CONTRASTES DE LOS DESARROLLOS EMPIRICOS Y TEÓRICOS DEL CONTROL DEL RUIDO CON RELACIÓN A LA LEGISLACIÓN COLOMBIANA

PRESENTADO POR: JUAN SEBASTIAN MONTAÑO ERAZO

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE ING. ELECTRONICA SANTIAGO DE CALI 2013

CONTRASTES DE LOS DESARROLLOS EMPIRICOS Y TEÓRICOS DEL CONTROL DEL RUIDO CON RELACIÓN A LA LEGISLACIÓN COLOMBIANA

PRESENTADO POR: JUAN SEBASTIAN MONTAÑO ERAZO

Trabajo para optar al grado de Ingeniero Electrónico

Asesor: Ing. Carlos Mauricio Betancur Vargas

UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE ING. ELECTRONICA SANTIAGO DE CALI 2013

Nota de aceptación: _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________ _________________________________

_________________________________ Firma del presidente del jurado

_________________________________ Firma del jurado

_________________________________ Firma del jurado

Santiago de Cali, 22 de abril de 2013.

A mis padres Carlos y Josefina, que se esforzaron por darme siempre lo mejor.

AGRADECIMIENTOS

En el proceso de realización de mi trabajo de grado conté con la participación de distintas personas que enriquecieron y ayudaron a darle forma a esta obra, así mismo me fortalecieron y me brindaron su apoyo. Es por eso que quiero dar gracias a mis padres que me ayudaron desde siempre a poder continuar mis estudios y por su apoyo en cada momento, a mis amigos y compañeros de estudio, a familiares y personas cercanas que estuvieron cerca en el proceso de mi carrera y concretamente a las siguientes personas: Carlos Mauricio Betancur (Asesor del trabajo de grado), Erika Sarria Navarro (Profesora), Juan Carlos Cruz (Profesor), Carlos Porras (Profesor), Gonzalo Becerra (Profesor), Alexander Rivera Yépez, Dayra Eliana Díaz Ordoñez, Luisa Fernanda Carvajal, Juliana Mazuera, Mónica Patricia Londoño Moreno, Eduardo Rivas, Freddy Arévalo. Y a todas las personas que de alguna manera contribuyeron con este trabajo, por ultimo pero no de último, quiero dar gracias a Dios por la oportunidad de poder crecer como persona.

Muchas gracias.

CONTENIDO

INTRODUCCIÓN ................................................................................................... 29 1. OBJETIVOS .................................................................................................... 31 1.1. OBJETIVO GENERAL .................................................................................... 31 1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ........................................................................... 31 2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES DE SONIDO Y RUIDO ............................... 33 2.1. EL SONIDO .................................................................................................... 33 2.2. LONGITUD DE ONDA .................................................................................... 36 2.3. IMPEDANCIA ACÚSTICA............................................................................... 38 2.4. IMPEDANCIA ACÚSTICA ESPECÍFICA ........................................................ 38 2.5. IMPEDANCIA MECÁNICA .............................................................................. 39 2.6. IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA ................................................................. 39 2.7. INTENSIDAD SONORA .................................................................................. 40 2.8. ESCALAS DE PONDERACIÓN ...................................................................... 40 3. RUIDO ............................................................................................................. 43 3.1. TIPOS DE RUIDO ........................................................................................... 44 3.1.1. Ruido continuo ............................................................................................. 45 3.1.2. Ruido intermitente ........................................................................................ 45 3.1.3. Ruido impulsivo ............................................................................................ 45 3.1.4. Ruido acorde al tono .................................................................................... 46 3.1.5. Ruido acorde a bajas frecuencias ................................................................ 46 3.2. RUIDO BLANCO............................................................................................. 47 3.3. NIVEL DE PRESIÓN SONORA (SPL) ............................................................ 48 3.4. NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (IL) .......................................................... 49 3.5. NIVEL DE POTENCIA SONORA (PWL) ......................................................... 50 3.6. DESCRIPTORES DE RUIDO ......................................................................... 50 3.6.1. Nivel de presión acústica ............................................................................. 50 3.6.2. Nivel sonoro constante equivalente ............................................................. 51 3.6.3. Nivel de exposición sonora .......................................................................... 52 3.6.4. Dosis de ruido .............................................................................................. 54 4. ACÚSTICA ...................................................................................................... 55 5. EL OÍDO .......................................................................................................... 59 5.1. OÍDO EXTERNO ............................................................................................ 59 5.2. OÍDO MEDIO .................................................................................................. 60

5.3. OÍDO INTERNO.............................................................................................. 64 5.4. UMBRALES DE FRECUENCIA Y AUDICIÓN ................................................ 68 5.5. LESIONES DEL OÍDO .................................................................................... 70 5.5.1. Hipoacusia ................................................................................................... 70 5.5.2. Tinnitus ........................................................................................................ 72 5.5.3. Fusión de los osteocillos óticos .................................................................... 72 5.5.4. Ruptura del tímpano .................................................................................... 72 6. CASOS DE ESTUDIO ..................................................................................... 75 6.1. BOGOTÁ......................................................................................................... 75 6.2. MEDELLÍN ...................................................................................................... 79 6.3. CALI ................................................................................................................ 83 6.4. BARRANQUILLA ............................................................................................ 86 6.5. CARTAGENA.................................................................................................. 88 7. CONTROL DEL RUIDO .................................................................................. 93 7.1. TEORÍA DE CONTROL .................................................................................. 93 7.1.1. Control abierto (No realimentado) ................................................................ 96 7.1.2. Control cerrado (Realimentado) ................................................................... 97 7.2. CONTROL PASIVO DE RUIDO...................................................................... 98 7.3. CONTROL ACTIVO DE RUIDO.................................................................... 100 7.3.1. Algoritmo FxLMS ....................................................................................... 101 7.3.2. Algoritmo MFxLMS .................................................................................... 103 7.4. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y CONTROL........................................... 103 7.4.1. Sonómetros................................................................................................ 104 7.4.2. Limitadores ................................................................................................ 106 7.4.2.1. Control de nivel por señal eléctrica ......................................................... 107 7.4.2.2. Control de nivel por micrófono ................................................................ 107 7.4.3. Dosímetros................................................................................................. 107 7.4.4. Calibradores............................................................................................... 109 7.4.5. Fuentes de ruido acústico .......................................................................... 110 7.4.6. Transductores ............................................................................................ 110 7.5. MATERIALES ACÚSTICOS ......................................................................... 111 7.5.1. Coeficiente de absorción............................................................................ 111 7.5.2. Coeficiente de reducción de ruido .............................................................. 112 7.6. TIPOS DE MATERIALES ACÚSTICOS ........................................................ 112 7.6.1. Materiales absorbentes .............................................................................. 114 7.6.2. Materiales aislantes ................................................................................... 125 7.6.3. Materiales difusores ................................................................................... 127

7.7. SILENCIADORES ......................................................................................... 128 7.7.1. Silenciadores rectangulares ....................................................................... 129 7.7.2. Silenciadores circulares ............................................................................. 129 7.8. GEOMETRÍAS .............................................................................................. 129 7.9. TIPOS DE PROTECTORES AUDITIVOS ..................................................... 131 7.9.1. Protección pasiva ....................................................................................... 132 7.9.2. Protección no pasiva .................................................................................. 135 7.10. MÉTODOS EMPÍRICOS ............................................................................. 137 7.10.1. Cajas o paneles de huevo........................................................................ 137 7.10.2. Cortinas gruesas ...................................................................................... 138 7.10.3. Ventanas con vidriado hermético ............................................................. 139 7.10.4. Paneles de yeso y madera....................................................................... 139 7.10.5. Lana mineral de roca ............................................................................... 140 8. NORMATIVA ................................................................................................. 143 8.1. NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS ........................................................ 152 8.2. NORMAS EN SALUD OCUPACIONAL ........................................................ 159 9. CONTRASTES .............................................................................................. 163 9.1. ESPACIOS URBANOS RUIDOSOS ............................................................. 164 9.2. LA USURA DEL RUIDO................................................................................ 166 9.3. EL RUIDO A NIVEL COMERCIAL ................................................................ 168 9.4. EL RUIDO EN LA NORMATIVA ................................................................... 169 9.5. CONSIDERACIONES ACERCA DEL RUIDO............................................... 170 10. CONCLUSIONES .......................................................................................... 173 BIBLIOGRAFÍA .................................................................................................... 177

LISTA DE TABLAS

Tabla 1. Tabla de las escalas de ponderación. ...................................................... 41 Tabla 2. Umbrales en relación a las presiones sonoras. ....................................... 61 Tabla 3. Grados de intensidad de la hipoacusia. ................................................... 71 Tabla 4. Información sobre los microambientes del estudio. ................................. 76 Tabla 5. Tráfico de los microambientes. ................................................................ 77 Tabla 6. Resultados de las mediciones en los microambientes. ............................ 77 Tabla 7. Horario en que se realizaron las mediciones correspondientes. .............. 79 Tabla 8. Media de los niveles de ruido acorde a los días de la semana en CIRENA. ............................................................................................................................... 84 Tabla 9. Factores ambientales y médicos manifestados en los encuestados. ....... 87 Tabla 10. Manifestaciones clínicas de enfermedades auditivas recurrentes. ........ 87 Tabla 11. Niveles de mayor presión sonora reportadas en las mediciones de los años 2007 y 2008. ................................................................................................. 90 Tabla 12. Problemáticas detectadas por los encuestados. .................................... 91 Tabla 13. Causas de enfermedades por ruido. .................................................... 143 Tabla 14. Estándares máximos permisibles de niveles de emisión de ruido. ...... 145 Tabla 15. Estándares máximos permisibles de niveles de ruido ambiental. ........ 148 Tabla 16. Niveles sonoros máximos permisibles en Colombia. ........................... 149 Tabla 17. Nivel de presión sonora permitida para los vehículos en Colombia. .... 150 Tabla 18. Valores permisibles para ruido continuo o intermitente en Colombia. . 150 Tabla 19. Niveles permitidos para el ruido de impacto en Colombia. .................. 151 Tabla 20. Estándares ISO referentes a los métodos de medición y cálculo. ....... 152 Tabla 21. Nombres y símbolos para cantidades y unidades acústicas. ............... 155 Tabla 22. Comparación de los tres estándares aprobados por REAT . ............... 159

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Tipos de sonido. ..................................................................................... 34 Figura 2. Representación de un sonido periódico simple o tono puro. .................. 35 Figura 3. Representación de un sonido periódico complejo. ................................. 35 Figura 4. Representación de un sonido transitorio................................................. 36 Figura 5. Longitud de onda. ................................................................................... 37 Figura 6. Tipos de ruido. Dónde a) Ruido continuo, b) Ruido intermitente y c) Ruido impulsivo. ............................................................................................................... 44 Figura 7. Intervalos sonoros o sobretonos. ............................................................ 56 Figura 8. Diagrama de las tres ramas de la acústica con miras al control del ruido. ............................................................................................................................... 58 Figura 9. Pabellón auricular. .................................................................................. 60 Figura 10. Cadena de huesecillos de la cavidad timpánica. .................................. 62 Figura 11. Oído medio. .......................................................................................... 63 Figura 12. Espectro audible del ser humano. ........................................................ 64 Figura 13. Estructura del oído interno. ................................................................... 65 Figura 14. Respuesta de la membrana basilar. ..................................................... 66 Figura 15. Estructura completa del oído. ............................................................... 67 Figura 16. Umbral de dolor. ................................................................................... 68 Figura 17. Umbral de audición normal. .................................................................. 69 Figura 18. Mapas de ruido de la ciudad de Bogotá en horario a) Diurno y b) Nocturno. ............................................................................................................... 78 Figura 19. Resultados de encuestas en la comuna La Candelaria, Medellín 2004. a) Ruido vehicular, b) Ruido por pregoneo. ........................................................... 80 Figura 20. Porcentaje de molestia por barrios de la comuna La Candelaria, Medellín, según encuesta. ..................................................................................... 81 Figura 21. Comparación de los niveles de presión sonora reales (medidos) y los permitidos por norma. ............................................................................................ 82 Figura 22. Mapa de Medellín con los puntos de medición para la creación de los mapas de ruido. ..................................................................................................... 83 Figura 23. Mapa de ruido de la ciudad de Cali en las comunas 2, 17 y 19. ........... 85 Figura 24. Zonas de muestreo. .............................................................................. 89 Figura 25. Niveles de presión sonora en las distintas zonas de medición. ............ 90 Figura 26. Bucla de control general sin planta. ...................................................... 94 Figura 27. Bucla de control general con planta. ..................................................... 96 Figura 28. Elemento de detección de error. ........................................................... 97 Figura 29. Relación entre las bases de la teoría de control y el control de ruido. .. 98

Figura 30. Algoritmo LMS. ................................................................................... 102 Figura 31. Filtro adaptativo. ................................................................................. 102 Figura 32. Controlador de un solo canal que emplea un algoritmo FxLMS. ........ 103 Figura 33. Diagrama de un sonómetro. ............................................................... 105 Figura 34. Diagrama de un limitador. ................................................................... 106 Figura 35. Diagrama de un dosímetro. ................................................................ 108 Figura 36. Diagrama de un calibrador.................................................................. 109 Figura 37. Comparativa del desempeño entre materiales acústicos.................... 114 Figura 38. Material poroso y absorbente. ............................................................ 115 Figura 39. Resonador diafragmático. ................................................................... 117 Figura 40. Diseño de un resonador de Helmholtz. ............................................... 118 Figura 41. Distrubición de un grupo de resonadores de Helmholtz. .................... 121 Figura 42. Resonador múltiple de cavidad con panel perforado. ......................... 122 Figura 43. Distribución de un cuadrante conformado por 4 perforaciones, describiendo las dimensiones típicas para el resonador. ..................................... 123 Figura 44. Distribución de un cuadrante conformado por 4 perforaciones, describiendo las dimensiones típicas para el resonador. ..................................... 125 Figura 45. Perdida de transmisión entre dos tabiques macizos. .......................... 126 Figura 46. Campo sonoro sin perturbaciones. ..................................................... 127 Figura 47. Diseño básico de un elemento difusor. ............................................... 128 Figura 48. Espumas absorbentes con geometría triangular. ............................... 130 Figura 49. Representación abstracta de la incidencia sonora en un material con una geometría triangular. ..................................................................................... 131 Figura 50. Orejeras de protección........................................................................ 132 Figura 51. Casco con orejeras de protección....................................................... 133 Figura 52. Tapones de protección. ...................................................................... 134 Figura 53. Cascos anti-ruido. ............................................................................... 134 Figura 54. Protectores auditivos dependientes del nivel. ..................................... 135 Figura 55. Protectores ANR. ................................................................................ 136 Figura 56. Protectores auditivos con sistema de comunicación........................... 137 Figura 57. Relación gráfica entre a) paneles acústicos de espuma y b) paneles de huevo. .................................................................................................................. 138 Figura 58. Panel yeso. ......................................................................................... 139 Figura 59. Panel de madera. ............................................................................... 140 Figura 60. Lana de roca. ...................................................................................... 140 Figura 61. Normativas sobre el ruido. .................................................................. 161 Figura 62. Representación de una canción con sobrecompresión, en este ejemplo particular Stairway to heaven de Led Zeppelin. ................................................... 168

GLOSARIO

ACTUADOR: Parte de la bucla de control que se encarga de ajustar los niveles de la señal que obtiene entregando la variable manipulada.

ACÚFENOS: Ver Tinnitus.

ACÚSTICA: Rama de la física que estudia los fenómenos concernientes al comportamiento del sonido y en general las ondas mecánicas que se propagan por un medio físico.

AMPLITUD: Diferencia entre la máxima y la mínima presión sonora.

ANSI: Acrónimo de American National Standards Institute, es la entidad reguladora americana de los estándares en procesos y terminología.

BANDAS DE OCTAVA: Grupos de frecuencias donde la frecuencia más alta es dos veces mayor a la frecuencia más baja.

BUCLA DE CONTROL: Diagrama del lazo que incluye las partes fundamentales de un proceso de control el cual puede ser cerrado o abierto.

CICLO POR SEGUNDO: en referencia a una señal, es la representación de un suceso o evento que se repite cada segundo. Ver Hercio.

COEFICIENTE DE ABSORCIÓN : Razón entre el sonido que incide sobre una superficie y el sonido reflejado por la misma superficie, dónde 0 representa total reflexión y 1 total absorción.

COEFICIENTE DE REDUCCIÓN DE RUIDO (NRC): Media entre los valores de absorción entre las bandas de los 250 y los 2000Hz.

CONTROL ACTIVO DE RUIDO (ANC): Proceso implementado para anular el ruido no deseado, en general este proceso consta de un micrófono que capte el ruido, un DSP y una bocina que emita el ruido procesado.

CONTROLADOR: Sección de la bucla de control que compara la señal de error con la señal realimentada (si la hay) y se encarga de compensar y estabilizar el sistema.

