroacoustics — Instruments for measurement of aircraft noise — Performance requirements for systems to measure one-third-octave-band sound pressure levels in noise certification of transport-category aeroplanes (IEC 61265:1995). Las tolerancias del sistema de medida que comprueba el verificador. Revisada después como IEC 61265:2018 (https://webstore.iec.ch/en/publication/32635); la edición de 1995 es la implementada.
SAE International. (2012). Standard values of atmospheric absorption as a function of temperature and humidity (SAE ARP 866B, estabilizada en 2012). La práctica SAE de absorción atmosférica predecesora, origen del método aproximado limitado a 50 dB con el que se contrasta el método SAE.
SAE International. (2013). Application of pure-tone atmospheric absorption losses to one-third octave-band data (SAE ARP 5534, reafirmada en 2021). La atenuación de banda por el método SAE de la sección de absorción atmosférica, con el coeficiente de tono puro de ISO 9613-1.

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