Fuentes de impacto pesadas y blandas (ISO 16283-2)
Normas aplicables: ISO 16283ISO 10140JIS A 1418ISO 717Referencias: Hopkins 2007Kim et al. 2023
La máquina de impactos normalizada de ISO es una fuente de impacto ligera. Sus cinco martillos de 500 g caen desde 40 mm y producen una excitación dura y casi estacionaria cuya energía se sitúa muy por encima de 100 Hz, que es justamente donde un forjado de hormigón desnudo ya se comporta bien. Los impactos de los que la gente se queja de verdad, un niño saltando de una silla o un adulto caminando descalzo sobre un forjado de madera, son lentos, blandos y de baja frecuencia, y la máquina de impactos no dice casi nada sobre ellos. Las fuentes de impacto pesadas normalizadas se introdujeron para cubrir ese hueco: una pelota de caucho de silicona hueca dejada caer desde 1 m, y la máquina de neumático, un neumático de automóvil dejado caer desde 85 cm. Esta guía cubre su especificación normativa, la verificación en laboratorio de una fuente frente a ella, la estandarización del nivel máximo en el recinto receptor y el número único ponderado A. La cadena de la máquina de impactos está en Medición del aislamiento en campo (ISO 16283) y Medición del aislamiento en laboratorio.
Izquierda: las dos especificaciones son espectros puros de fuerza, no de geometría. Derecha: la valoración suma en energía las contribuciones ponderadas A, y la ponderación A cae 23 dB más a 63 Hz que a 500 Hz, así que acaba decidiendo el número la banda medida más silenciosa.
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import matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np
from phonometry import ( a_weighted_maximum_impact_level, heavy_impact_source_limits, heavy_impact_source_specification,)
fig, (ax_src, ax_rate) = plt.subplots(1, 2, figsize=(13.0, 5.6))
# Izquierda: los espectros nominales impresos dentro de sus bandas de# tolerancia impresas.labels = {"rubber_ball": "pelota de caucho", "bang_machine": "máquina de neumático"}x = np.arange(5)for source in ("rubber_ball", "bang_machine"): spec = heavy_impact_source_specification(source) _f, lower, upper = heavy_impact_source_limits(source) label = labels[source] ax_src.fill_between(x, lower, upper, alpha=0.30, label=f"tolerancia de la {label}") ax_src.plot(x, spec.force_exposure_level, "-o", label=f"{label} nominal")ax_src.set_xticks(x, ["31.5", "63", "125", "250", "500"])ax_src.set(xlabel="Frecuencia [Hz]", ylabel="Nivel de exposición a la fuerza de impacto LFE [dB re 1 N]")ax_src.legend()
# Derecha: la Tabla D.4 de ISO 717-2:2020, los niveles medidos frente a sus# contribuciones ponderadas A, con la suma energética trazada sobre ellas.res = a_weighted_maximum_impact_level([65.3, 64.5, 58.0, 55.8])xr = np.arange(4)ax_rate.bar(xr - 0.19, res.levels, width=0.36, label="Li,Fmax (medido)")ax_rate.bar(xr + 0.19, res.corrected, width=0.36, label="Li,Fmax + A (Tabla D.3)")ax_rate.axhline(res.rating, label=f"LiA,Fmax = {res.rating} dB")ax_rate.set_xticks(xr, ["63", "125", "250", "500"])ax_rate.set(xlabel="Frecuencia [Hz]", ylabel="Nivel máximo de presión acústica de impactos [dB]")ax_rate.text(0.02, 0.03, f"suma sin redondear = {res.unrounded:.6f} dB", transform=ax_rate.transAxes, va="bottom", ha="left")ax_rate.legend()plt.show()Ambas fuentes se especifican por la energía de su impulso de fuerza
Sección titulada «Ambas fuentes se especifican por la energía de su impulso de fuerza»Una fuente pesada no se define por su forma sino por el nivel de exposición a la fuerza de impacto que entrega a un forjado rígido (ISO 16283-2:2020 Fórmula (A.1) = JIS A 1418-2:2019 Fórmula (1)):
con N (ISO 16283-2:2020 Anexo A), s y la duración del impacto. Ojo con la referencia: la EN 15657 refiere sus niveles de fuerza bloqueada a N, 120 dB más abajo, así que un nivel de fuerza que pase entre esta página y Potencia acústica estructural de equipos sin convertir está equivocado exactamente en eso. Ambas fuentes exigen una forma de onda de pico único de ms (JIS A 1418-2:2019 A.2 b), donde a las dos se las llama la característica de impacto blanda y la dura). Los valores por bandas de octava se imprimen de forma idéntica en la Tabla A.1 de ISO 16283-2:2020, la Tabla F.1 de ISO 10140-5:2010 y la Tabla A.2 de JIS A 1418-2:2019 para la pelota; la máquina de neumático solo aparece en la Tabla A.1 de JIS A 1418-2:2019.