CURVA ISOFÓNICA: Son curvas que describen la relación entre intensidad y frecuencia de un sonido para que este sea percibido con igual volumen que otro sonido con diferente frecuencia por el oído.

DALY: Acrónimo de Disability-Adjusted Life Year, es el indicador para determinar los años en que una persona pudo haber seguido con vida si no hubiera adquirido una enfermedad que acabo cons u vida.

DECIBELIO (dB): También conocido como decibel, es la décima parte de un belio. Es la unidad por excelencia empleada para medir el nivel de potencia e intensidad del sonido. El decibelio o decibel es una unidad logarítmica que relaciona potencias, una potencia a analizar o tratar con respecto a una potencia de referencia.

DECIBELIO PONDERADO: Se define como una unidad logarítmica que relaciona potencias y que es aproximada acorde a las curvas isofónicas. Existen 4 unidades ponderadas, dBA, dBB, dBC y dBC, todas adecuadas acorde a los niveles de potencia y sonoridad.

DOSÍMETRO: Instrumento de medición de energía sonora que impacta un espacio y un tejido vivo. Permiten determinar la cantidad de ruido absorbe una persona por el tiempo de medición.

DSP: Procesador digital de señales, se encarga de tomar una señal de entrada y modificarla acorde a ciertos parámetros e instrucciones.

EMISOR: Ver Fuente emisora

ERGOTICIDAD: Es una propiedad del ruido estacionario la cual de forma probabilística plantea la similitud entre un valor de ruido en forma de voltaje con rango y tiempo cualquiera y la fracción de tiempo en la que esta tensión de ruido toma un valor de entre el rango dependiendo si el tiempo de medición es suficientemente alto.

ERROR: Diferencia entre la señal de referencia del sistema y la salida del sistema.

ESPECTRO: Representación gráfica de las frecuencias que integran a un sonido y su correspondiente nivel de presión sonora.

FEED-FORWARD: En un sistema de control, un sistema feed-forward responde acorde a los cambios del entorno.

FON (PHON): Unidad de sonoridad, es variable acorde a la intensidad y la frecuencia de un sonido determinado.

FRECUENCIA (f): Número de oscilaciones por segundo de una señal, su nomenclatura es en hercios (Hz).

FUENTE EMISORA: Se encarga de producir o manipular el sonido y/o ruido y propagarlo a través de un medio.

HERCIO (Hz): También conocido como Hertzio o Hertz, es la unidad física que representa la repetición de un ciclo por segundo y se aplica en general a las oscilaciones realizadas por una señal en un tiempo unitario, es decir 1 segundo.

HIPOACUSIA: Perdida de la audición. Existen rangos de hipoacusia para determinar la sordera y su gravedad.

IMPEDANCIA ACÚSTICA: Relación entre la energía generada por la presión sonora con respecto a la velocidad del sonido.

Dónde: = Impedancia acústica. = Presión sonora. = Velocidad del sonido.

ISO: Acrónimo de International Organization for Standarization, es la entidad encargada a nivel mundial de promover la estandarización de procesos y términos.

LIMITADOR: Dispositivo empleado para el registro frecuencial de una señal entrada. El dispositivo toma la entrada de sonido, la adecua y ajusta la salida del sonido.

LONGITUD DE ONDA: Es la distancia que recorre una onda la cual lleva una velocidad concreta y que vibra a una frecuencia particular.

Dónde: = Longitud de onda (Lambda). = Velocidad de la onda. = Frecuencia de la onda.

MEDIO: Es el espacio por el cual el sonido y el ruido se propagan, el medio de propagación debe ser un fluido como el aire o el agua.

NIVEL DE PRESIÓN SONORA (SPL): Se define como 20 veces el logaritmo de la relación existente entre los valor eficaces de la presión sonora y la presión de umbral (Threeshold) a 1KHz.

Dónde: = Presión eficaz del sonido. = Presión eficaz del umbral de audición a 1KHz (2x10-5 Pa).

NTC: Acrónimo de Norma técnica colombiana, es una normativa diseñada por la empresa ICONTEC para la estandarización de procesos y términos además de fomentar la gestión de calidad.

PLANTA: Etapa de la bucla de control que ejemplifica la maquinaria física que interviene en el proceso de control.

POT: Acrónimo de Plan de ordenamiento territorial, permite distribuir acorde a intereses sociales y económicos los espacios de un municipio y las zonas o áreas.

REALIMENTACIÓN: Estado de la bucla de control cerrada la cual hace uso de sensores, transductores y transmisores de señal para realimentar el sistema.

REVERBERACIÓN: Fenómeno producido por la reflexión el sonido el cual permanece bajo un tiempo posterior a la emisión.

RECEPTOR: Ver Sujeto receptor.

RUIDO: Es todo sonido que resulta molesto para una o más personas, a pesar de que el ruido puede ser subjetivo acorde al juicio de cada persona, el ruido puede manifestarse de manera estridente como de manera calmada pero efectivamente éste conlleva a problemas tanto físicos como psicológicos.

SALIDA CONTROLADA: Salida del sistema de control, la cual debe en teoría ser igual a la señal de referencia o entrada del sistema.

SEÑAL: Transmisión de comunicación que conlleva una información o relacionada acerca de un evento, variable o notificación.

SEÑAL DE CONTROL: Señal compensada a partir del error del sistema controlado.

SEÑAL DE REFERENCIA: Entrada del sistema la cual idealmente debe tender a ser igual a la salida del sistema para que este sea estable.

SISTEMA EMBEBIDO: Sistema circuital dedicado que está diseñado con el fin de atender una única tarea.

SONIDO: Vibración que se manifiesta a través de un medio físico y por medio del cual se produce una presión que se propaga en forma de onda longitudinal. Esta

vibración se genera por la interacción entre un cuerpo físico y el medio circundante.

SONÓMETRO: Instrumento de medición de presión sonora, este instrumento puede medir en distintas escalas de ponderación acorde a las limitaciones de sensibilidad del mismo instrumento y del micrófono, también puede realizar procesamiento de la señal para graficar los datos obtenidos. Los sonómetros integradores emplean una formula integral para calcular el nivel de presión sonora.

SONORIDAD: Medida subjetiva de la intensidad con la cual un sonido es percibido.

SUJETO RECEPTOR: Es la persona que se encuentra directamente impactada por el ruido que se encuentra en el medio.

TENSIÓN DE RUIDO: Hace referencia al ruido visto en forma de voltaje, bien puede ser de forma que se represente el ruido sonoro o el ruido eléctrico que algunos dispositivos electrónicos pueden experimentar.

TREN DE IMPULSOS: Agrupación de señales de impulso que pueden o no ser periódicas por un tiempo determinado.

TINNITUS: Afección del oído interno, se describe como un sonido generado internamente y afecta las actividades de la persona que lo sufre, entre ellas afecta el sueño. Se puede presentar de forma permanente cuando ha habido un daño grave producido por el ruido excesivo o temporal causado por estrés o infecciones.

VARIABLE MANIPULADA: Señal de ajuste para los niveles que se requieren para la planta.

RESUMEN

En el siguiente documento de investigación se abarcó la problemática del ruido teniendo como base información teórica y ciertos avances empíricos e implementaciones prácticas llevadas a cabo en nuestro país, como trasfondo de la realidad de esta problemática haciendo uso de conceptos y definiciones propias del problema del ruido. Se profundizó en el impacto de que tiene el ruido en el ser humano en especial en su audición y las afecciones que puede desarrollar conforme a los niveles de presión sonora que son elevados. Paralelamente se consultó la legislación colombiana concerniente al ruido y su tratamiento, cómo la ley contempla la emisión de ruido y sus límites permisibles por las normativas correspondientes. Finalmente se desarrollaron los contrastes entre la teoría, la práctica y la normativa colombiana que respecta al ruido.

INTRODUCCIÓN

Una de las razones por las cuales el ruido afecta notablemente nuestro diario vivir parte definitivamente de la desinformación sobre este tema y de sus repercusiones a corto, mediano y largo plazo. A pesar de que podemos encontrar gran cantidad de información relevante al tema, también encontramos discrepancias y confusiones cuando es de realizar una comparación o contraste entre términos o ideas que tratan la problemática del ruido sin mencionar las causas por las cuales se produce. En la naturaleza es inherente el fenómeno del ruido como una respuesta al contacto o roce entre superficies tal como se produce cualquier otro sonido, pero las cualidades del ruido varían en cuanto este se presente en una fuente emisora, un sujeto receptor o de por si en el medio y también desde el enfoque en que se mire al ruido. A pesar de las características del ruido ciertamente no podemos llegar a eliminarlo totalmente más podemos ejercer un control sobre este con el fin de reducir su impacto tanto a una persona individual como a un grupo de personas, un espacio entre otros. En Colombia, se han realizado diversos procesos y tratamientos para controlar el ruido, algunos de manera empírica, otros con ciertas bases de conocimiento en acústica; sin embargo, este campo en nuestro país es relativamente nuevo y falta por explorar tendencias en cuanto a procedimientos que han sido realizados en países por muchos años, donde este tema es de especial atención y donde se hacen estudios minuciosos en este campo. En países como España y Chile existen reglas ambientales que penalizan con gran rigurosidad a quien no acate estas normas; delimitaciones en el volumen del sonido en ciertas áreas del casco urbano son exigidas desde hace un buen tiempo. Nuestro país es joven en cuanto a la penalización del incumplimiento a la normatividad ambiental con respecto al ruido sin embargo esto no quiere decir que anteriormente no hayan existido normas ni leyes que incurran y aborden este problema, pero el conocimiento de esta problemática por parte de la ciudadanía, además de métodos por los cuales se haya dado a conocer lo importante de este problema si se han venido realizando hace poco. En eventos sociales se suele poner música a un volumen que puede ser perjudicial sin que nadie lo reconozca o haya conciencia del daño que se están causando, lo cual también puede considerarse como un problema socio-cultural, el cual debe ser abordado con educación y la instrucción correcta. Esta problemática es muy amplia en muchos aspectos, por esta razón el problema se limita a ser tratado desde tres enfoques relevantes de la acústica: la acústica arquitectónica, la acústica ocupacional y la acústica ambiental. Teniendo en

29

cuenta que las tres se complementan y que son ramas con gran importancia en nuestro entorno dentro de campo tan amplio como lo es la acústica. Para analizar el ruido nos podemos enfocar desde: la fuente emisora que lo pueda contener, el sujeto receptor y/o el medio por el cual el ruido se transmite o está presente. Para cada situación existen ciertos tratamientos que permiten atenuar o difuminar el ruido, como lo pueden ser: el diseño de recintos acústicos, elementos protectores y de prevención como orejeras, y el uso de materiales con propiedades acústicas especiales para aislar o absorber el ruido y el control activo de ruido o ANC (Active Noise Control). El proceso de eliminación del ruido en su totalidad para los tres enfoques mencionados demanda un alto nivel de complejidad, y por tal frecuentemente se opta por la aplicación de tratamientos orientados a su reducción, buscando lograr un grado de tolerancia al mismo y, por consiguiente, una disminución en el impacto directo en cada persona. Entre mayor sea la cantidad de ruido presente, mayor contaminación se genera afectando a más individuos, pues éste es de carácter aditivo y aleatorio; además de ser considerado como un elemento presente en el diario vivir de las personas y una problemática que cada día demanda más atención.

30

1. OBJETIVOS

1.1. OBJETIVO GENERAL Contrastar los desarrollos empíricos que se han realizado en Colombia enfocados a la minimización del ruido con el conocimiento teórico del control del ruido teniendo en cuenta el marco normativo y legal colombiano.

1.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS  Documentar el estado de arte concerniente al control del ruido, en el contexto ambiental, arquitectónico y ocupacional.  Determinar las principales variables en el control de ruido para medir y controlar su impacto en el cuerpo humano.  Analizar los procedimientos utilizados en Colombia dirigidos al control del ruido, indagando sobre los avances empíricos realizados en el país.  Entrevistar personajes reconocidos que posean amplio trabajo en el control del ruido.  Investigar la normativa relacionada al ruido en Colombia.  Contextualizar el conocimiento teórico y empírico con la legislación colombiana.  Consignar el material de la investigación en un libro, con el fin de ampliar las fuentes de consulta bibliográfica sobre la problemática del ruido en Colombia.

31

32

2. CONCEPTOS Y DEFINICIONES DE SONIDO Y RUIDO

Se hace necesario comprender ciertos términos inicialmente para poder apreciar la problemática del ruido desde un punto de vista más técnico, de esta manera abordar esta temática con estas bases teóricas permitirá apreciar la complejidad y la forma de control posible al ruido desde un punto de vista óptimo.

2.1. EL SONIDO El sonido es una vibración que se manifiesta a través de un medio físico y por el cual se propaga en forma de onda longitudinal produciendo presión. Esta vibración ocurre por el movimiento que realiza un cuerpo y la interacción de éste con el espacio que lo rodea; más específicamente con las partículas que lo rodean. Al interactuar entre sí se produce una perturbación que dilatará y contraerá la atmósfera circundante generando el movimiento de las partículas y produciendo el sonido. Se han designado formas de diferenciar la naturaleza de los sonidos y estos se pueden catalogar por la manera en que se manifiestan, teniendo así dos tipos de sonidos: Los sonidos deterministas y los sonidos aleatorios. En los sonidos deterministas se puede encontrar cuatro subdivisiones: Sonidos periódicos simples o tonos puros, sonidos periódicos complejos, sonidos cuasi-periódicos (como un tren de impulsos), y los sonidos transitorios o ruido. En los sonidos aleatorios podemos encontrar los sonidos estacionarios (los cuales se categorizan en dos: ergóticos y no ergóticos) y los no estacionarios. En la Figura 1 se puede apreciar un organigrama que reúne los tipos de sonido que ya se mencionaron, en la categoría de los sonidos deterministas se observa que los sonidos transitorios y el ruido van ligados con una flecha, lo cual hace referencia a que los sonidos transitorios pueden presentar características que presenta el ruido (sin que ambos quieran decir lo mismo).

33

Figura 1. Tipos de sonido.

Fuente: Autor.

Cuando se habla de sonido periódico simple o el tono puro se hace alusión al sonido que comprende una única frecuencia constante , existe en la naturaleza y elementos como un diapasón pueden generar este sonido simple, de ahí el nombre de tono puro o tonalidad pura, una muestra gráfica de un tono puro se aprecia en la Figura 2. El sonido periódico complejo compone además de una frecuencia original conocida como primer armónico o frecuencia fundamental; una serie finita o infinita de frecuencias que son submúltiplos de la frecuencia fundamental también llamadas armónicos, muchos elementos en la naturaleza producen este tipo de sonidos, los instrumentos musicales son un ejemplo ideal y apreciable, los instrumentos que hacen uso de cavidades acústicas resonantes al igual de los que requieren de amplificación generan sonidos periódicos complejos, sin embargo los elementos que requieren amplificación además de los sonidos periódicos complejos que generan respectivamente suman ruido eléctrico a la salida de audio, en la Figura 3 se puede ver el primer armónico en sumatoria con el tercer armónico generado.

34

Figura 2. Representación de un sonido periódico simple o tono puro.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

Los sonidos periódicos complejos parten de un sonido periódico simple y las componentes frecuenciales que se van sumando y generando nuevos armónicos son los que permiten caracterizar y diferenciar un sonido de otro, permitiendo el reconocimiento de un violín de una guitarra. La detección del timbre y la coloratura de un sonido son factores que dependen de estos armónicos.

Figura 3. Representación de un sonido periódico complejo.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

El sonido transitorio es a diferencia de los dos anteriores un sonido donde sus armónicos no son múltiplos de la frecuencia fundamental ya sea por efectos de vibración o de cómo se manifieste el sonido, casualmente estos sonidos son 35

estridentes y tienen una duración corta, un ejemplo de estos sonidos puede ser una explosión o una palmada, a pesar de que sus armónicos no guardan relación entre sí, estos sonidos se componen de muchas componentes frecuenciales que en sumatoria y por ser de poca duración se grafican como un pulso rectangular como se puede apreciar en la Figura 4.

Figura 4. Representación de un sonido transitorio.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

Ahora, el sonido aleatorio es completamente impredecible, sus componentes frecuenciales no guardan relación entre sí; se presenta usualmente como un sonido parásito de otros sonidos y es imposible establecer un modelo matemático determinístico que describa su comportamiento; sin embargo se puede tratar a nivel probabilístico. El sonido aleatorio suscribe a dos tipos de sonidos aleatorios, los sonidos estacionarios y los no estacionarios. Los sonidos estacionarios son aquellos que conservan sus características primordiales invariables con el paso del tiempo a diferencia de los sonidos no estacionarios que no guardan esta relación.

