2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Calibración de instrumental acústico para el cumplimiento de las normativas

Alejandro Osses Vecchi - Jefe de Proyectos [email protected]

Laboratorio de Metrología Acústica, Sociedad Acustical S.A.

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Agenda • Sociedad Acustical S.A. • Normas internacionales: tolerancias para equipos de medición • Calibración en terreno de Sonómetros • Calibración en fábrica de Sonómetros y Calibradores Acústicos • Métodos de calibración de micrófonos • Fallas típicas en sonómetros • ¿Qué puede ocurrir si se utiliza un sonómetro sin certificado de calibración vigente para evaluar fuentes de ruido?

2 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Sociedad Acustical S.A. • Fundación: Año 2007 • Servicios ofertados: - Adquisición de Instrumental Acústico y de Vibraciones - Calibración de Instrumental Acústico y de Vibraciones - Arriendo de Sonómetros • Algunas de las marcas que representamos: - Cirrus Research plc (Inglaterra) - Rion (Japón) - Sinus (Alemania) - Aihua Instruments (China) 3 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Sociedad Acustical S.A. • Algunos de nuestros clientes:

4 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Sociedad Acustical S.A. – Estadísticas 2010 • Porcentaje de operaciones desde el 01/01/2010 – 15/09/2010 3,6 %

46,9 %

49,5 %

Ventas Calibraciones Arriendos

• Las operaciones de Calibración superan en número a las de adquisición de Instrumental 5 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Metrología aplicada a Instrumental Acústico • Se particularizará el caso de los sonómetros y de los calibradores acústicos. Cápsula Micrófono Preamplificador

Calibrador Acústico

Sonómetro

6 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Metrología aplicada a Instrumental Acústico • Distintos equipos, mediciones repetibles: cumplimiento de Normas de carácter internacional. •

IEC 60651:2001 Sound level meters

•

IEC 60804:2000 Integrating-averaging sound level meters

•

IEC 61672-1:2002 Sound Level Meters: Specifications

•

IEC 61260:1995 Octave-band and fractional-octave-band filters

•

IEC 60942:2003 Sound Calibrators

•

IEC 61094 Measurement Microphones

7 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Sonómetros, IEC 61672-1:2002 • Se definen los Sonómetros Clase 1 y Clase 2 • Entre otras características, se definen las curvas de ponderación en frecuencia y las tolerancias asociadas, bajo determinadas codiciones mediambientales. Frec. Hz

Ponderación en frecuencia dB A C

Tolerancias dB Clase 1

Clase 2

31,5

-39,4

-3,0

± 2,0

± 3,5

63

-26,2

-0,8

± 1,5

± 2,5

125

-16,1

-0,2

± 1,5

± 2,0

250

-8,6

0,0

± 1,4

± 1,9

500

-3,2

0,0

± 1,4

± 1,9

1.000

0,0

0,0

± 1,1

± 1,4

2.000

+1,2

-0,2

± 1,6

± 2,6

4.000

+1,0

-0,8

± 1,6

± 3,6

8.000

-1,1

-3,0

+ 2,1; - 3,1

± 5,6

8 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Calibradores Acústicos, IEC 60942 • Se definen los Calibradores Acústicos: Clase LS (Estándar de Laboratorio), Clase 1 y Clase 2

9 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Metrología aplicada a Instrumental Acústico • Para garantizar el cumplimiento de las mencionadas normas, periódicamente se debe realizar una serie de pruebas acústicas y eléctricas a cada instrumento de medición • Componente más delicado de un sonómetro: Micrófono • Los micrófonos deben calibrarse de manera individual, así como de manera conjunta con el sonómetro en el que se utilizará.

10 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Métodos de Calibración de Micrófonos • Existen 2 tipos de calibración de micrófono: Calibración Primaria: se determinan las características mediante la determinación de parámetros asociados al micrófono en evaluación como voltaje y corriente eléctrica, área, volumen, densidad, entre otros. Calibración Secundaria: se determinan las características tomando como referencia un micrófono patrón con características conocidas.

11 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Métodos de Calibración de Micrófonos • Calibración Primaria: Reciprocidad. Se define en IEC 60942-2:2009 e IEC 60942-3:1995 para condiciones de campo de presión y campo libre. Utilizada principalmente para la calibración de micrófonos de estándar de laboratorio • Calibración Secundaria: Método por Actuador Electrostático. Se define en IEC 60942-6:2004 Por comparación. Se define en 60942-5:2001 12 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Método del Actuador Electrostático • El actuador electrostático es un dispositivo que permite obtener la respuesta en frecuencia del micrófono en evaluación.

• El actuador electrostático posee una placa fija la que debe ubicarse próxima al micrófono que se está evaluando.

13 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Método del Actuador Electrostático • Se hace variar la tensión entre el actuador y el diafragma, produciéndose una fuerza electrostática distribuida en el diafragma del micrófono. • La presión electrostática que típicamente se aplica está entre 0,3 Pa y 3,0 Pa (entre 84 dB y 103 dB). • La incertidumbre de la medición varía entre 0,2 dB para frecuencias bajas y medias y 0,8 dB para frecuencias altas.

