Encapsulados y cabinas medidos (ISO 11546, ISO 11957)

Un modelo dice lo que debería valer un encapsulado. Toma el índice de reducción acústica de los paneles, resta una penalización por la acumulación reverberante en la cavidad y devuelve una pérdida por inserción. Es un buen número y no es el que un comprador puede exigirle a nadie, porque no sabe nada del hueco bajo la puerta, del tubo que se pasó por la pared después, ni del ventilador que se montó para refrigerar la máquina.

Estas tres normas miden lo que se construyó. La magnitud es una diferencia de dos ensayos: se determina la potencia acústica de la máquina sin el encapsulado, se determina otra vez con el encapsulado puesto y se resta banda a banda.

Esa es la ecuación (1) de las dos partes de la ISO 11546, y nada más en ninguno de los dos documentos es más complicado que eso. El cuidado está entero en qué significa «la misma determinación dos veces».

La pérdida por inserción es el hueco entre dos ensayos; la sala tiene que ser bastante buena para el método que los midió; y, in situ, el número de posiciones de fuente lo decide la respuesta.

La ISO 11546-1 mide en laboratorio, para declarar: la cifra del fabricante, obtenida en condiciones que un comprador puede comparar entre proveedores. La ISO 11546-2 mide lo mismo in situ, para aceptar: el encapsulado tal como se instaló, en la sala donde se instaló, con la máquina para la que se construyó.

Las dos comparten definiciones, ecuaciones, reglas de informe y fuente artificial palabra por palabra. Lo que cambia es el entorno, la norma base de la que salen los niveles y, en la parte 2, un anexo que pregunta si la sala sirve siquiera.

from phonometry import noise_control

bands = [125.0, 250.0, 500.0, 1000.0, 2000.0, 4000.0]
without = [96.0, 98.0, 99.0, 97.0, 94.0, 89.0]   # dB, máquina sola
with_box = [88.0, 86.0, 81.0, 74.0, 68.0, 63.0]  # dB, con el encapsulado

res = noise_control.sound_power_insulation(
    without, with_box, frequencies=bands, band_fraction=1,
)
print(res.rounded())                    # [ 8 12 18 23 26 26] dB
print(round(res.a_weighted_insulation, 1))   # 19.3 dB

El número ponderado A es $D_{WA}$ de la ecuación (2), y es la cifra única que lleva una declaración. El apartado 9.4 informa cada valor de banda redondeado al decibelio más próximo, que es lo que hace .rounded().

Las dos partes miden además un aislamiento a la presión acústica en una posición declarada, ecuaciones (3) y (4), con sound_pressure_insulation. Es otra magnitud con la misma aritmética: pertenece a una posición de micrófono, y por eso la norma obliga a informar de cuál.

La tabla 1 de las dos partes es la que se salta el lector, y es la que decide qué puede escribirse en la hoja de características. No toda forma de determinar una potencia acústica da un espectro: una determinación de control devuelve un valor ponderado A y nada por banda, así que de ella no puede declararse $D_W$ en absoluto.

for entry in noise_control.applicable_methods(condition="in-situ"):
    if not entry.band_values:
        print(entry.base_standard, entry.quantities)
# ISO 3746 ('D_WA',)
# ISO 11202 ('D_pA',)

Esas dos filas solo existen en la parte 2. La tabla de laboratorio de la parte 1 no admite ninguna determinación de control, y su propia nota al pie va más lejos: cuando una norma tiene variante de grado 3, la ISO 9614-1 y la ISO 11204, esa variante queda excluida. Una declaración es el único sitio donde la medida tiene que ser al menos de ingeniería, y la tabla 1 es donde el documento lo dice.