2.2. LONGITUD DE ONDA Debido a que los sonidos son ondas mecánicas, estas presentan un periodo de duración al cual se le reconoce con la letra griega lambda ( ), la expresión que denota la longitud de onda relaciona la velocidad de ésta con respecto a la frecuencia de la onda y describe la distancia de dos puntos contiguos en un

36

campo sonoro los cuales se encuentran en un estado de vibración semejante independiente del tiempo. En la Ecuación 1 se puede observar esta relación. La longitud de onda se expresa en unidades de distancia, ya sea en metros o centímetros dependiendo del caso, la longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda, por consiguiente se tiene que la longitud de onda será menor si la frecuencia es mayor y viceversa.

Ecuación 1. Longitud de onda.

En la Figura 5 se muestra una onda sonora donde lambda delimita el periodo entre pico y pico de la onda.

Figura 5. Longitud de onda.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

37

2.3. IMPEDANCIA ACÚSTICA El concepto de impedancia acústica está inspirado en la impedancia eléctrica, su definición relaciona la presión sonora existente en el medio con respecto a la velocidad de la partícula, en este caso es necesario definir que se hace referencia a una sola partícula (del medio) ya que idealmente las características isotrópicas de la partícula serán las mismas que en todas las partículas que se encuentran rodeando el medio donde se produce el sonido, sin embargo cuando se habla de impedancia acústica específica, se alude concretamente a una sola partícula del medio. La fórmula que describe la impedancia acústica está definida en la Ecuación 2.

Ecuación 2. Impedancia acústica. (

)

Hay que tener en cuenta que la presión sonora es eficaz y promediada, en cuanto a la velocidad de la partícula, esta también es eficaz. La unidad de la impedancia acústica es el newton-segundo por metro elevado a la cinco. Lo que es también conocido como ohmio acústico por su estrecha similitud con la impedancia eléctrica que nace a partir de la teoría de los circuitos eléctricos, también es importante denotar que la velocidad del sonido vista en esta fórmula es en cantidad volumétrica.

2.4. IMPEDANCIA ACÚSTICA ESPECÍFICA Ya que la impedancia acústica promedia la presión sonora que se percibe en un medio elástico no es posible poder detectar la impedancia acústica en un punto específico del medio, pero si es posible calcularla de la misma manera, teniendo en este caso una presión acústica específica, la impedancia acústica específica se describe entonces como la relación entre la presión sonora eficaz en un punto específico y la velocidad eficaz de la partícula en ese mismo punto. Al final este es el valor de impedancia acústica que va a ser más relevante. Su unidad de medida es el newton-segundo por metro cubico o Rayl.

38

Ecuación 3. Impedancia acústica específica (

)

En la Ecuación 3 se describe la impedancia acústica específica. Al igual que con la impedancia eléctrica, la impedancia acústica puede mostrar un comportamiento compuesto por una parte real y otra imaginaria, esto ocurre cuando físicamente ocurre un desfase entre la presión sonora y la velocidad de la partícula. Algo que ocurre cuando la velocidad de la partícula y la presión sonora están enfasadas y es que toda la energía sonora que se manifiesta se pierde en cuanto irradia y pasa a ser energía térmica.

2.5. IMPEDANCIA MECÁNICA Dado que la presión sonora ejerce una fuerza eficaz en un área, la impedancia mecánica es la relación entre esta fuerza con respecto a la velocidad lineal del sonido que se propaga. Se mide en newton-segundo por metro y se describe según la Ecuación 4.

Ecuación 4. Impedancia mecánica.

2.6. IMPEDANCIA CARACTERÍSTICA Se presenta como una impedancia acústica que es innata de un espacio o lugar, su magnitud al igual que las anteriores impedancias es en Rayls. En la Ecuación 5 Se describe como el producto entre la densidad del medio por la velocidad del sonido en el medio. Para el aire, el valor de laboratorio a 22°C es de 407 Rayls.

39

Ecuación 5. Impedancia característica

2.7. INTENSIDAD SONORA Cuando se habla de intensidad sonora se hace énfasis en el flujo de energía sonora que pasa por una parte de una superficie en cierto tiempo. Su unidad de medida es en Julios por metro cuadrado y por segundo (J/m2s). De esta relación se puede sacar la descripción total de energía por unidad de volumen si hacemos el cociente entre la intensidad y la velocidad. Finalmente obtendríamos una relación con unidad de medida en Julios por metro cubico (J/m3). (Rejano de la Rosa, Intensidad sonora, 2000). Generalmente se representa a la intensidad sonora como una relación de vatios por metro cuadrado, donde los vatios representan la potencia acústica por unidad de área, en la Ecuación 6 se puede apreciar la descripción matemática de la intensidad sonora.

Ecuación 6. Intensidad sonora

2.8. ESCALAS DE PONDERACIÓN La forma en que se percibe el sonido está ligada a la frecuencia y al nivel de presión sonora que se genere. Debido a que la percepción del sonido por el oído humano no es lineal no se puede conjeturar que un nivel de presión sonora conservara las mismas proporciones para cada frecuencia. En mira de detectar y valorar cuantitativamente los riesgos que el ruido puede ejercer en una persona se han establecido 4 escalas de ponderación conocidas como A, B, C y D las cuales son empleadas en los dispositivos de medición sonora. Las escalas de ponderación están descritas con mayor énfasis en la norma ANSI/ASA S.1.4 de 1983. Las distintas escalas están diseñadas para ser empleadas como una especie de filtros y para cada rango existen ciertas consideraciones, para la escala de ponderación A los valores en decibeles menores a 55dB son atenuados, en la

40

escala de ponderación B los valores fuera del rango de los 55dB a los 85dB son atenuados y para la escala de ponderación C los valores por encima de los 85dB son atenuados. La escala de ponderación D es una escala específicamente diseñada para los niveles de presión sonora muy altos. En la Tabla 1 se puede apreciar las escalas de ponderación A, B y C y sus valores prácticos de respuesta relativa acorde a la frecuencia. También se denota el valor teórico en la escala de ponderación A, la cual es la escala más empleada junto con la escala de ponderación C.

Tabla 1. Tabla de las escalas de ponderación. Frecuencia (Hz)

Valores prácticos de la respuesta relativa A B C < 55dB 55-85dB > 85dB

Valor Teórico Escala A

31.5

-39

-17

-3

-39.4

63

-26

-9

-1

-26.2

125

-16

-4

0

-16.2

250

-9

-1

0

-8.7

500

-3

0

0

-3.3

1000

0

0

0

0

2000

+1

0

0

+1.2

4000

+1

-1

-1

+1.0

-3

-1.1

8000 -1 -3 Fuente: (Universidad de Cordoba, 2001).

41

42

3. RUIDO

El ruido suele ser uno o más sonidos que generan molestia y que pueden ser producidos tanto de manera intencional como de forma aleatoria. El ruido suele ser confuso y fuerte pero en general es algo indeseado. Es uno de los problemas más grandes de la acústica debido a que no es posible eliminarlo, pero alternativamente puede tratarse atenuándolo hasta hacerlo prácticamente imperceptible realizando un control sobre este. Para dicho cometido se hace necesario trabajar con elementos y estructuras que por su composición y geometría son eficaces para combatir y controlar el ruido. Existen variados tipos de materiales que están destinados a esta labor, tienen por nombre materiales acústicos y se hablará de ellos más adelante. La forma como se experimenta un sonido de este tipo involucra tanto al foco de emisión, al medio de transmisión y al receptor, es decir a las personas que perciben el ruido. Por su carácter nocivo es contaminante a pesar de que cualitativamente el ruido suele ser subjetivo. Cómo para una persona puede parecerle que un sonido es ruidoso a otra puede parecerle agradable y no considerarlo como ruido, es por esto que el concepto de ruido está ligado a aspectos culturales tales como la formación familiar, los estudios, el género y el entorno en el que creció, el cual va a determinar este y muchos otros conceptos. Sin embargo el ruido puede llegar a ser muy peligroso puesto que su exceso causa daños, algunos irreversibles y lesiones en el oído que pueden ir desde pérdida parcial de la audición (incluyendo recortes en los rangos de respuesta en frecuencia del oído humano) hasta la pérdida total y definitiva del sentido auditivo. El sonido ambiente en una ciudad puede rondar los 80dB; aunque este valor es elevado y puede ser considerado como ruido, en este caso el ruido se compone de la suma de todas las fuentes sonoras que se encuentren en el medio que individualmente pueden ser personas hablando, carros transitando, sonidos de construcción etc. El ruido está sometido a diversas variables ambientales que pueden ser controladas para mitigar el ruido, la temperatura, la humedad, la densidad del aire entre otros factores pueden ser intervenidos para contrarrestar el problema, generalmente resulta conveniente estudiar el ruido grabándolo en lugar de medirlo instrumentalmente. La muestra de ruido aunque es aleatoria y no se repetirá cuando se intente comparar o analizar con respecto a otra muestra similar, será indicio del comportamiento y de la forma como se manifiesta en un lugar. Otra forma de abarcar el estudio del ruido para poder controlarlo es por medios estadísticos realizando un muestreo en las áreas ruidosas.

43

También existen dispositivos limitadores y procesadores digitales de señales con algoritmos dedicados e implementados para realizar control de ruido; a través de una realimentación los elementos que generen volumen excesivo como una planta de audio nivelarán el volumen de emisión a cierto valor escogido y de esta manera se evitará que la salida de audio sea perjudicial para las personas presentes.

3.1. TIPOS DE RUIDO Existen distintos tipos de ruido, los cuales vienen determinados por la forma en que se manifiestan, a pesar de que algunos de estos ruidos pueden ser empleados para mediciones, a continuación se caracteriza el comportamiento que tiene cada tipo de ruido de la siguiente manera:   

Ruido continuo Ruido intermitente Ruido impulsivo

Además también encontramos que el ruido presenta tonos y frecuencias características. Es importante aclarar que de la determinación de estos tipos parte también la manera como posteriormente se realizará el respectivo control de ruido, la Figura 6 representa los tipos de ruido de manera gráfica.

Figura 6. Tipos de ruido. Dónde a) Ruido continuo, b) Ruido intermitente y c) Ruido impulsivo.

Fuente: (Sanguineti J. A., 2006).

44

3.1.1. Ruido continuo Cuando se habla de ruido continuo se entiende que es un ruido con una presión sonora constante, en la industria estos ruidos son muy comunes y cuando su nivel de presión sonora es muy alto el impacto a un individuo puede ser irreversible. El ruido continuo se hace presente en muchos espacios de tipo industrial donde la maquinaria puede generar este tipo de ruidos por un tiempo prolongado. Cabe resaltar que dependiendo del sonido que se genere por la maquinaria la presión sonora será mayor en el rango de frecuencias en las que el sonido se produce. Las lecturas que se pueden hacer de este tipo de ruido proceden de elementos de medición como sonómetros y dosímetros. (Sanguineti J. A., 2006).

3.1.2. Ruido intermitente El ruido intermitente es cualquier tipo de ruido que se presenta con lapsos de tiempo separados pero con igual nivel de presión sonora, para analizar este tipo de ruidos se suelen realizar las respectivas medidas como si fuera un ruido continuo pero anotando los ciclos de duración de cada ruido, algunos procesos industriales se desarrollan a partir de ciclos para los cuales cada segmento se representa con un ruido correspondiente. (Sanguineti J. A., 2006).

3.1.3. Ruido impulsivo Por ruido impulsivo se entiende como un evento concentrado presión sonora bajo un tiempo moderado, una explosión es un ejemplo de este tipo de ruidos, algunos tipos de maquinaria como una troqueladora o un martinete también son generadores de ruido impulsivo. En el trabajo con el ruido es importante denotar los componentes impulsivos que se puedan presentar, este valor conocido como ruido impulsivo es empleado para hacer comparaciones entre el nivel de presión sonora LpAeq y el nivel de presión sonora por impulso LpAIeq. Ambos valores son continuos y ponderados, el último es un valor de medición con un sonómetro, el valor de ruido impulsivo no suele ser un valor único, puesto que se hacen varias mediciones del nivel de presión sonora por impulso. La diferencia entre el nivel de presión sonora y el nivel de presión sonora por impulso LpAeq - LpAIeq indicará que tan impulsivo es un ruido. (ICONTEC, 1992) (Sanguineti J. A., 2006).

45

3.1.4. Ruido acorde al tono En ciertas ocasiones la emisión de sonidos por parte del emisor ya sea una máquina, un objeto o el mismo ser humano puede percibirse como un tono sonoro dependiente de la frecuencia a la cual este sonido es generado. Sin embargo la cantidad de tonos generados y en cantidad progresivamente pueden generar sonidos molestos y entrar dentro de la categoría de ruido. Igual cuando una serie de instrumentos musicales se desafinan al estar interpretando una canción, los diversos elementos emisores de sonido que pueden generar tonos al emitir simultáneamente y a la vez pueden producir ruido por el efecto sonoro conocido como cacofonía 1 . En diversos procesos industriales de controles de líquidos y gases en calderas este tipo de ruidos son comunes producidos por sus sistemas de escape y ventilación. (Sanguineti J. A., 2006).

3.1.5. Ruido acorde a bajas frecuencias Los ruidos de bajas frecuencias particularmente son ruidos con una energía sonora bastante significativa debido a que su propagación puede abarcar extensas áreas y propagarse en todas las direcciones además de que para este tipo de ruidos que circundan desde los 8 hasta los 100Hz su amortiguamiento u absorción es compleja y difícil de realizar. En general la sensación que producen los ruidos que son por debajo de los 20Hz es difusa y no es muy apreciable como sonido a los oídos sino como una gran presión y esta sensación es mayor si este tipo de ruido de infrasonido acompaña o se disfraza con otra cantidad de ruidos los cuales si se encuentran en un rango de frecuencias que puede ser más considerado como sonido. La manera en que se suelen determinar este tipo de ruidos es midiendo su emisión con un sonómetro y posteriormente se comparan los resultados con el umbral de audición del oído. (Sanguineti J. A., 2006). Aunque cabe resaltar que realizar mediciones en ponderación A se pierde referencia en bajas frecuencias.

1

Cacofonía: Es la emisión de sonidos u palabras que por su contexto u estructura son desagradables al oído.

46

3.2. RUIDO BLANCO También conocido como sonido blanco se describe como una señal aleatoria, por lo cual no puede ser determinada más que por un proceso estocástico. Sus componentes frecuenciales no guardan relación entre sí en tiempos distintos, por otro lado esto indica que la densidad espectral de potencia PSD es constante, es decir, el ruido blanco abarca todo el rango de frecuencias sin atenuar en ningún tiempo alguno de sus componentes frecuenciales. Cada componente frecuencial del ruido blanco posee la misma cantidad de potencia. Puede decirse que este es el ruido primario y base del cual nacen otros ruidos, la denominación del ruido depende de la densidad espectral de potencia. La gráfica de esta nos indica cómo se encuentra distribuida la potencia de un sonido en su espectro de frecuencias. Cuando la densidad espectral del ruido blanco no es plana como denería de ser en una gráfica de este tipo de ruido se dice que éste está coloreado o con color. El color de un ruido depende entonces de la distribución de potencia o energía en sus componentes de frecuencia dando así a la denominación de ruidos de color. (Sanguineti J. A., 2006).

Densidad espectral de potencia (DEP / PSD)

Estadísticamente un ruido es aleatorio y no hay formas de determinar su comportamiento aun si este proviene de una señal generada, por esta razón el ruido no puede ser analizado en cuanto a cómo será su comportamiento y su respuesta. Sin embargo su comportamiento caótico es algo ligeramente preocupante considerando la energía que se propaga del ruido. Entre mayor concentración de energía se propague más potente será su impacto. Además si consideramos también el hecho de que en un espacio cerrado que este experimentando un ruido con un volumen moderado pero que este se hará cada vez más intenso debido a la superficie del espacio creará una concentración que puede llegar a ser realmente perjudicial para cualquier persona que se encuentre cercana o en contacto con este ruido. Bien podemos denotar el hecho de que es relevante poder determinar qué tan nocivo un ruido puede llegar a ser ya que no todos los ruidos son por necesariamente dañinos y no afectaran de igual manera. Aquí es donde entra el término de Densidad Espectral de Potencia (DEP o PSD de sus siglas en inglés Power Spectral Density), este término describe la cantidad de potencia (o energía según sea el caso) en el rango espectral del ruido, gracias a esta podemos observar su comportamiento en concentración de potencia por frecuencia y catalogar al ruido según sea su respuesta. Lo más interesante es en cómo se 47

puede realizar el control del ruido ya que no solamente podemos entrar a utilizar materiales que realicen un tipo de filtración al ruido sino que podemos atenuarlo a partir de reducir su potencia y trabajar enfocándonos en la parte que más requiera ser disminuida, la Ecuación 7 expresa la relación de densidad espectral de potencia.

Ecuación 7. Densidad espectral de potencia. {|

Donde

| }

es la transformada de Fourier del proceso truncado.

∫

∫

Teniendo en cuenta que: | | | |

{

⁄ ⁄

El estudio del ruido y la manera como se analiza para poder realizar un control sobre éste requiere de analizar su comportamiento; como se propaga además los niveles de presión, intensidad y potencia sonora. Entonces empezamos por denotar los primeros valores claves para cuantificar el ruido.