14 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Método de Calibración por Comparación • Se usa un micrófono de referencia. • El micrófono a calibrar se somete a la misma presión sonora que el micrófono de referencia (comparación simultánea). • Con los NPS de ambos micrófonos y conociendo la sensibilidad del micrófono de referencia es posible determinar la sensibilidad del micrófono en evaluación:

Mt – Sensibilidad del micrófono en evaluación Mref – Sensibilidad del micrófono de referencia Lt, Lref – NPS medidos para los respectivos micrófonos

15 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Método de Calibración por Comparación • El acoplamiento de los micrófonos varía según el campo en el que se desea calibrar el micrófono: campo de presión, campo difuso o campo libre. • Para el acoplamiento en campo de presión se utiliza un acoplador • Para el acoplamiento en campo difuso reverberante

se usa una cámara

• Para el acoplamiento en campo libre se usa una cámara anecoica • La incertidumbre de la medición varía entre 0,2 dB para frecuencias bajas y medias y 0,3 dB para frecuencias altas.

16 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Calibración de Sonómetros • Se efectúan una serie de pruebas eléctricas y acústicas para el sonómetro-preamplificador-micrófono, determinándose las tolerancias asociadas a cada uno de los parámetros de un sonómetro. Algunas de estas pruebas: De acuerdo a ANSI 1.4-1983, IEC 60651: • Nivel de linealidad • Curva de ponderación en frecuencia A • Curva de ponderación en frecuencia C • Detector de Overload (Saturación) • Ponderaciones temporales F/S/I/peak

17 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Calibración de Sonómetros • Se efectúan una serie de pruebas eléctricas y acústicas para el sonómetro-preamplificador-micrófono, determinándose las tolerancias asociadas a cada uno de los parámetros de un sonómetro. Algunas de estas pruebas: De acuerdo a ANSI 1.43, IEC 60804: • Promedio temporal • Prueba de linealidad • Los resultados de estas pruebas son registrados y entregados como anexo a los certificados de calibración, especificando las tolerancias del equipo evaluado.

18 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Certificados de Calibración

19 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Certificados de Calibración • • • •

Se especifican los equipos usados para la calibración Fecha de calibración. Tolerancias cumplidas antes y/o después de la calibración. Tolerancias medidas:

20 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Sociedad Acustical S.A. – Calibración • En Chile, existe la recomendación de calibrar los sonómetros cada 2 años, los calibradores acústicos cada 1 año. • En Chile actualmente no existe un laboratorio acreditado para la calibración de Sonómetros/Analizadores de vibraciones. • El servicio es realizado enviando los equipos a Estados Unidos: Scantek Inc. (certificación trazable con el NIST) • Para sonómetros, la calibración se realiza usando el método del Actuador Electrostático. • Plazo típico de calibración: 35 días corridos.

21 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Calibración en Terreno • Sonómetros: cada vez que se realiza una medición acústica, se debe realizar la calibración en terreno del equipo usando un calibrador acústico. • Esta verificación se realiza (generalmente) a 94 dB@1 kHz • Esta verificación no permite evaluar los parámetros generales del sonómetro como las curvas de ponderación A y C y el estado de la respuesta en frecuencia del micrófono. • En ninguna circunstancia el proceso de calibración en terreno puede reemplazar la necesidad de efectuar una “calibración en fábrica” de un sonómetro. 22 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

¿Qué puede ocurrir si no se mantiene una política de calibración de equipos?

• Respuesta en frecuencia medida para un micrófono Clase 1:

• El símbolo indica la respuesta en frecuencia típica de un micrófono de condensador. 23 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

¿Qué puede ocurrir si no se mantiene una política de calibración de equipos?

• Si el sonómetro es usado con este micrófono para los siguientes casos:

Con micrófono anterior: NPS total = 84,4 dB(Z)

Con micrófono normal: NPS total = 86,5 dB(Z)

• Variación de la medición: 2,1 dB 24 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

¿Qué puede ocurrir si no se mantiene una política de calibración de equipos?

• Si el sonómetro es usado con este micrófono para los siguientes casos:

Con micrófono anterior: NPS total = 84,7 dB(A)

Con micrófono normal: NPS total = 87,0 dB(A)

• Variación de la medición: 2,3 dB 25 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

¿Qué puede ocurrir si no se mantiene una política de calibración de equipos?

• Dependiendo de las características espectrales del ruido evaluado las diferencias registradas pueden superar los errores presentados en este ejemplo. • En este caso, la calibración en terreno no habría arrojado ninguna anormalidad, ya que el deterioro en la respuesta de frecuencia comienza un poco más arriba de 1 kHz.

26 de 27

2° Congreso Internacional de Acústica

2° Congreso Internacional de Acústica 8, 9 y 10 de septiembre de 2010 8, 9 y 10 de septiembre de 2010

Conclusiones • Es importante seguir una política de calibración del instrumental acústico y de vibraciones. • La calibración en terreno es un proceso de verificación general y sólo evalúa puntos discretos (generalmente sólo a 1 kHz). En torno a la desviación a esta frecuencia se aplica una corrección general. • El no cumplimiento de las tolerancias especificadas por norma, aumenta el sesgo en las mediciones, afectando negativamente los resultados de análisis en estudios acústicos.

27 de 27

Fin de la presentación, pero inicio de preguntas...

Esta publicación está disponible para su descarga gratuita en www.acustical.cl

¡Gracias!