La tabla decide también qué fuente sustituta hay disponible. Cuando la máquina no puede funcionar, las dos partes la reemplazan. El apartado 1 traza el alcance alrededor del primer caso, no de las sustitutas: la parte se aplica sin restricción alguna a un encapsulado exento de menos de 2 m³, y uno mayor puede medirse igualmente con su fuente real mientras se cumpla el límite de volumen de la propia norma base. Las dos sustitutas son:

• el método de reciprocidad de la parte 1, 7.2, que pone el encapsulado en un campo difuso y mide dentro, y da $D_{pr}$. Existe solo en la parte 1, y pedirlo in situ se rechaza en vez de aproximarse;
• una fuente artificial, la máquina de impactos del anexo A dejada caer sobre una chapa de acero sin amortiguar, usada en varias posiciones. Las posiciones se promedian aritméticamente, que es la palabra de la propia norma y no la media energética que se usa casi en todas partes en esta biblioteca, así que artificial_source_insulation la escribe en vez de tomarla prestada.

El anexo C de la parte 2 hace la pregunta de las normas de emisión al revés. Ellas preguntan cuál es la corrección ambiental $K_2$ de una sala; el anexo pregunta cuánta sala necesita un método. Manteniendo $K_2=10\lg (1+4S/(\alpha S_V))$ en el límite que fija la tabla C.1 y despejando la sala queda

que es la figura C.1 en forma cerrada: la curva que el anexo pide leer a ojo. test_environment_applicability la evalúa y la compara con la sala que se tiene delante.

verdict = noise_control.test_environment_applicability(
    base_standard="ISO 3744",
    mean_absorption_coefficient=0.15,
    room_surface_area_m2=520.0,
    measurement_surface_area_m2=14.1,
)
print(round(verdict.required_area_ratio, 1))  # 45.6
print(round(verdict.actual_area_ratio, 1))    # 36.9
print(verdict.applicable)                     # False

Esa sala no puede sostener una determinación de precisión. Sí puede sostener una de control, que pide 6,6 en vez de 45,6, y la respuesta que devuelve es un valor ponderado A sin espectro detrás. Los dos hechos van juntos, y leer la tabla 1 después del anexo C es como siguen juntos.

Cuando nadie ha medido la absorción, la tabla C.2 da siete descripciones de sala con sus coeficientes, de 0,05 para una sala vacía de paredes lisas y duras a 0,5 para una sala con gran cantidad de material absorbente en techo y paredes. Son ROOM_ABSORPTION_ESTIMATES, transcritas de esa tabla y de ninguna otra. Las ediciones de 2010 de las normas de potencia sonora imprimen bajo el mismo título una tabla más larga: la tabla A.1 de la ISO 3744:2010 y de la ISO 3746:2010 tiene ocho filas, añade 0,30 para una sala con techo absorbente y paredes desnudas, y redacta dos de las siete de otra manera.

Elija primero la norma base, porque la tabla 1 decide cómo se puede llamar al resultado: un método de control da un número ponderado A y nada por bandas, y ningún cuidado posterior convierte eso en un espectro. Fije la superficie de medida y consérvela para las dos medidas. Determine la potencia acústica de la máquina sin el encapsulado, monte el encapsulado sin mover ni la máquina ni los micrófonos, y vuelva a determinarla. Cuando la máquina no se pueda hacer funcionar dos veces, use el método de reciprocidad o la fuente artificial del anexo A, y diga cuál en el informe. En obra, pase la sala por test_environment_applicability antes que nada: a una sala que no puede cumplir la corrección ambiental que pide la norma base no la salva una medida cuidadosa.

Un encapsulado deja el ruido dentro. Una cabina lo deja fuera, y la ISO 11957 mide eso como la diferencia entre el nivel en la sala y el nivel dentro de la cabina vacía.

La ecuación (1) es la magnitud de laboratorio, medida en una cámara reverberante conforme a la ISO 3741. La ecuación (2) es la misma aritmética in situ, donde no se exige nada a la sala, y la respuesta lleva una prima para decirlo: $D_p^{\prime }$. La prima no es adorno. La definición 3.6 existe porque un número medido en una sala que nunca se cualificó no puede compararse con uno que sí, y el apartado 4 dice sin rodeos que solo pueden usarse datos del mismo método al comparar cabinas.

room = [88.0, 90.0, 91.0, 89.0, 86.0, 82.0]    # dB, nivel en la sala
inside = [76.0, 72.0, 66.0, 59.0, 52.0, 47.0]  # dB, nivel en la cabina

cab = noise_control.cabin_insulation(
    room, inside, frequencies=bands, band_fraction=1,
    method="in-situ-loudspeaker",
)
print(cab.symbol, cab.rounded())   # D'_p [12 18 25 30 34 35] dB

Hay un tercer método, y es el que un puesto de trabajo suele querer: excitar la sala con el ruido que hay de verdad. Es el único método para el que la norma define una diferencia ponderada A, $D_{pA}^{\prime }$ de la ecuación (3), y cabin_insulation rechaza calcular una con cualquier otro, porque una cifra rotulada $D_{pA}^{\prime }$ que salió de un altavoz es una afirmación que el documento no hace.

