Sonido. Intensidad del Sonido. Percepción del Volumen.
A los fines prácticos se puede definir al sonido como la sensación producida en el oído humano por la variación de presión del aire originada por un elemento vibrante. El oído convierte la variación de presión en el aire en impulsos eléctrico-nerviosos que son interpretados por el cerebro como sonido.
El oído humano puede responder a diminutas variaciones de presión en el aire si están en el rango de frecuencia audible, aproximadamente entre 20 Hz – 20 kHz.
La Intensidad del sonido, es la energía que transporta la onda sonora por unidad de tiempo a través de una unidad de área. Se mide en Watts/m2.
Si se tiene una fuente puntual de sonido la energía se transmite en forma uniforme en todas las direcciones, de manera que la intensidad del sonido es la misma en cualquier punto de una esfera con centro en la fuente y radio R:
Intensidad de sonido = Potencia / Superficie = Potencia /4 x π x R2
La intensidad del sonido es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente.
El volumen del sonido es una sensación en la conciencia (percepción subjetiva) del ser humano de la intensidad de determinado sonido.
El Umbral de Audición (I0) es la intensidad mínima de sonido capaz de impresionar al oído humano.
Umbral de Audición (I0)= 10-12 Watts/m2
I0 se obtiene cuando se produce una Variación de 1/109 de la presión atmosférica.
El Umbral de Dolor es la intensidad del sonido que puede provocar daños permanentes en el oído humano. Se establece que:
Umbral de dolor= 1012 I0= 1 watts/m2
Se puede decir que el rango dinámico de audición va desde el umbral de audición hasta el umbral de dolor.
Las personas no perciben de forma lineal el cambio (aumento/disminución) de la potencia sonora conforme se acercan/alejan de la fuente o conforme aumenta/disminuye la potencia de dicha fuente.
Una “regla de oro” ampliamente usada para el volumen de un sonido particular, es que el sonido debe aumentarse en intensidad por un factor de diez para percibirlo el doble de fuerte. Una manera común de decirlo es que en una orquesta se necesitan 10 violines para que suenen dos veces más fuerte que un solo violín.
Esta situación lleva a considerar que para expresar cambios de intensidad sonora que sean más compatibles con la percepción del volumen que tienen los seres humanos se utilice el decibelio.
El decibelio o decibel, con símbolo dB, es el guarismo que se utiliza para expresar la intensidad de sonido I referida al umbral de audición I0.
I (dB)= 10 log10 [ I / I0 ]
Una referencia útil de tipo general es que para el oído humano la diferencia apenas perceptible (JND) de la intensidad de sonido es de aproximadamente 1 decibelio.
JND= 1 dB
En decibeles, el umbral de audición, el umbral de dolor y la sensación subjetiva de duplicación de volumen se expresan entonces como:
Umbral de Audición (I0)= 0 dB
Umbral de dolor= 120 dB
Sensación subjetiva de la duplicación de volumen= 10 dB
Algunas consideraciones prácticas respecto a los decibles
- La suma de los decibles no es lineal
La suma de decibelios no es lineal: 40 dB + 40 dB ≠ 80dB. Para sumar decibelios hay que aplicar la siguiente expresión:
x dB + y dB =10log(10^x/10 + 10^y/10)
De tal forma que:
40 dB + 40 dB = 10 log(10^40/10 + 10^40/10) = 43 dB
Al sumar dos valores iguales “x” la suma de ambos es igual al valor “x + 3dB”
Ej: 34 dB + 34 dB = 37 dB
Si la diferencia entre ambos valores es superior 10 dB nivel práctico se considera que el menor no aporta nada
Ej: 60 dB + 50dB ≈ 60 dB
- Regla de la duplicación de distancia
Una regla práctica a la hora de determinar el volumen a una determinada distancia de una fuente sonora es utilizar la regla de la duplicación de la distancia: “La duplicación de la distancia causa una reducción del volumen de aproximadamente 6 dB”.
