Presión sonora de emisión en el puesto

Normas aplicables: ISO 11200 ISO 11201 ISO 11202 ISO 11204 ISO 11203

El nivel de potencia acústica dice cuánto ruido hace una máquina. Es el número correcto para comparar máquinas y para alimentar una predicción de sala, y es el número equivocado para quien está de pie delante de ella. A lo que esa persona está expuesta es al nivel de presión sonora de emisión: el nivel en el puesto de trabajo, con el ruido de fondo quitado y las reflexiones de la sala quitadas, de modo que lo que queda pertenece a la máquina.

Es el número que imprime una ficha técnica. La declaración de emisión sonora de ISO 4871 lleva $L_{p A}$ junto a $L_{W A}$ , y la Directiva de Máquinas lo exige siempre que supere los 70 dB(A). Lo determinan cinco normas, y se diferencian en una sola cosa: en cómo se quitan la sala de encima.

Cinco paneles, uno por cada caso del capítulo 9. 9.1, con operador presente: la cabeza vista desde arriba con su plano central discontinuo y la línea de visión señalada con una flecha, y un micrófono a 0,20 m más menos 0,02 m hacia un lado, a la altura de los ojos y por el lado más ruidoso. 9.2, un asiento vacío: un micrófono a 0,80 m más menos 0,05 m sobre el centro del plano del asiento. 9.3, una posición de pie sin nadie: un micrófono sobre trípode a 1,55 m más menos 0,075 m sobre un punto de referencia marcado en el suelo, el punto bajo el centro de la cabeza del operador. 9.4, un operador en recorrido: cuatro micrófonos sobre trípode encima de un recorrido discontinuo marcado en el suelo, separados como mucho 2 m, a esa misma altura, con los niveles promediados sobre el recorrido. 9.5, sin puesto de trabajo: una vista en planta del paralelepípedo de referencia dibujado alrededor de la máquina con cuatro posiciones de micrófono a 1 m de cada lado, a 1,55 m sobre el suelo, de las que la más alta es el resultado. Debajo, una nota que dice que el nivel en una de estas posiciones es un nivel de emisión y no un nivel de potencia acústica, que la corrección por ruido de fondo K1 y la corrección ambiental K2 o K3 se le restan, y que un nivel de pico no lleva ninguna.

El capítulo es corto y esos cinco casos son todo: lo que cambia es dónde se pone el micrófono, nunca lo que se le resta a lo que mide.

1. Una ley, impresa tres veces

Cada parte que mide del grupo imprime la misma resta:

L_{p} = L_{p}^{'} - K_{1} - K_{3}

$L_{p}^{'}$ es lo que leyó el sonómetro. $K_{1}$ quita el ruido de fondo, $K_{3}$ quita las reflexiones que devolvió la sala, y la diferencia es la máquina. ISO 11201 la imprime sin el término $K_{3}$ , no porque el término no exista sino porque su entorno está cualificado para que sea despreciable: un campo esencialmente libre sobre un plano reflectante no tiene nada que devolver.

Dos paneles. A la izquierda, la corrección ambiental local K3 frente al cociente adimensional z en eje logarítmico de 0,05 a 3: una curva plana en 7 decibelios hasta z = 0,2, que después cae como menos diez veces el logaritmo de z hasta llegar a cero en z = 1 y quedarse ahí. Una línea horizontal discontinua marca la frontera de 4 decibelios entre el grado 2 y el grado 3, con la región a su izquierda sombreada en rosa y la de su derecha en verde, y una anotación señala el codo para decir que el tope de 7 decibelios es menos diez veces el logaritmo de 0,2 con una décima de decibelio. A la derecha, tres barras del ejemplo resuelto de un puesto de trabajo a 1,6 metros de la fuente: un nivel medido de 76,9 decibelios, una corrección de sala de menos 3,7 flotando entre las otras dos, y el nivel de emisión de 73,2 que queda.

La corrección de sala está topada en 7 dB y desaparece por encima de un cociente de uno; donde supera los 4 dB la determinación baja de grado 2 a grado 3.

Hay una regla absoluta y fácil de incumplir: un nivel de pico no admite corrección alguna. Lo dicen el capítulo 8 de ISO 11202 y el 7 de ISO 11204. $L_{p C, peak}$ se informa exactamente como se midió, porque las dos correcciones se derivan de presiones cuadráticas medias y ninguna tiene sentido para una única excursión máxima.