3.3. NIVEL DE PRESIÓN SONORA (SPL) El nivel de presión sonora esta descrito en la Ecuación 8, donde se puede apreciar una relación logarítmica entre un valor de presión sonora y un valor de referencia. Para explicar más esta relación es importante entender en especial la relación de

48

estas dos presiones. P es la presión medida, la cual es obtenida por medio de un sonómetro y es el valor de referencia que puede ser:

a) b)

= 0,0002 microbar (2x10-5 newton/m2) = 1 microbar (0,1 newton/m2)

El valor de referencia a) es el más común debido a que ha sido acogido para mediciones que involucran al oído o medios como el aire y en líquidos, sin embargo el valor referencia b) es empleado también para la calibración de transductores.

Ecuación 8. Nivel de presión sonora (Sound Pressure Level).

3.4. NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (IL) El nivel de intensidad sonora (IL) en la Ecuación 9 relaciona logarítmicamente una intensidad medida con un nivel de referencia de intensidad, este valor en el sistema métrico estadounidense es de 10-12 watt/m2.

Ecuación 9. Nivel de intensidad sonora (Sound Intensity Level).

49

3.5. NIVEL DE POTENCIA SONORA (PWL) Para el nivel de potencia acústico (PWL) en la Ecuación 10 de la misma forma relaciona un valor de potencia medido con respecto a un valor de referencia de potencia acústica que es 10-13 watt, esto indica que para la medición de 1 watt el nivel de potencia acústica será de 130dB.

Ecuación 10. Nivel de potencia sonora (Sound Power Level).

A nivel físico no se puede distinguir el sonido del ruido, el ruido es una percepción humana caracterizada por ser indeseable, un sonido puede ser considerado ruido a partir de los niveles de presión, intensidad y potencia sonora, sin embargo para caracterizar concretamente una manifestación de ruido se emplean ampliamente los descriptores de ruido.

3.6. DESCRIPTORES DE RUIDO Para comenzar a describir el ruido como molestia en un espacio o escenario primero es necesario cuantificarlo, ya que de esta manera se puede llegar a comprender mejor la problemática y abordarla para poderla solucionar. Para ello es necesario empezar a describir los indicadores de ruido o descriptores de ruido:    

Nivel de presión acústica Nivel de presión sonora constante Nivel de exposición sonora Dosis de ruido

3.6.1. Nivel de presión acústica Es un valor que se puede describir a partir de las bandas de frecuencias que abarque, para generalizar que todas las bandas de frecuencias disponen del mismo nivel de presión acústica se denota Lp, pero particularmente el nivel de 50

presión acústica se representa bajo la curva de ponderación A, siendo así que obtenemos la Ecuación 11.

Ecuación 11. Nivel de presión acústica.

La anterior ecuación describe una relación logarítmica entre la presión instantánea y una presión de referencia generalmente con valor de 2x10-5 Pa, el valor resultante estará en decibeles ponderados A. (Grupo de acústica, 2003).

3.6.2. Nivel sonoro constante equivalente El nivel sonoro constante equivalente es un valor fundamental que permitirá hacer una descripción apropiada de la problemática, la Ecuación 12 es la expresión de cómo hallar esta variable, la cual se define como el nivel de presión sonora constante en una jornada habitual de trabajo en la ponderación A.

Ecuación 12. Nivel de presión sonora constante para intervalos de tiempo donde el ruido es constante. ∑

Cabe resaltar que la Ecuación 12 se describe teniendo en cuenta unos intervalos de tiempo Ti hasta n donde cada uno de esos intervalos es considerado idealmente constante (a pesar de que cada actividad del día conlleva un ruido asociado), es el nivel de presión sonora constante en cada intervalo, es un valor que puede cambiar dependiendo de cómo se manifieste el ruido en cada intervalo de la jornada, sin embargo, al considerar el nivel de presión sonora constante en todo momento = y será constante, entonces es el nivel de presión sonora instantánea en ponderación A caracterizado en cada intervalo. T en la ecuación denota el tiempo total transcurrido y Tj es el tiempo en el que el ruido es constante. (Rodríguez Fuentes M. A., 2008).

51

En la Ecuación 13 se expresa la fórmula de nivel sonoro constante equivalente más empleada, debido a que a diferencia de la Ecuación 12, donde el ruido se considera constante para cada intervalo temporal, es decir que por cada intervalo de tiempo el ruido sea constante y no fluctúe, como esto no se puede garantizar; esta fórmula describe en los intervalos de tiempo el ruido en dependencia al tiempo.

Ecuación 13. Nivel de presión sonora constante para intervalos de tiempo donde el ruido no es constante. * ∫ (

)

+

En la anterior ecuación es la presión instantánea en pascales (Pa), la cual se encuentra en función del tiempo en el intervalo T (Tiempo total) comenzando en el tiempo t1 y concluyendo en el tiempo t2. P0 en este caso es un valor de referencia estándar de presión que es igual a 2x10-5 Pa. (Grupo de acústica, 2003). De la Ecuación 12 se puede observar que es más sencilla de usar y emplear, la Ecuación 13 por otro lado es más compleja. Existen a nivel comercial sonómetros integradores que realizan este tipo de medición de una manera confiable y en intervalos de tiempo variables. (Rodríguez Fuentes M. A., 2008).

3.6.3. Nivel de exposición sonora Se define como la cantidad de energía acústica acumulada en un punto en un cierto lapso de tiempo, para definir concretamente el nivel de exposición sonora se recurre a describir en primera instancia la exposición sonora, que es una cantidad proporcional a la energía acústica ponderada en un intervalo de tiempo, tal como se muestra en la Ecuación 14.

Ecuación 14. Exposición sonora. ∫

52

Es entonces, el nivel de exposición sonora es una relación logarítmica entre el valor de exposición sonora y un valor de exposición sonora en un tiempo inicial 0, el cual será a consideración un valor de referencia único para cada medición. La Ecuación 15 presenta la relación para el valor de nivel de exposición sonora.

Ecuación 15. Nivel de exposición sonora.

Y la Ecuación 16 muestra el valor de referencia E0, el valor de exposición sonora en un tiempo 0 inicial.

Ecuación 16. Valor de referencia para el nivel de exposición sonora.

En consecuencia, bajo el nivel de exposición sonora es posible hallar el valor de nivel de presión sonora constante con la Ecuación 17.

Ecuación 17. Nivel de presión sonora constante haciendo uso del nivel de exposición sonora.

Donde es el nivel de exposición sonora y se presenta una relación logarítmica entre el tiempo total T y el tiempo inicial t0 de medida empleado para hallar el nivel de exposición sonora. (Grupo de acústica, 2003).

53

3.6.4. Dosis de ruido Denotada como D, es un valor cuantitativo porcentual que describe la cantidad de ruido existente con respecto a una referencia que será el valor establecido por las normativas de cada país, Al ser un porcentaje usualmente este valor también se conoce como dosis porcentual de ruido, el elemento de medición que permite medir este valor es el dosímetro, en la Ecuación 18 se puede apreciar la fórmula de la dosis de ruido.

Ecuación 18. Dosis de ruido porcentual.

Donde E es el valor de duración a la exposición al ruido obtenido por las lecturas del dosímetro, E0 por otra parte es un valor de referencia dado en pascales al cuadrado por horas (Pa2h) y corresponde a un valor en decibeles por el número de horas laborales, generalmente son 85dB a 8 horas laborales, aunque esto depende de las normativas establecidas para cada país. (Grupo de acústica, 2003). Dependiendo del número de intervalos de tiempo en que se presente un cambio en la cantidad de ruido, la dosis de ruido cambiará también, la Ecuación 19 describe entonces la sumatoria por cada intervalo de tiempo con cierto valor de duración a la exposición al ruido. (Rodríguez Fuentes M. A., 2008).

Ecuación 19. Dosis de ruido para varios intervalos de tiempo con cantidades de ruido distintas. ∑

54

4. ACÚSTICA

La acústica es un campo de investigación que ha sufrido varios cambios a través de la historia, desde su concepción teórica hasta los métodos de medición y simulación con los que contamos hoy en día. La historia de la acústica se remonta a la antigua Grecia y Roma donde nacieron los primeros estudios de la acústica ligados a estudios correspondientes al área del sonido incluyendo aspectos de como este se genera y se propaga en un recinto. Ya que el primer acercamiento del hombre con el sonido es a través de la naturaleza, el hombre al contemplar y apreciar los sonidos generados por los animales (particularmente las aves y sus cantos) (Montoya Campuzano, 2005) empezó a imitar estos sonidos y más allá de imitarlos intentó comprenderlos, lo que daría origen al estudio de la música y de los primeros estudios dedicados a la música (en especial de la representación matemática de los intervalos sonoros o sobretonos) se derivaron los primeros estudios en acústica. Sin embargo los estudios relevantes en acústica surgieron de innovaciones arquitectónicas en la antigua Roma y los primeros problemas a tratarse fueron de ecos y reverberación, la construcción de espacios públicos con características acústicas para eventos potenció la necesidad de crear adecuaciones a estos sitios para que el ruido generado por las personas no interrumpiera los eventos a los que asistían. El ingeniero militar de Julio Cesar, Marco Vitrubio Polión fue el diseñador de la acústica para antiguos teatros romanos, según sus escritos que datan del año 25 a.C. hacían uso de vasijas de bronce como elementos resonadores. Posteriormente en el diseño de las iglesias con bóvedas hacían uso de un púlpito con tornavoz para evitar que el sonido se disipara entre las bóvedas. (Arqhys Arquitectura, 2005). Estudios arqueológicos realizados en Centroamérica muestran información contundente de acústica aplicada a los recintos rituales de la cultura maya, campo de estudio conocido como arqueoacústica, según estos estudios los correspondientes sitios fueron diseñados incluyendo escalones que reforzarían el sonido de la fuente, y a pesar de que en otras culturas la incorporación de escalones también se llevaron a cabo, estos estudios sugieren que la incorporación de estas estructuras que antes se pensaban eran exclusivamente para permitir la entrada y salida y en general el paso de las personas y sacerdotes también podrían tener fines religiosos (Garza Hume, Medina, Padilla, Ramos Amézquita, & Zalaquett Rock, 2008). En el siglo XIX el físico americano Wallace Clement Sabine realizo estudios correspondientes al tiempo de reverberación para un recinto, estos estudios fueron considerados como parte de los primeros estudios en el área de la acústica

55

moderna, en la Ecuación 20 se detalla la ecuación para el tiempo de reverberación de Sabine.

Ecuación 20. Tiempo de reverberación de Sabine.

La Ecuación 20 de Sabine es considerada un acierto al momento de detectar el tiempo de reverberación de un recinto y es muy empleada para este fin incluso en la actualidad. Con la llegada de los sistemas de cómputo y la electrónica el estudio de la acústica se benefició enormemente debido a los programas de simulación, de medición y los programas de diseño asistido por computador CAD y a la nueva instrumentación electrónica (sonómetros, limitadores…) que permite hoy en día realizar mediciones de un entorno, algo que antes era imposible.

Figura 7. Intervalos sonoros o sobretonos.

Fuente: Autor.

56

En la Figura 8 se muestran los intervalos sonoros representados por longitudes de onda, se puede observar las divisiones de tonos, que entre más pequeñas sean las divisiones, los intervalos sonoros serán más agudos en frecuencia, por medio de la relación descrita en la Ecuación 21. Ecuación 21. Longitud de onda

Donde (lambda) es igual a la relación entre la velocidad de la onda c con respecto a la frecuencia de la misma . En este caso c corresponde a la velocidad del sonido que es aproximadamente 343 m/s, aunque este valor de velocidad es variable acorde a factores ambientales como la presión atmosférica, la temperatura, la humedad y la densidad del medio.

En general, la acústica reúne varias ramas de investigación y para cada rama se ha ido identificando y parametrizando los correspondientes conceptos para darles una solución coherente de acuerdo al campo en el que se esté trabajando. Se puede decir que la acústica arquitectónica fue la primer variante de este gran tema, se generó a partir de la necesidad de adecuar los espacios y recintos tanto privados como públicos para que se pudiera escuchar de manera óptima en un evento, cada espacio reúne ciertas características físicas que no siempre van a ser ideales para la escucha. En este campo el ruido es el elemento a reducir y es el fenómeno contaminante que dificulta la correcta percepción del sonido por parte del o de los oyentes. En miras de lograr controlar el ruido, las ramas fundamentales a tener en cuenta son las siguientes:   

Acústica arquitectónica Acústica ocupacional Acústica ambiental

A pesar de que existen otra variedad de ramas de la acústica, las tres anteriores son las más estudiadas y/o tratadas por los siguientes postulados: 

La acústica arquitectónica fue la primera rama en forjarse debido a que de la necesidad de optimizar la propagación del sonido en espacios públicos y reducir el ruido además de otros fenómenos como reverberaciones y ecos

57





se desarrollaron las primeras alternativas eficaces para estos propósitos dando a relucir la generación e implementación de materiales acústicos. En la acústica ocupacional se destaca el enfoque de prevención para las personas en general y en especial a aquellas personas que están constantemente expuestas a emisiones de ruido. También las soluciones creadas pensando en la problemática del ruido para optimizar los espacios laborales e industriales. Con la acústica ambiental se entremezclan los recursos de las anteriores ramas para aplicarlos enfocados al control del ruido haciendo uso de mediciones que describan el ruido y aplicando soluciones que van desde la concientización hasta la aplicación de mecanismos que aplaquen el ruido.

Con base en los anteriores postulados, en la Figura 8 se puede apreciar un diagrama descriptivo de cómo se parte desde la acústica en general hasta el control del ruido teniendo en cuenta tres enfoques claros:   

Fuente emisora Medio impactado Receptor (Sujeto)

Figura 8. Diagrama de las tres ramas de la acústica con miras al control del ruido.

Fuente: Autor.

58

5. EL OÍDO

El medio por el cual el ser humano puede distinguir la inmensidad de rangos sonoros depende del órgano auditivo, es decir del oído, aunque también una pequeña parte de las sensaciones van ligadas al sentido del tacto, el oído es el órgano especializado en la distinción de cada sonido y gracias a este se puede determinar no solo que sonido es, sino la dirección a la que pertenece, una distancia aproximada y en casos muy determinados el poder reconocer a qué pertenece ese sonido específico.

Secciones del oído

Estructuralmente, el oído se divide en tres secciones. Estas tres secciones se encuentran conectadas y, en conjunto, permiten la percepción del sonido tal como lo apreciamos. Las secciones de las que se compone el oído son:   

Oído externo Oído medio Oído interno

A continuación se enfatiza sobre cada una de estas partes y se explica que es lo que pasa con el sonido cuando pasa por cada sección.

5.1. OÍDO EXTERNO Anatómicamente, el ser humano está provisto de dos pabellones auriculares también llamados orejas, un ejemplo detallado se muestra en la Figura 9, Estas son partes exteriores y extensiones de los oídos. Estos pabellones auriculares o aurículas son estructuras cartilaginosas y de piel que cumplen en esencia direccionar las frecuencias sonoras directo al oído medio e interno, su estructura está diseñada para canalizar el sonido del entorno. En otros seres vivos que también poseen aurículas; estas pueden desplazarse o moverse en una dirección determinada como en los perros y los gatos. Por otra

59

parte, la estructura física de la oreja también actúa como un filtro natural determinando un primer rango de frecuencias que el oído humano puede abarcar.

Figura 9. Pabellón auricular.

Fuente: (González Canchola, 2010).

La parte externa del oído lo conforma las estructuras cartilaginosas llamadas Hélix, Antehélix, Trago, Antitrago, Meato, Concha, Fosa navicular, y la raíz además de una estructura de piel llamada lóbulo. Las estructuras que son cartilaginosas de la aurícula son tejido conectivo conocido como cartílago hialino, y es un tejido fibroso que de alguna forma ayuda a una selección de las frecuencias que serán percibidas posteriormente en la membrana timpánica. La selección de estas frecuencias también va a tener relación con respecto a la estructura física del pabellón auricular.

5.2. OÍDO MEDIO El sonido que es percibido después de pasar por la oreja, se adentrará por el conducto auditivo que además de ser muy sensible está adaptado para proteger al 60

oído interno de infecciones y suciedad del medio exterior. Lo anterior por medio de las glándulas sebáceas que generan cerumen, el cual también ayuda a proteger al oído de sonidos muy fuertes. El conducto mide aproximadamente 25 mm y su frecuencia de resonancia está entre los 3KHz. El conducto auditivo conecta directamente el pabellón auricular con el tímpano. Al tímpano o membrana timpánica llega el sonido que ha pasado por el conducto auditivo y dicha membrana será la encargada de transmitir el sonido a la cadena de huesillos (osteocillos óticos) que componen el oído medio. Esta membrana es lo suficientemente elástica como para soportar rangos de presión hasta los 160dB, nivel al cual el daño sería instantáneo. El ser humano responde de manera prácticamente similar ante estos rangos presentados en la Tabla 2.