Legislación
Toda la legislación laboral y las reglamentaciones gubernamentales referidas al ruido expresan al mismo en decibles. Los sonidos de nuestro medio ambiente se clasifican en 4 categorías (ver figura):
- Hasta los 80 dB (verde), no hay ningún riesgo para el oído, cualquiera que sea la duración de la exposición;
- de 80 a 90 dB (amarillo), se está acercando la zona de daño, pero solo puede haber algún peligro con exposiciones de muy larga duración;
- de 90 a 115 dB (rojo), el oído está en peligro: cuanto más fuerte es el sonido más lesiones aparecerán en menos tiempo;
- por encima de los 115 dB (marrón), ruidos muy cortos (muy breves) provocan daños permanentes de forma inmediata.
También es importante conocer la limitación del sonido que impone la ley sobre determinados productos y el tiempo límite de exposición antes que se produzca un daño en el oído.
Es de destacar que en la legislación se utiliza cada vez con más frecuencia el decibelio ponderado dB (A).
En la definición del decibelio estándar dB no se realiza una ponderación de las frecuencias del ruido, y es importante señalar que el oído humano tiende a ser insensible a bajas y altas frecuencias del expectro audible. La idea del decibelio ponderado, es que exprese con más exactitud la respuesta del oído humano, y para ello las mediciones se realizan asignando una mayor ponderación sobre aquellas frecuencias más sensibles al oído (que por lo tanto se consideran más dañinas para nuestros oídos), que son las frecuencias medias.
Existe también el decibelio ponderado dB (B) y el dB (C). Las curvas de ponderación se pueden ver en la gráfica de más abajo:
Curvas de Ponderación A, B y C
El nivel global de ruido expresado en dB no se puede pasar directamente a dBA, lo hay que pasar banda a banda. Abajo se puede ver un ejemplo:
En general un valor de ruido global expresado en dBA será menor a otro expresado en dB.
El aviso acústico
El aviso acústico a través de sirenas se encuentra regulado por la norma EN 457 y DIN 33404 parte 3 entre otras.
La señal acústica debe tener una duración mínima de 30 segundos, no obstante, puede estar interrumpida durante el mismo período por mensajes verbales. El nivel acústico de la señal de peligro irradiada tiene que alcanzar un valor mínimo de 75 dB(A) y debe tener una diferencia sobre el ruido interferente mayor a 10 dB(A).
Caso concreto: Sirena marca STAHL Serie YA90 para áreas clasificadas
Se trata de una sirena muy popular en refinerías y aceiteras debido a la variedad de tonos que se pueden seleccionar.
Sirena para Zona 1 y Zona 2, serie YA90 – STAHL
- Sonoridad máxima 115 dB (A) / 1 m
- Posee treinta y dos (32) tonos seleccionables
- Se pueden fijar dos tonos –vía dip-switch- y seleccionar a uno de ellos a través de dos señales de control
- Carcasa de poliéster reforzado con vidrio ligero (GRP)
- Soporte ajustable de acero inoxidable incluido
- Acabado superficial en pintura roja
- Acometidas con prensacables M20 como estándar
- Temperatura de utilización -60 a 60°C
- IP 66
- Para instalación en Zona 1, 2, 21 y 22
Los tonos disponibles en la sirena, seleccionables a través de dip-switch, son los siguientes:
Haga clic para reproducir todos los sonidos de ejemplo: http://bit.ly/2m64UA4
UKOOA, que es la organización referente de la industria de gas y petróleo offshore en el Reino Unido de Gran Bretaña, recomienda para la prevención de incendios y explosiones, y respuesta a emergencias (PFEER) los siguientes tonos:
- Para alarma general: Tono 15
- Para alarma PAPA (Prepare to abandon platform alarm): Tono 31
- Para alarma de gas tóxico: Tono 11
R. STAHL es un proveedor líder de unidades de señalización para una gran variedad de alarmas audibles, visuales o combinadas. Nuestros dispositivos de control para sistemas de alarma se desarrollan y producen de acuerdo con rigurosos estándares de calidad y pueden realizar muchas funciones diferentes en numerosas industrias diferentes.