| Octava (Hz) | Pelota de caucho (dB re 1 N) | Máquina de neumático (dB re 1 N) |
|---|---|---|
| 31,5 | 39,0 ± 1,0 | 47,0 ± 1,0 |
| 63 | 31,0 ± 1,5 | 40,0 ± 1,5 |
| 125 | 23,0 ± 1,5 | 22,0 ± 1,5 |
| 250 | 17,0 ± 2,0 | 11,5 ± 2,0 |
| 500 | 12,5 ± 2,0 | 5,5 ± 2,0 |
La máquina de neumático inyecta de 8 a 9 dB más de energía en las dos octavas más bajas (8 dB a 31,5 Hz, 9 dB a 63 Hz) y 7 dB menos en la más alta, y por eso las dos fuentes no son intercambiables y un forjado puede cumplir con una y fallar con la otra.
from phonometry import check_heavy_impact_source, impact_force_exposure_level# `heavy_impact_source_specification` y `heavy_impact_source_limits` son los# imports del bloque de figura de arriba.
spec = heavy_impact_source_specification("rubber_ball")print(spec.drop_height, spec.effective_mass) # 1.0 m, 2.5 kgprint(spec.contact_time, spec.contact_time_tolerance) # 0.02 s +/- 0.002 s
freqs, lower, upper = heavy_impact_source_limits("bang_machine")print(list(zip(freqs, lower, upper))[0]) # (31.5, 46.0, 48.0)
# Una calibración: cinco LFE medidos por octava frente a la tabla impresa.# Nombra la fuente: la comprobación toma la pelota de caucho por defecto, y los# límites de la máquina de neumático leídos arriba rechazarían de plano una# pelota conforme.check = check_heavy_impact_source([39.4, 30.2, 23.6, 18.5, 12.9], source="rubber_ball")print(check.passed, list(check.within_tolerance))check.plot() # LFE medido sobre la banda de tolerancia (requiere matplotlib)impact_force_exposure_level evalúa la Fórmula (A.1) directamente desde un
registro muestreado de fuerza, que es lo que mide el procedimiento de
calibración del Anexo C de JIS A 1418-2 con una plataforma de fuerza. La
especificación está dada por bandas de octava, y el Anexo C sitúa el filtro
entre el transductor y el analizador, así que el registro se filtra por bandas
primero y la fórmula se aplica una vez por banda: un impulso sin filtrar
devuelve el nivel de banda ancha, que queda varios decibelios por encima de
cualquier valor por banda y no debe compararse con la tabla anterior.
import numpy as npfrom phonometry import OctaveFilterBank, impact_force_exposure_level
fs = 48_000t = np.arange(0.0, 0.020, 1.0 / fs) # el tiempo de contacto de 20 msforce = 1500.0 * np.sin(np.pi * t / 0.020) # un impulso semisenoidal de pico único
# Banda ancha, la energía del impulso completo: 10 lg(Fp^2 t / 2) = 43,5 dB.# No es un valor por banda ni es comparable con la tabla anterior.print(round(impact_force_exposure_level(force, fs), 2))
# Los cinco valores por banda de octava en los que sí está escrita la# especificación.bank = OctaveFilterBank(fs, fraction=1, limits=[31.5, 500.0])_, freqs, bands = bank.filter(force, sigbands=True, calculate_level=False)lfe = [impact_force_exposure_level(b, fs) for b in bands]print([round(v, 1) for v in lfe]) # [-1.4, 14.0, 22.1, 20.2, 17.1]
# Esos cinco van a la comprobación de conformidad; este semiseno sintético no# es una pelota de caucho, así que no cumple:# check_heavy_impact_source(lfe).passed -> FalseLos ejemplos de construcción que dan las dos normas son informativos, no normativos: una pelota de silicona hueca de 180 mm de diámetro exterior con 30 mm de espesor de pared, masa efectiva kg y coeficiente de restitución , dejada caer desde cm medidos desde la base de la pelota; y un neumático de automóvil inflado a Pa con una masa efectiva de kg, dejado caer desde 85 cm.