Tabla 2. Umbrales en relación a las presiones sonoras.

Tipo de umbral Umbral de incomodidad Umbral de cosquilleo Umbral de dolor

Oídos en reposo

Oídos en exposición (constante o gradualmente expuestos)

110dB

120dB

132dB

140dB

140dB

----

Umbral de daño inmediato

150 – 160dB

Fuente: (Beranek, Acoustics, 1996).

Más concretamente, el oído medio comprende la caja timpánica, los huesillos del oído y sus músculos, las celdas mastoideas y la trompa de Eustaquio. La cavidad del oído medio es un espacio de área similar a un cuadrado, se incrusta en la porción petrosa del hueso del cráneo conocido como hueso temporal. El tímpano o membrana timpánica se interconecta con la ventana oval por medio de los huesecillos del oído, los cuales son los huesos más pequeños del cuerpo humano, son sumamente frágiles y gracias a estos es que el sonido viaja a través de todo del oído medio formando una cadena en la cavidad timpánica. Estos huesecillos son 3 nombrados martillo, yunque y estribo como se puede apreciar en la Figura 10, El martillo es el huesecillo que se conecta con el tímpano y es el que inicia el funcionamiento a de la cadena, el martillo es una estructura ósea

61

compuesta de cabeza, cuello, manubrio y una extensión protuberante conocida como apófisis, esta extensión es corta.

Figura 10. Cadena de huesecillos de la cavidad timpánica.

Fuente: (Velasco, 2000).

Del extremo del martillo se conecta al yunque por una junción muy firme, como se puede apreciar en la Figura 11, la cabeza del martillo se une al cuerpo del yunque y esta unión permite que cada vez que el martillo se mueva el yunque se moverá al unisonó, el yunque a su vez posee una estructura similar a la del martillo (apófisis) que conectará con el estribo, la base del estribo se interconecta con la ventana oval y generará los estímulos a los líquidos llamados perilaberinticos necesarios para la audición. Estos huesecillos se acompañan a su vez de dos músculos que ayudan a amortiguar los movimientos bruscos ante sonidos muy estridentes y fuertes y son estos músculos los que ayudan a evitar lesiones graves, estos músculos tienen por nombre musculo del estribo y musculo tensor del tímpano. (Sepúlveda, Modelo electroacústico análogo del oído, Oído medio).

62

Figura 11. Oído medio.

Fuente: (Sepúlveda, Modelo electroacústico análogo del oído, Oído medio).

La caja timpánica en su interior se recubre de mucosidad y es lleno de aire debido a la tuba auditiva, la caja timpánica permite regular internamente la presión del aire contenido con la presión del aire ambiente ya que se interconecta con las fosas nasales. La caja timpánica se conecta al oído interno por medio de las ventanas oval y redonda. Las celdas o celdillas mastoideas son cavidades de forma irregular con la función de fortalecer la audición, se ubican en el hueso temporal y la trompa de Eustaquio es una estructura formada de cartílago con forma tubular, su función es similar a la de la caja timpánica, equilibrar la presión en la membrana timpánica, esto intensifica enormemente la forma en que una persona escucha y percibe cada sonido, permitiendo diferenciar tonos y timbres. La trompa de Eustaquio también es conocido como conducto faringotimpánico y conecta la nasofaringe con la caja timpánica, su parte externa está compuesta de hueso. La trompa se puede abrir en concordancia al movimiento de varios músculos situados en el área y en la cabeza como los músculos elevadores tensores del paladar y en eventos como la deglución, la masticación y el bostezo. (Chong Wong).

El sonido en el oído medio pasa de un área de 0,4 cm 2 del tímpano a un área de 0,6cm2 de la ventana oval, debido al cambio de áreas que ocurre internamente en

63

el oído medio la presión sonora que pasará al oído interno es mayor. Por demás que este arreglo de huecesillos realizan lo que se da por nombre el efecto palanca, el cual es un mecanismo que potencia la presión sonora que se transmite desde el tímpano hasta la ventana oval en una relación de 1 a 1,3. Tomando en cuenta el cambio de áreas y el cambio de ganancia mecánica, la presión se aumenta aproximadamente 17 veces. (Maggiolo, Sistema auditivo periférico, 2003).

5.3. OÍDO INTERNO El oído interno por descripción también llamado laberinto, se ubica en el hueso temporal y es una cavidad hueca en el oído interno donde se lleva a cabo la transducción de las frecuencias en forma de energía que viaja por ondas a sonido perfectamente entendible (Wolfe, 2008), Morfológicamente se divide en una parte ósea y una parte membranosa. El laberinto óseo abarca al laberinto membranoso, el cual es una estructura hueca donde se contiene la endolinfa y entre el laberinto óseo y el laberinto membranoso se encuentra la perilinfa, compuesto por líquido cefalorraquídeo y filtración de sangre. Gracias a la endolinfa la información viaja al cerebro. El oído medio se compone del vestíbulo, la cóclea o caracol y canales semicirculares. (Sepúlveda, Modelo electroacústico análogo del oído, Oído interno). La Figura 12 representa el espectro audible del ser humano, el cual se define finalmente en el oído interno.

Figura 12. Espectro audible del ser humano.

Fuente: (Elastix Tech, 2011).

En el vestíbulo se puede encontrar en los extremos a la cóclea y a los canales semicirculares, esta estructura tiene dos divisiones, el sáculo que conecta con la

64

cóclea y el utrículo que conecta con los conductos semicirculares. En la Figura 13 se puede observar la estructura del oído interno junto con el estribo que se conecta a la ventana oval.

Figura 13. Estructura del oído interno.

Fuente: (Sepúlveda, Modelo electroacústico análogo del oído, Oído interno).

Los canales o conductos semicirculares se pueden apreciar también en la Figura 13, estos son tres tubos que forman semicírculos y se conectan al vestíbulo, es interesante denotar que estos canales se encuentran direccionados según las tres dimensiones espaciales, por esto, los canales semicirculares efectúan la noción de espacialidad, conforme a esto también contribuyen al equilibrio corporal. La cóclea o también llamado caracol por la forma de su estructura también se conforma de tubos pero estos se encuentran enrollados, al igual que los conductos semicirculares son tres y tienen por nombres rampa vestibular, rampa media y rampa timpánica. La rampa vestibular y la rampa media se separan por la membrana vestibular y la rampa timpánica se separa de la rampa media por la membrana basilar, en la superficie de esta membrana se encuentra el órgano de Corti, esta estructura contiene una cantidad de células que son sustancialmente sensibles a movimientos mecánicos llamadas células ciliadas (Boron & Boulpaep, 2009), tanto la rampa vestibular como la rampa timpánica contienen perilinfa mientras que la rampa media contiene endolinfa. La rampa vestibular se conecta con la ventana oval por medio del vestíbulo y la rampa timpánica con la ventana redonda.

65

Cabe destacar que internamente la membrana vestibular es muy delgada, por lo cual no dificulta el paso a las vibraciones de sonido que pasen a través de ella desde la rampa vestibular a la rampa media, se suele hablar de dos tipos de cócleas debido a la estructura de esta, la cóclea ósea y la cóclea membranosa (Órgano de Corti), en la cóclea ósea se puede apreciar un tubo cónico, la parte interna ósea de esta estructura lleva por nombre colúmena o modiolo, es una lámina bastante delgada. La cóclea membranosa en esencia es el órgano de Corti. (Sepúlveda, Modelo electroacústico análogo del oído, Oído interno). A pesar de ser niveles en decibelios muy extremos, los niveles de presión sonora que puede resistir el oído parecen ser independientes de la frecuencia entre los 5Hz y los 8KHz. (Beranek, Acoustics, 1996). A nivel frecuencial, la membrana basilar responde menos a los sonidos graves que a los medios, sin que estos no sean perceptibles. Igualmente en la Figura 14 se puede apreciar la respuesta tanto monoaural como biaural de la membrana basilar y su relación en decibeles, lo cual sustenta el comportamiento de la membrana ante las frecuencias graves y semigraves.

Figura 14. Respuesta de la membrana basilar.

Fuente: (Beranek, Hearing and Psychoacoustic Criteria, 1996).

66

El rango de audición humana se conoce como rango audible y las frecuencias por encima o por debajo de este rango son conocidas como ultrasonidos e infrasonidos respectivamente, sin embargo este rango puede variar bajo ciertas condiciones atmosféricas y térmicas. La presión en el medio afecta directamente la anatomía del cuerpo humano y la zona corporal más sensible a este cambio o descompensación es la cabeza. Las presiones que experimentamos afectan las cavidades internas de nuestro cuerpo y para compensar un cambio brusco de presión o temperatura el cuerpo genera respuestas a modo de protección a partir de la trompa de Eustaquio hasta que la presión interna no sea similar a la presión externa como se ve en la Figura 15.

Figura 15. Estructura completa del oído.

Fuente: (NIDCD, 2006).

Las afecciones que puede causar el ruido son notables, el cuerpo humano a pesar de que puede tolerar grandes presiones sonoras, a largo plazo, el organismo se ve perjudicado severamente, los primeros estudios de este tipo comenzaron a comienzos del siglo pasado. En dichos estudios se encontraron relaciones entre el exceso de ruido y la degeneración auditiva, siendo la parte más afectada el órgano de Corti, en el oído interno. El traumatismo acústico producido por amplios volúmenes de ruido también afecta la estructura física de la espiral basal de caracol (cóclea), aspecto que fue

67

comprobado tanto en seres humanos como en animales. El resultado de estos traumas deja en la persona ensordecimiento a ciertas frecuencias, generalmente a partir de los 3KHz hasta los 8KHz. (Beranek, Acoustics, 1996).

5.4. UMBRALES DE FRECUENCIA Y AUDICIÓN En general, un ser humano puede detectar valores sonoros entre el umbral de los 20Hz a los 20.000Hz, esto indica que una persona promedio no es sensible a frecuencias por debajo de los 20Hz ni tampoco por encima de los 20KHz, Este umbral de frecuencias va ligado también a la edad, en especial el umbral superior, esto es debido a que con el paso del tiempo las células capilares que residen en el órgano de Corti se van deteriorando, por esta razón las frecuencias agudas son las que más se van afectando en la audición de una persona. Adicional a lo anterior, si se le suma la exposición a radiaciones sonoras nocivas puede contribuir a acelerar la disminución de la percepción de las frecuencias agudas.

Figura 16. Umbral de dolor.

Fuente: (Maggiolo, Umbrales de la audición, 2003).

68

En la Figura 16 se puede apreciar el umbral de dolor gráficamente que una persona puede llegar a experimentar, haciendo uso de la Tabla 2 también se resalta que los niveles de presión sonora significativamente nocivos son cercanos a los 100 decibeles. En eventos sonoros, como la música o discursos, se puede observar la relación entre nivel intensidad sonora y nivel de presión sonora con respecto a la frecuencia. La música a partir de los 50Hz hasta aproximadamente 10KHz fluctúa de unos 90 decibeles a 50 decibeles en concordancia a la frecuencia. Un caso muy similar sucede los discursos, que a partir de los 100Hz hasta los 5KHz fluctúa entre los 60 decibeles y los casi 40 decibeles, en los cuales se puede apreciar que entre mayor frecuencia la presión sonora y la intensidad tienen a decaer (Maggiolo, Umbrales de la audición, 2003).

Figura 17. Umbral de audición normal.

Fuente: (Velasco, 2000).

69

En la Figura 17 se puede observar la gráfica del umbral de audición normal del ser humano, esta gráfica es similar a la observada en la Figura 16 salvo en la Figura 17 se especifican tres zonas de audición. La zona 1 llamada la zona de silencio está presente desde los 20Hz a casi 70dB hasta los 1000Hz a 0dB y por encima de los 5KHz a 0dB hasta más allá de los 10KHz llagando casi a los 20dB. La zona 2 llamada la zona de audición normal es la zona más amplia en el rango de intensidad, empieza partiendo desde los límites máximos de la zona 1. Este rango comprende desde los 2Hz y por encima de estos, desde los casi 70dB hasta más de 120dB llegando a más allá de los 10KHz desde los 20dB llegando hasta poco más de los 120dB y presentando una fluctuación por debajo de los 5KHz apreciándose este rango a 110dB de intensidad. La zona 3 que lleva por nombre zona de sensación dolorosa comienza a partir de los rangos límites de la zona 2. Como puede apreciarse en esta figura, a pesar de que el rango del ser humano abarca desde los 20Hz hasta los 20KHz esto va delimitado según sea la intensidad del sonido para que pueda ser apreciado en su totalidad.

5.5. LESIONES DEL OÍDO El oído, como ya se mencionó, es un órgano receptivo muy sensible que trabaja bajo un rango frecuencial que va desde los 20Hz hasta los 20KHz aproximadamente y en teoría. Las lesiones que se generan en el oído dependen de causas específicas, y existen una gran cantidad de molestias, patologías y padecimientos, sin embargo solo se relacionarán las que afectan al oído, en donde el ruido es una de las causas de lesión.

5.5.1. Hipoacusia La hipoacusia, por definición, es la pérdida de audición. Éste es un problema muy común que no solo depende del ruido, sino que puede ser hereditario, el cual se presenta con lesiones en el oído interno, infecciones, traumas físicos e incluso los efectos del estrés y malestares similares contribuyen a generar hipoacusia leve.

Las personas expuestas a niveles de presión sonora fuertes y constantes progresivamente van desarrollando traumas acústicos que en muchos casos

70

pueden prevenirse. En la Tabla 3 se puede apreciar la clasificación de los grados de intensidad sonora que generan hipoacusia, generalmente las personas dejan de percibir sonidos con una intensidad mínima, es decir de 20dB por abajo, sin que esto quiera decir que existe un problema de sordera o hipoacusia. A pesar de esto, se establece que bajo ciertas circunstancias el humano promedio puede escuchar sonidos de 0dB y no menores a este valor, aunque esto depende del medio o el entorno, la salud de la persona, entre otros factores. La normoaudición2 entonces puede sufrirla una cierta cantidad de personas, pero sin que esto incurra en problemas considerables que afecten el desempeño comunicativo y auditivo de una persona. Esto es en otras palabras, un rango tolerable de percepción en intensidad sonora que una persona puede dejar de apreciar. Por encima de los 20dB la intensidad de un sonido se hace realmente apreciable, una persona que empieza a dejar de percibir los sonidos que generan una intensidad mayor de la de 20dB se dice que sufre de hipoacusia; aun así existen niveles de hipoacusia y en ciertos casos es tratable sin problemas por medio de prótesis o audífonos amplificadores. La pérdida total de la audición tiene por nombre cofosis y no se genera por la exposición al ruido sino por deformaciones congénitas. A partir de los 70dB la escucha es casi imperceptible. Es importante recordar que las afecciones de hipoacusia no se vinculan necesariamente con la pérdida en la sensibilidad de frecuencias, es decir que la pérdida de la audición involucra a todo el rango de frecuencias audibles bajo cierta intensidad sonora.

Tabla 3. Grados de intensidad de la hipoacusia.

Normoaudición

Intensidad en decibeles: ≤ 20dB

Hipoacusia leve

20dB – 40dB

Hipoacusia media

40dB – 70dB

Hipoacusia severa

70dB – 90dB

Clasificación:

≥ 90dB

Hipoacusia profunda Cofosis

Pérdida total

Fuente: (Asociación APANAH).

2

Normoaudición: También se define como audición normal, es el umbral de audición tonal que no sobrepasa los 20dB en la gama de frecuencias convencionales (Méndez Ramírez, Gutiérrez Farfán, & Arch Tirado, 2003)

71

Algunas frecuencias son más perceptibles que otras a cierta intensidad, la intensidad de decibeles descrita en Tabla 3 es general y no hace énfasis en el rango de frecuencias que se puedan afectar por la hipoacusia.

5.5.2. Tinnitus El tinnitus o acúfenos, es una afección al oído interno y se genera por distintos motivos, desde estados psicoemocionales, estrés, enfermedades e infecciones y la exposición al ruido. El efecto del tinnitus puede variar desde sonidos como pitidos agudos hasta sonidos similares al ruido blanco o zumbidos y siseos. En algunos casos, el tinnitus se desarrolla en personas con problemas en la articulación de la mandíbula y cráneo, posibles tratamientos involucran desde ortodoncia hasta cirugía y tratamientos dedicados a las afecciones del oído. Enfermedades como la otitis también puede generar tinnitus por la inflamación interna, sin embargo algunos de los casos que se pueden considerar de tinnitus son temporales. (Roitman).

5.5.3. Fusión de los osteocillos óticos Los huecesillos del oído medio (martillo, yunque y estribo) bajo presiones extremas pueden llegarse a unir perdiendo la posibilidad de transmitir las vibraciones de las ondas sonoras, a consecuencia de esto se produce hipoacusia. Una anomalía congénita o una infección al igual que una lesión de cualquier tipo (incluyendo un trauma acústico) pueden derivar en la fusión de los huesecillos del oído. (Torres & Backous) (A.D.A.M., Inc).