Casi todos los números de una norma de medida están fijados antes de medir: seis posiciones de micrófono, 2 m de la cabina, 3 m entre sí. El apartado 7.2.1 de la ISO 11957 tiene uno que no. El número de posiciones de altavoz será al menos la mayor desviación, en decibelios, de $D_p^{\prime }$ entre dos cualesquiera de ellas, leída en bandas de octava, empezando por tres y parando en seis.

Es un criterio que juzga la medida por cuánto se contradijo a sí misma. Una sala donde mover el altavoz cambia la respuesta en cuatro decibelios es una sala donde tres posiciones no bastaron para promediarla.

by_position = [
    [12.0, 16.0, 25.0, 30.0, 34.0, 35.0],
    [13.5, 18.0, 27.5, 32.0, 36.5, 36.0],
    [11.0, 14.5, 23.0, 28.5, 33.0, 34.0],
]
check = noise_control.check_source_positions(by_position)
print(check.max_octave_spread_db)   # 4.5
print(check.required_positions)     # 5
print(check.satisfied)              # False

Dos posiciones más, y el apartado añade que las tres usadas primero no deberían volver a usarse. Pasados los seis decibelios, el exceso se hace constar en el informe, que es lo que marca exceeds_maximum.

Las demás reglas numéricas de los dos apartados también están. check_band_flatness es la exigencia de que los tres niveles de tercio de octava dentro de una octava difieran como mucho 6 dB en 125 Hz, 5 dB en 250 Hz y 4 dB por encima, que es lo que hace que un resultado en octavas signifique lo que la norma dice que significa. minimum_cabin_clearance_m es la distancia de 6.2, escrita exactamente como está impresa, incluida la frase de baja frecuencia que la relaja en vez de apretarla. internal_noise_level es el ruido que hacen los propios ventiladores de la cabina, corregido por el fondo solo mientras el margen se queda entre 6 dB y 10 dB, que es una regla distinta de la que 6.4 aplica al aislamiento.

Excite la sala con un altavoz, o deje que lo haga el ruido real cuando se quiera el aislamiento ponderado A, porque la ecuación (3) no está definida para ninguna otra cosa. Compruebe el espectro de excitación con check_band_flatness antes de fiarse de un resultado en octavas. Tome el nivel en la sala y el nivel dentro de la cabina vacía, los dos corregidos por su propio fondo con la regla de la ISO 3741, y deje la cabina vacía: lo que se mide es la cabina, no lo que haya dentro. En obra, empiece con tres posiciones de altavoz, calcule la dispersión de la respuesta entre ellas con check_source_positions y añada posiciones hasta llegar al recuento que pide la cláusula. Mida aparte el nivel de ruido interior, con la sala en silencio, porque una cabina con ventiladores propios tiene su propio suelo.

Los tres documentos delegan su número único en la ISO 717-1, poniendo su propia magnitud donde esa norma escribe el índice de reducción acústica.

rating = noise_control.weighted_cabin_insulation(
    cab.insulation[:5], apparent=True, band_fraction=1,
)
print(rating.rating, rating.c, rating.ctr)   # 28 -1 -5

El apartado 4 de la ISO 11957 llama a $D_{p,w}$ el número único preferente y acto seguido, en el mismo párrafo, avisa de no leer demasiado en él: lo que vale una cabina depende del espectro en el que esté. Los anexos responden a esa objeción directamente. Dado un espectro, el aislamiento estimado es

con $L_A$ el total ponderado A de ese mismo espectro. El signo de $A_i$ es la trampa: el anexo imprime una atenuación, positiva donde la ponderación quita nivel, mientras que las correcciones por banda de una biblioteca son la corrección misma. Los dos términos se construyen aquí de la misma tabla, así que la respuesta no puede contradecir sus propias entradas, y un aislamiento nulo devuelve exactamente cero.