Qué fuente elegir
Sección titulada «Qué fuente elegir»La elección no es libre, y no es cuestión de gusto. La pelota de caucho es la fuente que adoptó la normalización internacional: la especifican tanto el Anexo A de ISO 16283-2:2020 como el Anexo F de ISO 10140-5:2010, con ella mide el apartado 6.3.2 de ISO 10052:2021, y es lo bastante ligera para usarla sin riesgo sobre un forjado ligero de madera. La máquina de neumático solo existe en JIS A 1418-2:2019 y se usa donde lo pide la práctica nacional, sobre todo en Japón y Corea; su neumático de 7,3 kg dejado caer desde 85 cm entrega de 8 a 9 dB más de fuerza en las dos octavas más bajas, que es justo lo que la hace más exigente sobre un forjado pesado y lo que la hace capaz de dañar un forjado ligero. Usa la pelota salvo que una reglamentación nacional o una especificación de cliente nombre la máquina de neumático, y no declares nunca un resultado de una frente a un límite escrito para la otra.
El recinto receptor: un nivel máximo no se corrige como un promedio
Sección titulada «El recinto receptor: un nivel máximo no se corrige como un promedio»La magnitud valorada es un máximo de un nivel con ponderación temporal Fast, no un promedio energético, así que la estandarización habitual es incorrecta: un detector Fast nunca integra más de unos 1,7 s de caída, de modo que la corrección tiene que saturarse. ISO 16283-2:2020 (definición 3.16, Fórmulas (4), (5) y (6)) usa por tanto
con s, para viviendas y, escribiendo la Fórmula (4) de forma compacta,
es el pico de la respuesta con ponderación Fast a una ráfaga que decae exponencialmente. Tiene una singularidad evitable en (es decir, s), donde su valor es . Cuando el corchete se reduce a 1 y toda la corrección se queda en el término de volumen, como debe ser.
La constante s no es un límite de integración: es la ponderación temporal Fast escrita como tiempo de reverberación. Una caída exponencial de segundos tiene una constante de tiempo energética , así que un recinto con decae exactamente con la constante de tiempo de s del propio detector Fast, y es la razón entre las dos. Muy por debajo de el detector sigue la caída y la corrección se comporta como el promedio energético ; muy por encima el detector no puede seguirla, el pico que declara deja de crecer con y la corrección se satura. ISO 16283-2:2020 imprime la constante sin deducirla y remite a su Referencia [1] para el fundamento.
Las dos curvas son el término que la estandarización resta del nivel medido, así que son directamente comparables. En se anulan a la vez, como debe ser. Por encima se separan: la corrección del promedio energético sigue creciendo sin límite, porque la energía se sigue acumulando, mientras que el término Fast se aplana, porque un detector de 0,125 s deja de resolver más caída. En s la regla del promedio energético quitaría 10,0 dB y la regla Fast quita 5,1 dB, y esa divergencia es toda la razón por la que ISO 16283-2 define una estandarización aparte para un máximo.
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import matplotlib.pyplot as pltimport numpy as np
from phonometry import fast_reverberation_correction
t = np.linspace(0.2, 5.0, 481)fast = np.asarray(fast_reverberation_correction(t), dtype=float)energy = 10 * np.log10(t / 0.5)print(round(float(fast[-1]), 1), round(float(energy[-1]), 1)) # 5.1 10.0
fig, ax = plt.subplots()ax.fill_between(t, fast, energy, where=np.abs(fast - energy) > 1.0, interpolate=True, alpha=0.25, label="más de 1 dB de diferencia")ax.plot(t, fast, label="máximo Fast: 10 lg[g(C)/g(C0)]")ax.plot(t, energy, "--", label="promedio energético: 10 lg(T/T0)")ax.set(xlabel="Tiempo de reverberación del recinto receptor T [s]", ylabel="Término restado al nivel medido [dB]")ax.legend()plt.show()from phonometry import ( heavy_impact_octave_levels, standardized_maximum_impact_level,)# `fast_reverberation_correction` es el import del bloque de figura de arriba.