5.5.4. Ruptura del tímpano Sucede con la abertura en la membrana timpánica ubicada en el oído medio. Afortunadamente, la ruptura o laceración del tímpano no indica que se haya perdido la audición en su totalidad ya que actualmente se realizan intervenciones quirúrgicas con el fin de reparar el tímpano. Las infecciones también pueden lacerar la membrana timpánica en cuanto se almacena cerca de esta líquido y pus,

72

aumentando la presión de esta. Traumas auditivos que se generan al estar expuesto a eventos sonoros de gran intensidad y presión sonora afectan la condición de esta membrana y por consiguiente la salud de las personas. Los ruidos impulsivos pueden llegar a producir laceraciones serias, los ruidos constantes y molestos también afectan el desempeño futuro de esta membrana haciéndole perder elasticidad y sensibilidad ante ciertas frecuencias. (A.D.A.M., Inc).

73

74

6. CASOS DE ESTUDIO

En Colombia las propuestas a analizar que involucran la problemática del ruido y su control o el proceso por el cual se ha realizado una atenuación que combata eficazmente el ruido se han delimitado a las principales ciudades con el fin de debatir y hacer uso de algunos de los casos que con un análisis concreto se podrá obtener un mejor panorama con respecto a la problemática del ruido en el país. Por medio de estos casos de estudio se pretende abordar y comprender el panorama de Colombia en materia de control de ruido y la problemática del ruido en general.

6.1. BOGOTÁ Ruido e hipoacusia en cinco empresas dedicadas a la fabricación de artículos de hojalata en Bogotá (Forero Ortiz & Manrique Aguilar, 1985)

Este estudio realizado en la ciudad de Bogotá en el año 1985 por la Universidad El Bosque, el enfoque de este estudio indaga en la salud ocupacional y en la higiene industrial, este estudio se realizó a 460 trabajadores que laboraban en empresas de manufactura metalmecánica. En las cinco empresas se realizaron una serie de evaluaciones relacionadas con el ruido ambiente, para cada operario se realizaron otoscopias basados en el historial ocupacional. Los resultados arrojaron un 25.9% de presencia de hipoacusia neurosensorial causada por ruido, de este 25,9% el 78% eran hombres que habían trabajado más de 10 años en presencia de ruido. Para realizar este estudio se procedió en primera instancia a delimitar la población y muestra a trabajar, es decir las cinco empresas y los 160 trabajadores que hacían parte de estas empresas, Para las mediciones se utilizó un sonómetro de la marca Brüel & Kjær 2204 con un filtro de octavas 1613. Por medio del Decreto 614 de 1984 sobre ruido industrial del ISS se llevaron a cabo las evaluaciones ambientales correspondientes haciendo uso de una encuesta de inspección a los usuarios. Para el procedimiento de medición se realizó la previa calibración del sonómetro. Se efectuaron las correspondientes mediciones en los espacios laborales y bajo el horario de los operarios. Estas mediciones dependían del tipo de ruido que se estaba midiendo y también dependía del lugar y horario.

75

Para estas mediciones se utilizó el filtro de ponderación y para las pruebas de impacto el selector se posicionaba en Hold imp (impulso sostenido), cada medición se realizó a 30 cm de la fuente. Bajo estos estudios se encontró que es frecuente la hipoacusia por el ruido en personas expuestas a niveles de presión sonora excesivos. De los resultados destacables se encuentra la relación entre el tiempo de exposición, los niveles de ruido ambiente y la edad con la frecuencia de hipoacusia. (Forero Ortiz & Manrique Aguilar, 1985).

Caracterización de los niveles de contaminación auditiva en Bogotá: Estudio piloto (Pacheco, Franco, & Behrentz, 2009)

Bajo este estudio realizado en la ciudad de Bogotá se ha denotado la problemática del ruido manifestada por la comunidad de ciertas localidades, concretamente las localidades de Kennedy, Suba, Engativá. La metodología empleada para la medición partió de la selección de las zonas en que se llevó a cabo esta campaña. Basados en la Resolución 0627 de 2006 de la selección de los distintos sectores acorde a los niveles permisibles de ruido se delimitaron a trabajar en 8 microambientes en cuatro zonas de la ciudad de Bogotá. En la Tabla 4 se puede apreciar los microambientes seleccionados en este estudio.

Tabla 4. Información sobre los microambientes del estudio. Sector Subsector A

Hospital

B

Residencial

C

Comercial

Microambiente Escenario con menor contaminación Escenario con mayor contaminación Escenario con menor contaminación Escenario con mayor contaminación Escenario con menor contaminación Escenario con mayor contaminación

76

Ubicación (Dirección) Carrera 111 x Calle 157 Calle 127 x Autopista norte Calle 100 x Avenida Suba Calle 75 x Carrera 1 Calle 109 entre Av. 15 y Av. 19 Carrera 10 x Calle 13

Escenario con menor contaminación D Parque Escenario con mayor contaminación Fuente: (Pacheco, Franco, & Behrentz, 2009).

Avenida 68 x Calle 63 (Interior) Avenida 68 x Calle 63 (Exterior)

Paralelo a la Tabla 4, en la Tabla 5 se puede observar la relación entre los microambientes delimitados y el tráfico vehicular (aspecto de suma importancia y acumulador de ruido).

Tabla 5. Tráfico de los microambientes. Corredor vial

Ubicación

Carriles

Carrera séptima Cra. 7 x Cll. 32 6 Avenida Carrera 30 Cra. 30 x Cll. 48 12 Avenida Av. Circunvalar x Circunvalar Cll. 72 4 Fuente: (Pacheco, Franco, & Behrentz, 2009).

Tráfico Buses y busetas Troncal de Transmilenio Vehículos particulares (Carros y motos)

Para las mediciones en estos sectores se empleó un sonómetro de tipo 1 marca Areva-Metravib referencia Solo. En el momento de las mediciones se almacenaron los valores de presión sonora continuo equivalente, presión sonora en cada intervalo de tiempo, máximo y mínimo de presión sonora registrado y demás valores estadísticos. De la Tabla 6 se pueden apreciar los resultados obtenidos en las mediciones.

Tabla 6. Resultados de las mediciones en los microambientes. Sector A

B

Subsector Hospital

Residencial

Microambiente Escenario con menor contaminación Escenario con mayor contaminación Escenario con menor

Norma LA,eq,8h Lmax,8h Lmin,8h Lpico L90 55% 60 79 52 114 55

65%

77

73

94

60

113

66

60

88

46

105

50

C

D

Comercial

contaminación Escenario con mayor contaminación Escenario con menor contaminación Escenario con mayor contaminación

70%

Parque

Escenario con 55% menor contaminación Escenario con mayor contaminación Fuente: (Pacheco, Franco, & Behrentz, 2009).

69

81

56

107

61

65

83

51

111

58

76

92

67

115

71

56

78

46

105

48

61

82

54

106

57

De los resultados se consideró que el sector A donde se supone debería haber menor nivel de presión sonora (idealmente 50dB) el ruido es considerablemente alto y es de los sitios donde la norma no está bien aplicada según la Tabla 6. En general el ruido en estos sectores efectivamente es preocupante. En conclusión acorde al estudio, Bogotá para el año 2009 contaba con sectores con serios problemas de contaminación de ruido. La primera causa de este problema es el tráfico, sin embargo otros eventos como el uso de parlantes con fines de comercializar productos en la calle, construcciones y la actividad aeroportuaria son importantes causas que son determinantes para este problema. (Pacheco, Franco, & Behrentz, 2009).

Bogotá es la capital del país y cuenta con uno de los niveles de ruido más excesivos, la zona más contaminada es la zona de Kennedy que fluctúa entre los 75 y los 95 decibeles en siete puntos críticos de la zona, similar a Kennedy es la zona de Fontibón y Antonio Nariño. La zona de Chapinero ronda los 87 decibeles y Engativá entre los 65 y los 85 decibeles. (Oficina de prensa, Alcaldía Mayor de Bogotá, 2012). En la Figura 18 se observa los mapas de ruido de la ciudad de Bogotá en horario diurno (a) y nocturno (b).

Figura 18. Mapas de ruido de la ciudad de Bogotá en horario a) Diurno y b) Nocturno. 78

a)

b)

Fuente: (Observatorio Ambiental de Bogotá, 2008).

6.2. MEDELLÍN Metodología para evaluación del ruido urbano en la ciudad de Medellín (Ortega B. & Cardona M., 2005)

Este estudio realizado en la universidad de Antioquia buscó determinar que tanto se cumplía la legislación colombiana con respecto a los eventos de contaminación por ruido en la ciudad de Medellín en lo que eventualmente determinaría el grado de exposición de los habitantes de la ciudad al ruido. Por selección se escogieron dos zonas para mediciones, la comuna diez de Medellín llamada La Candelaria y las vías públicas del barrio Prado Centro, bajo esta selección se utilizó una malla reticular de dimensiones 200 por 200 metros. Concretamente las mediciones se realizaron en el centro de cada cuadricula (malla) con ciertos horarios presentados en la Tabla 7.

Tabla 7. Horario en que se realizaron las mediciones correspondientes. Días Miércoles Viernes Domingo

Horario 7am - 7pm 7am - 7pm 7am - 7pm

Fuente: Autor.

79

La información recogida se procesó utilizando el programa estadístico SPSS 11 obteniendo datos sobre el grado en que el ruido genera molestia, las fuentes emisoras de ruido y días y horas más ruidosas. En el procedimiento de medición se empleó un dosímetro de referencia Quest Q100, además de esto también se utilizó un micrófono en dirección a las vías públicas elevado entre 3 y 4 metros y a un metro de superficies reflejantes. Para fortalecer el estudio se realizaron también encuestas a personas residentes de las zonas en las que se realizaron las mediciones. En la Figura 19 se aprecia en gráficos los resultados de dichas encuestas en la comuna La Candelaria, en a) sobre el ruido vehicular y en b) sobre el ruido por pregoneo 1, donde los se valoró de 1 a 10 la molestia por ruido siento 1, 2 y 3 bajo, 4, 5 y 6 medio y 7, 8, 9 y 10 alto.

Figura 19. Resultados de encuestas en la comuna La Candelaria, Medellín 2004. a) Ruido vehicular, b) Ruido por pregoneo3.

3

Pregoneo: En las ventas ambulantes se utiliza generalmente dispositivos con parlantería para realizar publicidad y llamar la atención además de comercializar y anunciar ofertas.

80

Fuente: (Ortega B. & Cardona M., 2005).

Bajo esta encuesta de tipo aleatoria se cifran datos como el tipo de lugar donde se efectuó la encuesta (establecimiento o vivienda) las fuentes de ruido frecuentemente reportadas son el tráfico vehicular y el pregoneo en ventas ambulantes. En la Figura 20 se describe gráficamente el resultado de esta encuesta.

Figura 20. Porcentaje de molestia por barrios de la comuna La Candelaria, Medellín, según encuesta.

Fuente: (Ortega B. & Cardona M., 2005).

81

En cuanto a los resultados de las mediciones mostraron que en 15 de 16 puntos residenciales se sobrepasan los 65dBA que es un límite máximo permitido en zonas residenciales, en zonas de tranquilidad los límites máximos que deberían ser de 45dBA superan los 65dBA. En la Figura 21 podemos observar la comparación que se realizó en este estudio acerca de los niveles de presión sonora real y permisible.

Figura 21. Comparación de los niveles de presión sonora reales (medidos) y los permitidos por norma.

Fuente: (Ortega B. & Cardona M., 2005).

Como conclusión de este estudio lograron determinar la fiabilidad de las mediciones y su contraste con la legislación colombiana que establece los valores mínimos de nivel de presión sonora según el tipo de zona. Curiosamente para este estudio se empleó en vez de un sonómetro un dosímetro, el cual está pensado para medir la incidencia del nivel de presión sonora en una persona o espacio delimitado y no para mediciones en espacios abiertos o para el tipo de mediciones focalizadas como las de este estudio, sin embargo es acertado el planteamiento teniendo en cuenta que la importancia es la cantidad de ruido que se acumula a lo largo de los tiempos de medición. (Ortega B. & Cardona M., 2005).

Medellín es la segunda ciudad más importante de Colombia, en la Figura 22 se observa el mapa de mediciones que se trazó para las crear los mapas de ruido de la ciudad, los puntos en el mapa son los lugares donde se realizaron mediciones.

82

Figura 22. Mapa de Medellín con los puntos de medición para la creación de los mapas de ruido.

Fuente: (Área Metropolitana del Valle de Aburrá, 2007).

6.3. CALI Niveles de ruido en la Unidad de Cuidado Intensivo Neonatal “CIRENA” del Hospital Universitario del Valle, Cali, Colombia (Fajardo, Gallego, & Argote, 2007)

Los riesgos ambientales afectan considerablemente a las personas en especial sus capacidades y actividades normales, igualmente para un recién nacido el estar expuesto a ambientes agresivos que puedan producir un daño temporal o permanente es motivo potencial para que se presenten problemas clínicos futuros incluyendo alteraciones fisiológicas en el infante.

83

Este estudio se encargó de realizar las mediciones de la unidad de cuidado intensivo neonatal del hospital universitario del Valle en Cali con el fin de detectar el nivel de presión sonora que se percibía y estaba presente para los recién nacidos. Para este estudio se realizó una recolección de datos acorde a las mediciones que realizaron con un sonómetro digital marca Omega de referencia 8928, posteriormente a la calibración se procedió a medir y posterior a cada medición. Se realizaron mediciones en el área del servicio compuesta de cubículos divididos donde ingresan los recién nacidos, algunos cubículos estaban enfocados acorde al estado de salud del recién nacido, se tuvo en cuenta el tiempo (hora, día, mes, año) de medición, el nivel de ruido y las actividades que se realizaban por cubículos. En la Tabla 8 se puede observar la media de los niveles de ruido acorde a los días de la semana, medición hecha en el año 2005.

Tabla 8. Media de los niveles de ruido acorde a los días de la semana en CIRENA. Día de la medición Media (dB) Lunes 62,01 Martes 60,39 Miércoles 60,81 Jueves 60,2 Viernes 61,14 Sábado 60,8 Domingo 60,77 Total 60,91 Fuente: (Fajardo, Gallego, & Argote, 2007).

# de infantes 163 151 117 118 152 170 163 1034

Como resultados visibles se consideró el día lunes como el más ruidoso y al jueves como el menos ruidoso denotando también que la cantidad de infantes y las actividades realizadas por parte del personal también influyeron, se realizaron 1034 mediciones en los 7 días de muestreo, por cada cubículo se realizaron 104 mediciones. Concluyendo, con las cifras obtenidas se demostró que el espacio era ruidoso teniendo en cuenta que es una sala para cuidados intensivos en recién nacidos, como lo nombran en el estudio, la Academia Americana de Pediatría dicta que el nivel de presión sonora para una sala de cuidados intensivos debería estar entre los 45dB de día y 35dB en la noche. El máximo valor registrado fue de 73.6dB y el mínimo de 46.5dB es decir que ni siquiera el valor mínimo está dentro de la tolerancia que dicta la AAP. (Fajardo, Gallego, & Argote, 2007).

84

Actualmente la ciudad de Cali es la tercera ciudad de Colombia con mayor población en una zona urbana, al igual que Bogotá y Medellín, la ciudad también se encuentra afectada por la problemática del ruido, el tráfico es el mayor causante de ruido urbano con niveles de presión sonora mayores en las horas pico de las ciudades (Guerrero Velasco, Arboleda Velez, Lozano Gomez, Gonzales Cubillos, Torres Espitia, & Arenas Saavedra, 1994). Pero también la construcción de aeropuertos y terminales dentro del casco urbano y demás establecimientos como pueden ser discotecas y estadios agravan la situación. Dado es el caso del aeropuerto El Dorado de Bogotá, y los terminales de Bogotá, Medellín y Cali. Otras ciudades de Colombia que cuentan con estas estructuras también se ven afectadas gravemente denotando en esencia un problema en el POT4.

Figura 23. Mapa de ruido de la ciudad de Cali en las comunas 2, 17 y 19.

Fuente: (Gómez Londoño, 2011). La Figura 23 destaca el mapa de la ciudad de Cali enfatizando las comunas 2, 17 y 19 de la ciudad, estas comunas son las más ruidosas de la ciudad y entre estas comunas destacan los sectores de Menga, Granada, la calle novena y la carrera 4

POT: Plan de ordenamiento territorial.

85

66. Cabe resaltar que a mayor cantidad de personas también se genera mayor cantidad de ruido, parte de estos sectores son residenciales.