spectrum = [92.0, 94.0, 95.0, 93.0, 90.0, 85.0]   # dB, el ruido real
print(round(noise_control.estimated_cabin_noise_insulation(
    spectrum, cab.insulation, frequencies=bands,
), 1))                                             # 25.6 dB

Contra ese espectro la cabina vale 25,6 dB(A), siendo 28 su número único. Las dos cifras responden a preguntas distintas, y el número único no es el que hay que meter en un cálculo de protección auditiva.

El apartado 10 de la ISO 11957 es inusualmente franco. En laboratorio, la incertidumbre de la ISO 3741 se traslada de 250 Hz a 10 kHz, y solo mientras la sala sea al menos veinte veces el volumen de la cabina. El método del altavoz in situ añade unos 2 dB a la desviación típica. Para el método del ruido real el apartado no dice nada en absoluto y manda un valor declarado a la ISO 4871.

u = noise_control.uncertainty_conditions(
    room_volume_m3=520.0, cabin_volume_m3=18.0, method="in-situ-loudspeaker",
)
print(round(u.volume_ratio, 1), u.ratio_satisfied)   # 28.9 True
print(u.excess_standard_deviation_db)                # 2.0

Una medida cuya sala es demasiado pequeña para la cabina sigue devolviendo un número. Lo que no devuelve es la declaración de incertidumbre, y un informe que la cite de todas formas está citando un apartado que lo excluyó.

• Cubierto

  La aritmética de los tres documentos. De la ISO 11546-1 y -2: las ecuaciones (1) a (5) con sound_power_insulation, sound_pressure_insulation, reciprocity_insulation y artificial_source_insulation, la última promediando sus posiciones de fuente aritméticamente como dice el apartado; la tabla 1 como datos con applicable_methods, con las magnitudes que puede declarar cada fila y las filas que no dan espectro; el número único de la ISO 717-1 del apartado 7 con weighted_insulation; la estimación del anexo C y del anexo D con estimated_a_weighted_insulation; los cocientes de fuga, de estanquidad y de llenado de las definiciones; la distancia de la fuente de 7.2; y el anexo C entero de la parte 2, con la tabla C.1, la tabla C.2 y la figura C.1 en forma cerrada con test_environment_applicability, contrastada con la corrección ambiental de la ISO 3744. De la ISO 11957: las ecuaciones (1), (2) y (3) con cabin_insulation, con la prima de la definición 3.6 y el rechazo a nombrar un aislamiento ponderado A fuera del método del ruido real; el número único de la ISO 717-1 del apartado 8; la estimación del anexo A; el criterio de posiciones de fuente de 7.2.1 con check_source_positions; la regla de planitud de 6.4 con check_band_flatness; la distancia de 6.2; el nivel de ruido interior de 6.7 con su propia ventana de fondo; y las condiciones a las que el apartado 10 ata su declaración de incertidumbre. La corrección por ruido de fondo que los tres remiten a la ISO 3741 es emission.reverberation_background_correction.

• No cubierto

  Aquí no se predice ningún aislamiento: el índice de reducción acústica de los paneles y la corrección interior que dan una pérdida por inserción de diseño son otra página, y esta parte de niveles que se midieron. Aquí no se construye ni se cualifica ningún entorno de ensayo: la cámara reverberante de la ISO 3741, la sala de paredes duras de la ISO 3743-1 y las mallas de micrófonos de la serie ISO 11200 son de sus propias normas, y el anexo de aplicabilidad lee sus requisitos en vez de comprobar una sala contra ellos. La fuente artificial del anexo A es un plano de taller, y su chapa, su caída y su separación son aquí constantes y nada más. El montaje, el sellado, accionar diez veces cada parte móvil, las clases de instrumentación y la plantilla de informe son procedimiento, no aritmética; lo único de los apartados de informe que calcula es el redondeo al decibelio más próximo. Ninguno de los tres documentos imprime un ejemplo numérico resuelto, así que aquí no se reproduce ninguno.