freqs = [63.0, 125.0, 250.0, 500.0]li_fmax = [65.3, 64.5, 58.0, 55.8] # promediado en energía sobre posicionest = [1.43, 3.70, 3.10, 2.38] # tiempo de reverberación del receptor
res = standardized_maximum_impact_level(li_fmax, 41.4, t, frequency=freqs)print(res.volume_term) # 10 lg(41.4/50) = -0.8 dBprint(fast_reverberation_correction([0.5])) # exactamente 0 dB con T = T0res.plot() # espectros medido y estandarizado (requiere matplotlib)
# Las mediciones en tercios se combinan en octavas con la Fórmula (20):print(heavy_impact_octave_levels([60.0] * 6)) # +10 lg 3 dB por octavaLa medición in situ (apartados 6 a 9 de ISO 16283-2:2020)
Sección titulada «La medición in situ (apartados 6 a 9 de ISO 16283-2:2020)»Las funciones de más arriba consumen niveles ya promediados sobre posiciones. ISO 16283-2:2020 dice cómo se eligen esas posiciones, y la pelota de caucho se separa de la máquina de impactos en casi cada paso.
Cómo se deja caer la pelota (apartado 7.2.3). Caída libre vertical desde cm, medidos desde la base de la pelota hasta la superficie del forjado ensayado, no desde la mano del operador ni desde el centro de la pelota. Cuatro o más posiciones sobre el forjado o la escalera que se ensaya; en un forjado ligero de viguetas, una de ellas debería quedar sobre una vigueta y otra en el centro del forjado, porque esos son los dos extremos de la movilidad puntual.
Micrófonos (apartados 7.3.1, 7.3.2 y 7.6). Solo posiciones fijas: el micrófono motorizado en movimiento continuo y el barrido manual que sí puede usar la máquina de impactos no están disponibles para la pelota, porque un nivel máximo no se puede promediar espacialmente a lo largo de un recorrido como sí se promedia una energía. Las posiciones fijas pueden ir en trípode sin nadie en el recinto, o con un operador presente cuyo tronco se mantenga al menos a la distancia de un brazo del micrófono. Repártelas por el espacio permitido, sin que haya dos en el mismo plano respecto a los paramentos y sin formar una retícula regular, guardando al menos 0,7 m entre posiciones, 0,5 m a los paramentos del recinto y 1,0 m al elemento que se excita. El número de posiciones de micrófono es igual al de posiciones de fuente, o un múltiplo entero de él: con cuatro o cinco posiciones de fuente, al menos dos mediciones en cada una desde al menos dos posiciones de micrófono distintas; con seis o más, una medición por posición de fuente desde una posición de micrófono distinta cada vez.
El promediado, en dos etapas (apartados 7.8.3 y 7.3.4). Primero promedia en energía los niveles máximos sobre las posiciones de micrófono que corresponden a una posición de pelota (Fórmula (14)); después promedia en energía esos resultados por posición sobre las posiciones de pelota (Fórmula (9)). Solo entonces se aplica la estandarización de las Fórmulas (4), (5) y (6). Promediarlo todo de una sola pasada no es la misma operación.
Dos cosas que hace la máquina de impactos y la pelota no. El procedimiento de esquina en baja frecuencia del apartado 8 se aplica solo a la máquina de impactos: la NOTA 2 del apartado 6 dice sin rodeos que todavía no se ha demostrado ninguna relación entre las mediciones en esquina y las de la zona central para un nivel máximo con ponderación Fast, así que no hay nada que combinar. Y el nivel de la pelota no se corrige por ruido de fondo (NOTA del apartado 9), porque no puede establecerse si un máximo que representa el fondo ha afectado al máximo que representa el impacto. En su lugar, mantén el fondo bajo y decláralo.
El método de control llega a la misma magnitud por una vía más corta: el apartado 6.3.2 de ISO 10052:2021 mide el máximo Fast en bandas de octava durante unos 10 s desde al menos dos posiciones fijas separadas más de 0,7 m, una cerca del centro y otra a distinta altura, a 0,5 m como mínimo de los paramentos y a 1,0 m del impacto.