2. El fondo, y dónde una determinación deja de serlo

La corrección de fondo es la misma forma cerrada que usa el lado de la potencia,

K_{1} = - 10 l g (1 - 1 0^{- 0, 1Δ L}), Δ L = L_{p}^{'} - L_{p} (B)

pero este grupo le pone sus propios umbrales. Pasados los 15 dB de margen el fondo es despreciable y $K_{1}$ se toma como cero. Por debajo de 6 dB (grado 2) o 3 dB (grado 3) la corrección se retiene en el valor que tiene ahí, y el nivel deja de ser una determinación y pasa a ser una cota superior. La biblioteca devuelve ese hecho en vez de fallar, porque la lectura sigue mereciendo informarse; lo que no puede es salir sin etiquetar.

from phonometry import emission

k1, upper_bound = emission.background_noise_correction_at_workstation(79.0, 70.0)
print(round(k1, 1), upper_bound)
# 0.6 False

3. La sala, y el único cociente al que se reduce

Tanto el método A.2 de ISO 11202 como ISO 11204 imprimen las mismas tres líneas, función de un único cociente adimensional $z$ :

K_{3} = ⎩ ⎨ ⎧ 7 dB, - 10 l g z dB, 0 dB, z \leq 0, 2 0, 2 < z \leq 1 z > 1

El tope de 7 dB no es una regla aparte atornillada a la curva: $- 10 l g 0, 2$ son 6,99 dB, así que el tope es el propio valor de la curva redondeado a la décima de decibelio con la que la norma imprime sus correcciones. La rama superior es un suelo por la misma razón por la que una corrección no puede ser negativa, ya que una sala solo puede añadir a lo que oye el micrófono.

Dos caminos llegan a $z$ , y son el mismo camino. La Ecuación (A.4) de ISO 11202 y la (A.3) de ISO 11204 pasan por la corrección ambiental $K_{2}$ de la sala de ensayo y por la directividad $D_{I, op}^{*}$ que ve el puesto; la Ecuación (A.6) de ISO 11204 pasa directamente por el área de absorción equivalente. El apartado A.1.2 de ISO 11204 dice que las dos descansan sobre las mismas hipótesis, y bajo la definición $K_{2} = 10 l g (1 + 4 S_{M} / A)$ de ISO 3744 son idénticamente iguales:

import math
from phonometry import emission

absorption, surface = 47.0, 16.0          # m^2, la sala y la superficie
k2 = 10.0 * math.log10(1.0 + 4.0 * surface / absorption)

by_k2 = emission.environmental_ratio_from_k2(k2)
by_area = emission.environmental_ratio_from_absorption(absorption, surface)
print(round(by_k2, 9) == round(by_area, 9))
# True

Sin directividad apreciable la expresión colapsa a $z = 1 0^{- 0, 1 K_{2}}$ , con lo que $K_{3} = K_{2}$ : un puesto que no ve la máquina con más fuerza que la superficie de medida necesita justo la corrección que necesitaba la superficie. Sólo hasta el tope, eso sí. En $K_{2} = 7$ dB el cociente llega a 0,2 y la corrección deja de seguirlo: una sala con $K_{2} = 10$ dB sigue recibiendo $K_{3} = 7$ dB, porque el tope es sobre $K_{3}$ y no sobre la sala.

4. Qué decide el grado

Lo deciden tres puertas y gana la peor. Un sonómetro de clase 2 hace el resultado de grado 3 pase lo que pase con las demás. El fondo tiene que dejar 6 dB para el grado 2 y 3 dB para el grado 3. Y la corrección ambiental local no puede pasar de 4 dB: el A.1.3 de ISO 11202 pone la frontera ahí directamente, y el método A.2 llega a los mismos 4 dB por su Condición (A.6), que es la misma desigualdad una vez sustituidas en ella la (A.4) y la (A.5).

from phonometry import emission

print(emission.grade_from_local_correction(3.7))
print(emission.grade_from_local_correction(5.2))
# engineering
# survey

5. El ejemplo resuelto, de principio a fin

El anexo B de ISO 11200:2014 imprime cuatro casos con todos los valores intermedios. Este es el segundo: una máquina con una fuente dominante claramente identificable en un taller de montaje de 11 m por 8 m por 4 m cuyo tiempo de reverberación es 1,2 s, con el puesto a 1,6 m de esa fuente.

import math

import numpy as np
from phonometry import emission

surface = 2.0 * math.pi * 1.6**2            # el hemisferio alrededor de la fuente
absorption = 0.16 * (11.0 * 8.0 * 4.0) / 1.2

ratio = emission.environmental_ratio_from_absorption(absorption, surface)
k3 = emission.local_environmental_correction(ratio)

readings = np.array([77.5, 76.0, 77.2, 77.7, 75.9])
measured = 10.0 * np.log10(np.mean(np.power(10.0, readings / 10.0)))
level = emission.emission_sound_pressure_level(measured, local_correction_db=k3)

sigma = emission.total_standard_deviation(1.5, 1.0)
print(round(k3, 1), round(float(measured), 1), round(float(level), 1))
print(round(sigma, 1), round(emission.emission_expanded_uncertainty(sigma), 1))
# 3.7 76.9 73.2
# 1.8 2.9

Los cinco números están impresos en la tabla B.2, y seis filas de conformidad sujetan la biblioteca a ellos.