6.4. BARRANQUILLA Detección de hipoacusia mediante potenciales evocados auditivos tronco-encefálicos y otoemisiones acústicas transitorias en niños (as) del Instituto Colombiano de Bienestar Familiar. Barranquilla (Colombia) (Alonso Palacio, y otros, 2011)

Una de las importantes observaciones de este estudio es la detección de la consecuencia por el ruido conocida como hipoacusia en niños que se supone no deberían sufrir esta afección. Sin embargo la hipoacusia infantil tal como la describen genera problemas en la utilización del lenguaje en especial para los niños de las edades más tempranas quienes aún están en proceso de aprendizaje del habla y el lenguaje, esto eventualmente acarrea problemas en el desarrollo psicológico, educativo, social e intelectual. Con el fin de desarrollar este estudio, se aplicó un estudio descriptivo en una muestra de 300 niños del ICBF5. Para determinar con mayor criterio la hipoacusia en los niños se empleó el método de detección de otoemisiones acústicas (OEA) con equipos portátiles automatizados Echocheck y Otodynamics Ltda. Por convención se toma que la prueba culmina después de que la diferencia señalruido es mayor a los 6 decibeles, entre 3 y 6 decibeles es un resultado poco confiable. Como resultados de los 300 niños examinados (más de la mitad varones) se obtuvieron ciertos datos de importancia para determinar el ambiente en el que los infantes se han desarrollado. La Tabla 9 muestra los factores ambientales y médicos a modo de trasfondo.

5

ICBF: Instituto Colombiano de Bienestar Familiar.

86

Tabla 9. Factores ambientales y médicos manifestados en los encuestados. Factores ambientales Exposición al ruido Cercanía con vías transitadas Cercanía con basurero Música con auriculares Ruidos industriales

23% 48% 12,30% 5,70% 17,30%

Maltrato o halado de los cabellos 1,70% Maltrato verbal 0,30% Maltrato físico reportado por el acudiente o padres 0% Comunicación no verbal 1,30% Hacinamiento (Más de 5 personas por habitación) 37,30% Exposición al humo 35% Servicios públicos precarios 6,70% Fuente: (Alonso Palacio, y otros, 2011).

Factores médicos Infección intrauterina 6,70% Medición oto-tóxica 1% Amenaza de aborto 12,30% RPM 5,30% Hipoxia 0,70% Parto extrainstitucional 0% Parto prolongado 0,30% UCIN Ictericia neonatal Nacimiento pretérmino

2,70% 1% 16%

Tempranamente en este estudio se detectaron manifestaciones clínicas de enfermedades auditivas variadas, las más frecuentes fueron la otalgia y la incoherencia de lenguaje verbal, la Tabla 10 hace énfasis en este resultado.

Tabla 10. Manifestaciones clínicas de enfermedades auditivas recurrentes. Dificultad para escuchar sonidos Desobediencia a los acudientes al llamarlos Incoherencia del lenguaje verbal Otalgia Disminución del entendimiento del lenguaje Dificultad para localizar fuentes acústicas Sensación de oídos tapados Otros síntomas Fuente: (Alonso Palacio, y otros, 2011).

87

4 (1,3%) 10 (3,3%) 6 (2%) 56 (18,7%) 10 (3,3%) 7 (2,3%) 12 (4%) 1 (0,3%)

Después de algunos exámenes acuciosos se determinó la patología presente en un grupo específico de niños y niñas. En cuatro casos se detectó hipertrofia amigdalina, disfunción de la trompa de Eustaquio, en dos niños otitis media serosa y rino-sinusitis aguda. Un niño fue diagnosticado de otitis media adhesiva con perforación timpánica. Las conclusiones de este estudio resaltan los posibles problemas que un recién nacido puede tener después del periodo neonatal por infecciones óticas comunes en los primeros años de vida y que a veces no se tratan con el debido cuidado. Generalmente en Colombia se realizan procedimientos para detectar la hipoacusia infantil a niños que están riesgo de tener algún tipo de alteración que pueda ser tratable. (Alonso Palacio, y otros, 2011).

6.5. CARTAGENA La contaminación acústica y percepción poblacional al sistema de transporte masivo de Cartagena, Colombia (Del Rio Cortina, Pérez Correa, Castro Angulo, & Manjarrez, 2009)

Este estudio abordó la forma en que los habitantes de Cartagena vieron la llegada del Sistema Integrado de Transporte Masivo (SITM) denominado Transcaribe con respecto a los niveles de presión sonora que se presentaron en la construcción del segundo tramo del proyecto vial. Este proyecto tuvo dos partes, la primera comprendía el estudio de los habitantes con respecto al proyecto vial y el segundo el respectivo problema de los niveles de presión sonora antes y después de la construcción del segundo tramo del SITM. Para este estudio se entrevistaron a 400 personas y los resultados se analizaron haciendo uso de métodos estadísticos descriptivos entre otros. Entre los meses de mayo y junio de 2007 y el mes de abril de 2008 se realizaron las mediciones correspondientes en sitios estratégicos de la construcción haciendo uso de un sonómetro marca Cel modelo 573. Las mediciones se realizaban 15 minutos cada hora. El sonómetro estaba posicionado con un trípode a 1,5 metros de altura para medición ambiental.

88

Figura 24. Zonas de muestreo.

Fuente: (Del Rio Cortina, Pérez Correa, Castro Angulo, & Manjarrez, 2009).

La Figura 24 detalla las zonas en las que se realizaron las mediciones: 1. 2. 3. 4.

Bomba del Amparo Centro Comercial La Castellana Centro Comercial Los Ejecutivos SENA (Sector Cuatro Vientos)

Como resultados se obtuvieron valores entre los 70 y casi 90 decibeles de nivel de presión sonora en los distintos puntos de medición como se puede apreciar en la Figura 25.

89

Figura 25. Niveles de presión sonora en las distintas zonas de medición.

Fuente: (Del Rio Cortina, Pérez Correa, Castro Angulo, & Manjarrez, 2009).

Sin embargo según las mediciones obtenidas se puede observar que la etapa de construcción primaria en el año 2007 fue más ruidosa que la etapa final en el año 2008 según la Tabla 11.

Tabla 11. Niveles de mayor presión sonora reportadas en las mediciones de los años 2007 y 2008. Zona de muestreo 2007 Hora 2008 Hora Bomba de Amparo 86,1 01:00 p.m. 77,2 02:30 p.m. La Castellana 84,23 12:00 p.m. 76,4 10:34 a.m. Los Ejecutivos 83,9 10:00 a.m. 73,7 10:40 a.m. Sena Cuatro Vientos 86,12 01:00 p.m. 74,9 11:50 a.m. Fuente: (Del Rio Cortina, Pérez Correa, Castro Angulo, & Manjarrez, 2009).

Con respecto a las encuestas realizadas a los transeúntes se denotaron ciertos problemas que acarrearía la edificación de este tramo vial del SITM, la Tabla 12 denota las mayores quejas por parte de los transeúntes.

90

Tabla 12. Problemáticas detectadas por los encuestados. Frecuencia de Problemas respuesta Porcentaje Mayor costo de transporte 183 27,3 Sobrecupo en horas pico 179 26,7 Inseguridad 84 12,5 Proliferación de vendedores ambulantes 34 5,1 Desplazamiento de los establecimientos comerciales 83 12,4 Desempleo 87 13 Otros 21 3,1 Total 671 100 Fuente: (Del Rio Cortina, Pérez Correa, Castro Angulo, & Manjarrez, 2009).

Mediante este estudio varios encuestados conocieron más a fondo lo concerniente a este sistema de transporte masivo. Como conclusiones obtenidas mediante este estudio se rescatan las perspectivas de los transeúntes en cuanto a la potencial mejoría en la movilidad y tiempo de transporte. Con las mediciones realizadas en torno al ruido de la construcción que rondaba los 80 decibeles y los sobrepasaba se determinó que este nivel de presión sonora era eventualmente causado en su mayoría por la construcción aunque el ruido vehicular también generaba un aumento en estos niveles de ruido, también era determinante la hora de medición puesto que cada momento del día acarrea eventos sonoros específicos igualmente en la construcción que se realizaba en las horas del día entre mañana y medio día. (Del Rio Cortina, Pérez Correa, Castro Angulo, & Manjarrez, 2009)

En otras ciudades del país también se han manifestado estudios concernientes a esta problemática, de hecho cada ciudad debe determinar sus problemáticas ambientales y tenerlas delegadas a un ente regulador que responde al Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible a pesar de que el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible en Colombia se encarga de delegar particularmente estas problemáticas a los entes reguladores de cada región y municipio. El ruido no es un problema aparte, esta categorizado generalmente como un tipo de contaminación del aire.

91

92

7. CONTROL DEL RUIDO

Anteriormente se ha hablado de lo nocivo que puede resultar la exposición al ruido y a los sonidos con un volumen muy alto, lo que genera una gran interrogante: ¿cómo sería posible realizar el control del ruido? En realidad, se trata de algo complejo poder controlar en su totalidad todas las componentes frecuenciales que componen el ruido debido a que 1) el ruido por sus características aleatorias resulta casi imposible definir cuantas partes de frecuencias posee, además que trabajar componente por componente es algo impráctico, ya que existen infinidad de estas que integran cualquier ruido o sonido, y 2) el control del ruido depende en gran medida de las características del medio, del receptor pero sobre todo del emisor. Esto, en definitiva, dificulta el proceso de control haciéndolo mucho más complicado más no imposible. En el desarrollo de mecanismos que realicen un efectivo control de ruido cabe destacar que el trabajar con valores aproximados es necesario debido a que muchas medidas y lecturas que se realizan a una fuente de ruido suponen sumatorias de extensas componentes frecuenciales, la envolvente característica del ruido se basará en las componentes con mayor amplitud sonora y subestimará las componentes que poseen una amplitud leve, en otras palabras, las componentes frecuenciales de mayor amplitud serán las más nocivas y por tal las que se deben tratar con principal urgencia. A través de los años se han presentado propuestas efectivas y contundentes que ayudan a realizar el control del ruido por medio de investigaciones y de desarrollos empíricos. Pero para comprender la esencia del control del ruido es necesario captar la teoría acerca del control en general, como realizar cualquier tipo de control. Entonces empecemos por la teoría, la teoría de control empleada para procesos.

7.1. TEORÍA DE CONTROL Basándonos en la teoría de control empleada para procesos industriales, la teoría clásica ha permitido identificar dos tipos de sistemas aplicables para realizar el control de un proceso: el sistema de control abierto y el sistema de control cerrado. Ambos difieren en su definición puesto que mientras el sistema de control abierto no requiere de lo que se conoce como realimentación, el sistema de control cerrado sí. La realimentación en este caso va a ser el elemento que permite la reducción del error en el proceso a controlar, pero también incide enormemente el desempeño del proceso dándole estabilidad, sensibilidad y robustez a las perturbaciones que la puedan afectar.

93

En la selección del tipo de sistema de control depende particularmente de la necesidad del proceso a controlar y su eficiencia, si el proceso a controlar no requiere de un elemento que este comprobando el error para corregirlo suele emplearse el sistema de lazo abierto, un ejemplo de este podría ser el ciclo de una lavadora. El ciclo de lazo cerrado en cambio emplea el elemento de realimentación con el cual podrá realizar un proceso y además mantenerlo en un estado ideal, un ejemplo de este ciclo podría ser el refrigerador. (Ogata, 1998).

Figura 26. Bucla de control general sin planta.

Fuente: Autor.

Ahora, haciendo uso de esta noción de control industrial aplicada al control de ruido se puede ver la necesidad de controlar el ruido por los componentes que integran una bucla de control clásica como se aprecia en la Figura 26, siempre teniendo una señal de referencia que será la información a controlar. En general a nivel de procesos lo que se busca con una aplicación de control de este tipo es mantener estable la entrada del sistema, con el fin de al momento de percibir un cambio en la entrada, esta se mantenga ajustando parámetros de control en el sistema. Siendo así, una bucla de control se conforma por un componente controlador, un componente actuador y dado el caso del tipo de control (abierto o cerrado) un componente de realimentación. 



Controlador: El controlador dispone de una entrada comparada conocida como el error, la detección de este error la realiza el detector de error que compara la señal de referencia con la realimentada. Además de la entrada el controlador cumple con la función de compensar el error para estabilizar el sistema. Actuador: Hace uso de lo que se conoce como señal de control para la entrada, la señal de control es la salida directa del controlador tras la compensación en la señal, el actuador realiza una etapa de potencia

94

 

ajustando los niveles de la señal y entregando una salida conocida como variable manipulada. Planta: Esta etapa recibe a la variable manipulada y es la representación de la maquinaria física en la que se involucra todos los procesos del ciclo de control, como se puede apreciar en la Figura 27. Realimentación: La realimentación constituye la etapa que diferencia a un sistema de control cerrado de uno abierto. Lo constituyen equipos que reciben la señal de salida y la adecuan para el comparador, se incluyen en los instrumentos para la realimentación sensores, transductores y transmisores de señal. (Ramírez & Rosero García) .

Las señales que interactúan en el sistema de control se irán adecuando acorde al diseño del sistema y dependiendo del tipo de sistema si es abierto o cerrado. 





 

Señal de referencia: Es la entrada al sistema y es la señal que se recibe y será controlada a fin de que la salida sea idéntica al valor de la referencia, esta señal será la que permitirá al sistema operar bajo los ajustes y especificaciones previos. Error: El error se analiza a partir de la diferencia que se presenta entre la señal de referencia y la salida del sistema, básicamente el error opera para darle a conocer al controlador el valor a compensar con respecto a la referencia y así ajustarse a los valores ideales. Señal de control: La señal de control nace a partir de la compensación del error y es la señal que será la receptora. En el caso de un sistema de control de ruido, el controlador actuará no solo compensando la señal sino será el elemento de control que se encargará de recibir la señal y procesarla. Variable manipulada: Es la salida del actuador, la variable manipulada es la señal trabajada que permite al actuador ajustar los niveles de potencia requeridos para que la planta opere como se espera. Salida controlada: Básicamente es la salida del sistema, esta salida en un ciclo de control abierto tiende a tener un error considerable que dependerá del operador para ser corregido o si es un proceso que no es crítico, este error puede tolerarse. En un ciclo de control cerrado por otro lado esta salida se espera sea igual a la señal de referencia para que el sistema se encuentre estabilizado.

Considerando un elemento de control o un proceso es necesario detallar sus especificaciones para poder realizar el control de la manera correcta. En la Figura 27 se detalla la bucla típica con los anteriores componentes y variables que se encuentran en medio del proceso de control.

95

Figura 27. Bucla de control general con planta.

Fuente: Autor.

A continuación, se definirán los tipos de control abierto y cerrado con mayor detalle:

7.1.1. Control abierto (No realimentado) Este tipo de control al no tener realimentación básicamente se limita a tener dos fases de control que definen y determinan que tipo de proceso realiza y como lo realiza. Este tipo de control posee una fase del controlador y una fase del proceso controlado. Estas fases generalmente requieren de parámetros previos o fijados por un operador y no se ajustan automáticamente ante un cambio en la entrada, el cambio lo realiza el operador al ajustar los parámetros que describen el proceso en acción. Como ya se mencionó, no es algo muy elaborado y este control es empleado en procesos que no son críticos o permiten cierta incertidumbre. Por tal se puede asumir que el error humano estará presente y dependerá de los reflejos y reacciones que tenga el operador. El sistema de control puede llegar a ser un sistema embebido6.

6

Sistema embebido: Sistema de cómputo enfocado a realizar una única tarea dedicada. A diferencia de un sistema de proceso multitarea como un computador, un sistema embebido hace uso de elementos de procesamiento enfocados a una única tarea.

96

7.1.2. Control cerrado (Realimentado) El control cerrado incluye la realimentación tal como se puede observar en el diagrama de la bucla de control en la Figura 26 y Figura 27, este tipo de control es empleado en procesos críticos que requieren que se autoajusten dependiendo de cómo se presente la entrada. El control cerrado parte del control abierto incluyendo la realimentación que le dará estabilidad, exactitud y adaptabilidad.

La manera en que actúa la realimentación es generando una señal que será comparada con la señal de entrada, eventualmente al estas dos encontrarse el mínimo desfase entre ambas dará por resultado un error que le indicara al sistema que debe ajustarse hasta que esa diferencia desaparezca o sea lo mínima posible, buscando siempre obtener la entrada igual a la salida, en la Figura 28 se hace evidente el elemento comparador que actúa como detector de errores en un sistema de control realimentado.

Figura 28. Elemento de detección de error.

Fuente: Autor.

La búsqueda de una aplicación eficaz en un sistema de control es proporcionarle a los objetivos que se tienen para realizar el control unos resultados significativos que den constancia del proceso controlado. (Kuo, 1996). La Figura 29 busca plantear una relación entre la teoría de control y el control de ruido, donde el control abierto (No realimentado) es similar al control pasivo de ruido y el control cerrado (Realimentado) es similar al control activo de ruido.

97

Figura 29. Relación entre las bases de la teoría de control y el control de ruido.

Fuente: Autor.