El número único es una suma ponderada A, no una curva desplazada
Sección titulada «El número único es una suma ponderada A, no una curva desplazada»El Anexo D de ISO 717-2:2020 es normativo y no usa curva de referencia alguna. La valoración es una suma energética de niveles por banda ponderados A (Fórmula (D.1)):
sobre las bandas de tercio de octava de 50 Hz a 630 Hz o las de octava de 63 Hz a 500 Hz, con las correcciones de la Tabla D.3, redondeada al entero por exceso en los medios. Una medición en tercios se valora en tercios; la norma advierte explícitamente contra sumar antes los tercios en octavas, porque las dos vías no dan la misma respuesta. La misma fórmula valora las cuatro magnitudes de las Tablas D.1 y D.2: , , y .
El ejemplo resuelto de la Tabla D.4 se reproduce exactamente, incluido el resultado intermedio sin redondear que imprime la norma:
# `a_weighted_maximum_impact_level` es el import del bloque de figura de arriba.
# ISO 717-2:2020 Tabla D.4: una medición in situ en bandas de octava.res = a_weighted_maximum_impact_level([65.3, 64.5, 58.0, 55.8])print(list(res.corrected)) # 39.1, 48.3, 49.3, 52.6 dBprint(res.unrounded) # 55.350667... dBprint(res.rating) # 55 dBres.plot() # niveles por banda, contribuciones y valoraciónComo la ponderación A es 23 dB más pronunciada a 63 Hz que a 500 Hz, la valoración de una fuente pesada la domina la banda que sobreviva a esa pendiente. Para el espectro de la Tabla D.4 las cuatro contribuciones ponderadas A son 39,1; 48,3; 49,3 y 52,6 dB, así que la banda de 500 Hz es la que más pesa aunque la de 63 Hz sea la banda medida más alta, 9,5 dB por encima de ella.
Lee esos 55 dB como se lee una magnitud de impacto: más alto es peor, igual que cualquier nivel de impacto de este sitio. Es un máximo, no un promedio, así que no es comparable con un ni con un de la máquina de impactos, y ISO no le fija ningún límite: los criterios de impacto pesado son nacionales. El más desarrollado es el de Corea, donde el ruido de impacto en vivienda colectiva está regulado desde 2004 y las reglas se reescribieron en agosto de 2022: la fuente pesada pasó a ser la pelota de caucho, el índice de evaluación pasó a ser exactamente el de esta sección (a través de KS F ISO 10140-5 y KS F ISO 717-2), y el requisito obligatorio de prestación se fijó en 49 dB, más estricto que los 50 dB del esquema anterior con máquina de neumático. Por encima de ese umbral hay cuatro grados a intervalos de 4 dB, siendo el grado 1 el mejor: , , y dB. Frente a esa escala, los 55 dB del ejemplo resuelto son un forjado que incumple el requisito de plano. Como el número lo fijan las bandas de baja frecuencia, lo que lo mueve es la masa y la desolidarización estructural (un forjado más grueso, un suelo flotante sobre una capa elástica blanda, un techo desolidarizado) y no un revestimiento blando, que actúa donde la ponderación A ya ha descartado la energía.
Qué cubre esta guía
Sección titulada «Qué cubre esta guía»Cubierto
El nivel de exposición a la fuerza de impacto de la Fórmula (A.1) de ISO 16283-2:2020 desde un registro muestreado de fuerza, con
building.impact_force_exposure_level; las especificaciones impresas por bandas de octava de la Tabla A.1 de ISO 16283-2:2020 / Tabla F.1 de ISO 10140-5:2010 (pelota de caucho) y de las Tablas A.1 y A.2 de JIS A 1418-2:2019 (ambas características) con sus tolerancias, conbuilding.heavy_impact_source_specification,building.heavy_impact_source_limitsybuilding.check_heavy_impact_source; el nivel máximo estandarizado de presión acústica de impactos de las Fórmulas (4), (5) y (6) y la síntesis en octavas de la Fórmula (20), conbuilding.standardized_maximum_impact_level,building.fast_reverberation_correctionybuilding.heavy_impact_octave_levels; y la valoración normativa ponderada A del Anexo D de ISO 717-2:2020 con las correcciones de la Tabla D.3, conbuilding.a_weighted_maximum_impact_level.No cubierto
El procedimiento in situ documentado más arriba no está automatizado: las funciones consumen niveles ya promediados en energía sobre las posiciones de micrófono de una posición de pelota y después sobre las posiciones de pelota, y nada comprueba la altura de caída, las cuatro o más posiciones de fuente, las separaciones de micrófono ni el promediado en dos etapas. Tampoco lo está la guía de disposición horizontal del Anexo E de ISO 16283-2:2020, que es informativo. No hay ningún modelo de predicción que lleve de una solución constructiva a un nivel de impacto pesado; Hopkins afirma sin rodeos que la complejidad de la fuerza de entrada y el uso de un máximo con ponderación temporal no dejan ningún equivalente sencillo a la predicción de la máquina de impactos. No existe en ninguna parte un ejemplo resuelto acreditado que lleve un forjado real desde el medido hasta , de modo que la cadena de estandarización se ancla en su propia identidad con y en una reproducción publicada de 25 bandas de la Fórmula (4).