6. Un ciclo de periodos de funcionamiento

Una máquina que ralentiza, corta y vuelve pasa un tiempo distinto en cada estado, y el nivel del ciclo entero es la media energética ponderada por duración, no por número:

L_{p} = 10 l g [\frac{1}{T} i = 1 \sum N T_{i} 1 0^{0, 1 L_{p, T_{i}}}], T = i \sum T_{i}

from phonometry import emission

print(round(emission.subinterval_level([80.0, 90.0], [10.0, 1.0]), 1))

Diez segundos a 80 dB llevan la misma energía que uno a 90, así que el ciclo cae en 82,6 dB. Contar los dos estados por igual daría 87,4.

7. Donde la norma discute consigo misma

Los dos casos del anexo B calculan la misma desviación típica de dos maneras distintas. La Ecuación (C.1), impresa idéntica en ISO 11201, ISO 11202 e ISO 11204, es la desviación típica muestral con $1/ (N - 1)$ ; la tabla B.3 está de acuerdo con ella y la tabla B.1 divide entre $N$ . No es cosmético, porque el valor se propaga: con la cifra que da la ecuación, la incertidumbre expandida de la propia tabla B.1 sería 2,5 dB en vez de los 2,4 dB que imprime. La biblioteca sigue la ecuación y el registro de erratas cuenta el resto.

Qué cubre esta guía

Cubierto
Las magnitudes que comparte el grupo ISO 11200: el nivel de presión sonora de emisión L_p = L'_p - K_1 - K_3 de la Ecuación (7) de ISO 11201, la (10) de ISO 11202 y la (9) de ISO 11204; la corrección de fondo con los márgenes despreciable y mínimo propios de este grupo; la corrección ambiental local a trozos de la Ecuación (A.5) de ISO 11202 y las (A.2) y (A.5) de ISO 11204, con las dos rutas impresas al cociente del que es función; la frontera de grado en 4 dB; la desviación típica total y la incertidumbre expandida; y la suma ponderada por duración de un ciclo de periodos de funcionamiento.
Todavía no cubierto
Los procedimientos de medida de cada parte: las posiciones de micrófono y la cualificación del entorno de ISO 11201, el barrido de directividad del método A.2 de ISO 11202, la determinación exacta de K_2 en ISO 11204, la medida de propagación Q de ISO 11203 y la ruta por intensidad de ISO 11205.

Referencias

International Organization for Standardization. (1995). Acoustics — Noise emitted by machinery and equipment — Determination of emission sound pressure levels at a work station and at other specified positions from the sound power level (ISO 11203:1995). La ruta que no mide presión sonora en el puesto: L_p = L_W - Q, con Q la única expresión impresa que el documento lleva.
International Organization for Standardization. (2010). Acoustics — Noise emitted by machinery and equipment — Determination of emission sound pressure levels at a work station and at other specified positions applying accurate environmental corrections (ISO 11204:2010). La ruta exacta: la Ecuación (9), el K3 a trozos de las Ecuaciones (A.2) y (A.5), y la segunda ruta al cociente en la Ecuación (A.6).
International Organization for Standardization. (2010). Acoustics — Noise emitted by machinery and equipment — Determination of emission sound pressure levels at a work station and at other specified positions applying approximate environmental corrections (ISO 11202:2010). Los métodos A.1 y A.2: la Ecuación (10), el K3 del anexo A y la frontera de 4 dB del A.1.3.
International Organization for Standardization. (2010). Acoustics — Noise emitted by machinery and equipment — Determination of emission sound pressure levels at a work station and at other specified positions in an essentially free field over a reflecting plane with negligible environmental corrections (ISO 11201:2010). El método en campo libre: la Ecuación (7), la corrección de fondo del 5.4.2 y la incertidumbre del capítulo 11.
International Organization for Standardization. (2014). Acoustics — Noise emitted by machinery and equipment — Guidelines for the use of basic standards for the determination of emission sound pressure levels at a work station and at other specified positions (ISO 11200:2014). La guía de selección de todo el grupo, y los cuatro casos resueltos del anexo B contra los que se comprueba cada número de esta página.

Creado y mantenido por José Manuel Requena Plens ORCID Todos los proyectos