Véase también
Sección titulada «Véase también»- Medición del aislamiento en campo (ISO 16283): la cadena de la máquina de impactos de la misma norma.
- Medición del aislamiento en laboratorio: la serie ISO 10140 que amplían las fuentes pesadas.
- Índices globales de aislamiento (ISO 717): el motor de curva de referencia que valora las magnitudes de la máquina de impactos.
- Mejora del aislamiento a impacto de suelos (ISO 16251-1): la mejora que aporta un revestimiento blando frente a la fuente ligera.
- Referencia de la API:
building.measurement.heavy_impact. - Teoría: Aislamiento acústico y absorción, medidos: las normalizaciones de nivel de impacto de ISO 10140 e ISO 717-2 que alimentan la pelota de caucho y la máquina de neumático.
Referencias
Sección titulada «Referencias»- Hopkins, C. (2007). Sound insulation. Butterworth-Heinemann. https://doi.org/10.4324/9780080550473La Sección 3.6.4 describe las fuentes de impacto pesadas y explica por qué no existe un método de predicción sencillo equivalente. ISBN 978-0-7506-6526-1.
- International Organization for Standardization. (2010). Acoustics — Laboratory measurement of sound insulation of building elements — Part 5: Requirements for test facilities and equipment (ISO 10140-5:2010). El Anexo F (normativo) imprime el mismo espectro de la pelota de caucho como Tabla F.1 y especifica la máquina de impactos modificada.
- International Organization for Standardization. (2020). Acoustics — Field measurement of sound insulation in buildings and of building elements — Part 2: Impact sound insulation (ISO 16283-2:2020). El Anexo A.2 y la Tabla A.1 especifican la pelota de caucho; la definición 3.16 y las Fórmulas (4), (5) y (6) dan la estandarización con ponderación Fast, y la Fórmula (20) la síntesis en octavas.
- International Organization for Standardization. (2020). Acoustics — Rating of sound insulation in buildings and of building elements — Part 2: Impact sound insulation (ISO 717-2:2020). El Anexo D (normativo) da el nivel máximo de presión acústica de impactos ponderado A, sus correcciones de la Tabla D.3 y el ejemplo resuelto de la Tabla D.4 que reproduce esta página.
- Japanese Standards Association. (2019). Acoustics — Measurement of floor impact sound insulation of buildings — Part 2: Method using standard heavy impact sources (JIS A 1418-2:2019). La única fuente primaria de la máquina de neumático: Tablas A.1 y A.2 del Anexo A con tolerancias, el requisito de forma de onda de pico único de 20 ms y los ejemplos de construcción del Anexo B.
- Kim, K. W., Park, S. H., Shin, H. K. y Kim, K. C. (2023). Changes of floor impact sound regulations and future improvement directions in Korea. Proceedings of Forum Acusticum 2023 (10th Convention of the European Acoustics Association). https://doi.org/10.61782/fa.2023.0364La Tabla 1 recoge la revisión de agosto de 2022: la fuente pesada pasó a ser la pelota de caucho, el índice L'iA,Fmax a través de KS F ISO 10140-5 y KS F ISO 717-2, el requisito obligatorio de 49 dB (antes 50 dB) y los cuatro grados a intervalos de 4 dB. La única escala reglamentaria publicada para la magnitud que calcula esta página.