Ahora, existen dispositivos que permiten crear un control sobre el ruido de forma activa y pasiva, estos dos términos infieren lo siguiente:

7.2. CONTROL PASIVO DE RUIDO Cuando se habla de control pasivo de ruido hace referencia al tipo de acciones que se pueden realizar para disminuir determinado ruido sin necesidad de manipular la fuente o el medio. Entonces realizar el control pasivo de ruido implica adecuar la recepción de tal modo que no se experimente (o en una menor proporción) el sonido nocivo. Esto definitivamente no elimina el problema del ruido, sin embargo es una alternativa eficiente en ciertas ocasiones y también una opción económica al momento de controlar un espacio. Pasivamente, es posible aplicar el control a nivel industrial, como medida de prevención para evitar que el personal de una empresa se vea afectado por un evento o escenario ruidoso, la exposición frecuente o permanente al ruido deteriorará progresivamente el órgano auditivo como ya se vio, en la industria existen muchos escenarios ruidosos en los que se pueden emplear este tipo de control sin problema alguno como el caso de los elementos de protección en operarios que normalmente son requeridos en plantas donde el ruido es excesivo y difícil, o muy costoso de controlar. Muchas veces son utilizadas orejeras o tapones para los oídos que generalmente atenúan a 28dB, están hechos de elementos suaves al contacto con el oído externo y anatómicamente diseñados para que el acople entre el elemento de protección sonora atenúe lo que se supone que debe atenuar. Más adelante se

98

hablará más a fondo de los elementos de protección que ayudan al control pasivo del ruido. El control pasivo de ruido es en síntesis una forma de control que impone una barrera al ruido pero hay ciertos aspectos a considerar en los cuales este tipo de control no resulta ser muy eficiente:   

Se emplea como método atenuador del ruido para las personas con frecuente exposición. Los elementos de protección no solo disminuyen el ruido sino que también limitan cualquier otro sonido, lo cual no es favorable, debido a que dificulta la comunicación entre operarios. No elimina el ruido, solo da alternativas que evitan que el ruido llegue a ser verdaderamente nocivo.

A pesar de estas desventajas, el control pasivo es ampliamente utilizado. (Rodríguez Fuentes M. , 2008).

Elementos de protección

Como elementos de control pasivo de ruido existen diversos materiales de protección destinados a la industria y con el fin de reducir el impacto sonoro que puede ejercer un espacio, un mecanismo o maquina a un operario, esto también con el fin de poder generar un espacio óptimo para el trabajo del personal en una empresa. Los elementos usados para la protección auditiva son diseñados anatómicamente para ajustar en primera instancia con el operario. Cuando en un espacio el ruido ambiente es superior o constante a los 85dBA es necesario el uso de protectores auditivos, recordando que la idea de estos elementos es la de proteger auditivamente y prevenir lesiones temporales o permanentes en el oído pues como ya se mencionó, el oído no sólo desempeña el papel de órgano auditivo esencial en la comunicación sino que una lesión en el oído puede generar problemas de equilibrio que perjudicarían el trabajo del personal. Un valor esencial en la selección de un protector auditivo como unos audífonos u orejeras es la tasa de reducción del ruido (Noise Reduction Rating), denotado NRR, este valor de seguridad se obtiene bajo altas condiciones de laboratorio. A pesar de que este valor está basado en la tasa de reducción teórica del ruido, suele ser un valor que a nivel práctico no se logra llevar a cabo, por tal en las

99

diferentes pruebas se genera una divergencia de desempeño en calidad de los protectores y el valor en nivel de ruido efectivo más bajo que presente un dispositivo será el valor comúnmente asociado al desempeño de los protectores auditivos. El nivel de ruido efectivo para elementos de protección auditiva se determina conociendo el nivel de ruido obtenido gracias a la medición con la escala de ponderación C, es decir en dBC, la expresión es la Ecuación 22.

Ecuación 22. Nivel de ruido efectivo.

Aunque también existe una variación a esta forma de determinar el nivel de ruido efectivo con la misma fórmula pero bajo la escala de ponderación A (dBA) que es el estándar para el análisis de nivel de ruido. La expresión entonces es la Ecuación 23.

Ecuación 23. Nivel de ruido efectivo en ponderación A.

Los elementos de protección auditiva pueden variar físicamente pero su desempeño siempre está enfocado pensando en la persona que empleara el protector. Para la selección del tipo de protección auditiva que una persona requiere para cierto espacio o actividad se debe considerar su utilidad a largo plazo además del desempeño en el área de trabajo y desde luego la atenuación a los eventos ruidosos.

7.3. CONTROL ACTIVO DE RUIDO Por otro lado, el control activo de ruido involucra unas herramientas complejas que intervienen en la emisión (fuente) del ruido y en el medio. En este caso, el control del ruido es mucho más riguroso y más complejo dado el alcance que tiene, es muy efectivo y mejor que el control pasivo aunque es mucho más costoso pues requiere de dispositivos robustos que se encargan de censar e ir ajustando ciertos

100

parámetros para que el ruido se disminuya lo mayor posible. (Bravo, Cobo Parra, Cuesta Ruíz, Siguero Guerra, & Ranz Guerra, 2000). En el control activo de ruido se ve reflejado el intenso uso de dispositivos electrónicos que se encargan de establecer niveles de presión sonora para la emisión de ciertos dispositivos como es el caso de los limitadores. En la actualidad gracias a complejos dispositivos que nos permiten manipular las fuentes de ruido a nivel digital se presenta al control activo de ruido como un proceso más vanguardista y de alta complejidad. Existe una variedad de algoritmos que están diseñados con el fin de sacar ventaja a los procesos más rigurosos y delicados en los que alterar el ruido es algo casi imposible. Estos algoritmos se basan en filtros que buscan obtener el error de una señal comparando la entrada con la salida del sistema. Estos filtros son conocidos como filtros adaptativos, digitalmente también suelen ser empleados otro tipo de filtros como los filtros de respuesta de impulso finita e infinita (FIR y IIR respectivamente) pero tienen como desventaja que los parámetros con los que trabajan son invariantes en el tiempo, a diferencia de los filtros adaptativos que si permiten ajustar sus valores acorde a eventos y varían en el tiempo. Para poder capturar la esencia de cómo trabajar estos filtros se hablará entonces de dos algoritmos que hacen uso de métodos adaptativos para ser empleados para el control de ruido activo:  

Algoritmo FxLMS Algoritmo MFxLMS

7.3.1. Algoritmo FxLMS El algoritmo FxLMS fue implementado a partir del algoritmo LMS (Least-mean square algorithm) el cual hace una búsqueda de los coeficientes filtrados que hacen parte del valor esperado mínimo cuadrado a partir del error que arroja sistema.

El FxLMS se conoce también como algoritmo LMS de referencia filtrada. (González, Rossi, Molina, & Parlanti, 2012). En la Figura 30 se puede apreciar el algoritmo LMS el cual tiene una entrada tanto para el filtro adaptativo como para un sistema de control desconocido el cual va a ser tratado por el filtro adaptativo. El filtro ̂ tiene como función adaptarse al sistema desconocido teniendo en cuenta la entrada , el error y la señal deseada .

101

Figura 30. Algoritmo LMS.

Fuente: (Jones, Appadwedula, Berry, Haun, Moussa, & Sachs, 2009).

Analizando más de cerca un filtro adaptativo en la Figura 31 se puede observar como la señal deseada junto con la salida del filtro son las que dan a producir la señal de error que se realimentará en el filtro.

Figura 31. Filtro adaptativo.

Fuente: (Jones, Appadwedula, Berry, Haun, Moussa, & Sachs, 2009).

Concretamente, el algoritmo FxLMS es una modificación del algoritmo LMS y su implementación es mucho más robusta y es poco compleja a nivel computacional además de su implementación (Akhtar & Mitsuhashi, 2010). En la Figura 32 se puede apreciar el montaje de un sistema de control que hace uso de un algoritmo FxLMS para el control activo de ruido (ANC).

102

Figura 32. Controlador de un solo canal que emplea un algoritmo FxLMS.

Fuente: (Douglas, 1999).

Cabe resaltar que los sistemas de control activo de ruido también son conocidos como control adaptativo feed-forward o control feed-forward.

7.3.2. Algoritmo MFxLMS Es una modificación del algoritmo FxLMS y optimiza la velocidad de adaptación del algoritmo, esto es esencialmente útil cuando se está recibiendo más de una fuente de ruido y se tienen más canales de procesamiento, lo cual hace a esta modificación una opción considerable, a pesar de que su implementación computacional es un poco más compleja aun cuando el algoritmo MFxLMS simplifica la recepción de la señal de error para el sistema de control activo de ruido. (Kletschkowski, 2012).

7.4. INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y CONTROL En el control activo de ruido actúan ciertos dispositivos que hacen parte del proceso de control desde distintas partes, algunos elementos son dispositivos que son actuadores y controladores, otros únicamente sirven como elementos de referencia e incluso de realimentación haciendo un análisis basado en la bucla de control típica. Los dispositivos que intervienen en el proceso de control activo de ruido son:

103

     

Sonómetros Limitadores Dosímetros Calibradores Fuentes de ruido acústico Transductores

7.4.1. Sonómetros Los sonómetros son una clase de dispositivos empleados en la industria para la medición de nivel de presión sonora en un espacio o recinto determinado, existen diferentes tipos de sonómetros dependiendo de las necesidades de la medición al igual del presupuesto. Son dispositivos enfocados al trabajo de frecuencias sonoras, por tal su rango particular de trabajo radica entre los 20Hz y los 20KHz (rango audible humano promedio), aunque existen variedades de sonómetros que trabajan con más flexibilidad las frecuencias subsónicas y ultrasónicas, generalmente estos sonómetros no se limitan a medir el nivel de presión del sonido ambiental sino las vibraciones del espacio. Son elementos muy sensibles que requieren de un manejo cuidadoso, no solo del dispositivo sino de la manipulación de sus elementos como cables y el micrófono. Como ya se mencionó, estos dispositivos operan bajo el rango auditivo humano más sin embargo muchos trabajan por encima de los 20KHz (ultrasonido) y por debajo de los 20Hz (infrasonido) para garantizar un espectro más rico en muestras acústicas que ayuden al análisis del comportamiento de un espacio.

104

Figura 33. Diagrama de un sonómetro.

Fuente: Autor.

En la Figura 33 se puede observar un dispositivo con un entorno de interacción con el usuario sencillo, constando de una pantalla LCD que mostrará las lecturas realizadas, los botones de menú que según el diseño realizaran ciertos ajustes para las lecturas y un botón de encendido/apagado, en la parte superior se encuentra el micrófono que como dispositivo será la entrada, el sensor que reciba y la señal de sonido y por esta razón tiene ciertas especificaciones de diseño incluyendo factores de sensibilidad y direccionalidad específicos. Los micrófonos empleados en las mediciones de este tipo son de tipo condensador por su sensibilidad y porque son robustos a la hora de hacer mediciones en medios que experimenten campos electromagnéticos y que puedan distorsionar o atenuar las lecturas. (Cesva).

105

7.4.2. Limitadores Estos dispositivos trabajan como elementos de registro frecuencial de señal, es decir, que trabajan a partir de la señal de entrada que obtengan e interiormente realizan un procesamiento que adecua la señal a ciertos parámetros que se les ajustan con el fin de obtener la salida ideal. Son empleados ampliamente en recintos que requieren controlar el volumen del sonido y sobre todo evitar la saturación de este, previniendo simultáneamente la generación de ruido. Al trabajar con el rango de frecuencias audibles de 20Hz a 20KHz el procesamiento de estas señales se realizan por bandas de octava lo que garantiza manipular mejor las componentes frecuenciales y realizar un mejor procesamiento de estas, la Figura 34 ilustra el diseño de un limitador de control por nivel de señal eléctrica, más adelante se describirá el tipo de operación que realiza.

Figura 34. Diagrama de un limitador.

Fuente: Autor.

A nivel de control este dispositivo interviene en la salida directa de audio y la etapa de potencia, es decir la amplificación general del sonido. Pensando en la bucla de control este elemento presenta el controlador y el actuador incorporados. Un limitador acústico no realiza un control bajo una selección de frecuencias exactamente ni tampoco actúa como si se tratara de un tipo de filtro acústico, el limitador corrige los niveles de presión sonora evitando que estos se excedan bajo ciertos parámetros que dependerán de las normativas, cabe resaltar que el desempeño de este dispositivo difiere del de un compresor de sonido, ya que el limitador no afecta en rango dinámico de la señal, tan solo actúa como un dispositivo de control de nivel de volumen. Estos instrumentos pueden operar de dos formas, la primera es censando la señal eléctrica del sonido sin necesidad de un transductor externo, la segunda es haciendo uso de un micrófono que censará y permitirá la entrada de audio. (Cesva).

106

7.4.2.1.

Control de nivel por señal eléctrica

En la Figura 34 se observa un limitador de este tipo, en este tipo de control se realiza a partir del cableado en el limitador, se realiza un censado de la señal eléctrica en los cables, la regulación del volumen se llevara a cabo antes de la etapa de amplificación, presenta ciertos inconvenientes ya que el control realizado en esta instancia es del tipo de control abierto, es decir que trabaja bajo un parámetro pero no se autoajusta dependiendo de las eventualidades que se presenten en el medio o lugar, por consiguiente muchas veces estos dispositivos tienen un comportamiento de compresores de audio alterando la dinámica y alterando la señal de audio, haciendo que esta pierda su calidad inicial, a pesar de esto, resulta ser un tipo de control económico y efectivo en espacios en los que no concurran muchas personas, debido a que entre mayor cantidad de personas, más absorción sonora se presentará y por tal la sensación de un volumen bajo en el sonido será evidente.

7.4.2.2.

Control de nivel por micrófono

El micrófono en este caso será el instrumento transductor que efectúe la realimentación viéndolo desde el punto de vista de una bucla de control; el micrófono por consiguiente se encargará de censar el sonido, el cual será procesado internamente en el procesador digital de señales (DSP). Gracias a que trabaja de esta manera puede disponer de varios sensores que de acuerdo a su ubicación en un lugar permitirán realizar una realimentación sonora y un control de mejor calidad, este instrumento con este tipo de control es muy recomendable en espacios muy concurridos y con geometrías complejas. En este caso no se presentan problemas por la alteración de la señal ni por la deformación del rango dinámico. Es un proceso más complejo y costoso pero más efectivo. (Gravis).

7.4.3. Dosímetros Los dosímetros son elementos de gran importancia en cuanto al análisis de ruido se refiere, puesto que estos dispositivos pueden medir la cantidad de radiación ionizante sonora incidente en un tejido vivo. Estos elementos de medición permiten caracterizar las cantidades recomendables para una persona en cuanto a absorción de radiación sonora se refiere, indican la nocividad del ruido en cantidad a la energía sonora absorbida por una persona en su espacio laboral o en algún

107

lugar específico. En la Figura 35 se puede apreciar el diagrama de un dosímetro, los dosímetros acústicos disponen de un contador que irá acumulando la cantidad de radiación sonora en forma de ruido que absorbe una persona en un tiempo estipulado que por lo general son 8 horas como se estipula en la directiva 2003/10/CE7. (Cesva).

Figura 35. Diagrama de un dosímetro.

Fuente: Autor.

7

Directiva del parlamento europeo y del consejo del 6 de febrero de 2003 sobre las disposiciones mínimas de seguridad y de salud relativas a la exposición de los trabajadores a los riesgos derivados de los agentes físicos (ruido). (decimoséptima Directiva específica con arreglo al apartado 1 del artículo 16 de la directiva 89/391/CEE).

108

7.4.4. Calibradores A pesar de no ser exactamente elementos de medición acústica para obtener lecturas de ruido circundante, los calibradores permiten ajustar los parámetros exigidos según normativas ambientales a los dispositivos que requieren operar bajo rigurosos estándares, debido a que los valores estipulados de calibración pueden tener ligeros cambios de acuerdo con las normas impuestas en diferentes países, en general se trabajan con la normativa europea IEC 60942:2003 8 . (Cesva). La Figura 36 muestra gráficamente un calibrador, el cual consta de un orificio por donde se ingresa el micrófono para calibrar los equipos.

Figura 36. Diagrama de un calibrador.

Fuente: Autor.

8

International Electrotechnical Commission (IEC) 60942:2003 ed. 2003, Electroacoustics - Sound calibrators.

109

7.4.5. Fuentes de ruido acústico Se generaliza cuando se tratan de diversos elementos que sirven de fuentes generadoras de ruido acústico con el fin de poder realizar estudios comportamentales o simulaciones. Las fuentes de ruido o también conocidas como fuentes de presión sonora permiten hacer estudios de omnidireccionalidad del ruido en un entorno, además de estudios de aislamiento acústico, tiempos de reverberación y absorción de un recinto. Dependiendo del tipo de elemento que sirva como fuente emisora de ruido pueden hacerse otro tipo de estudios y análisis que incluyen vibraciones y resistencia de materiales a ciertos niveles de ruido. Otros dispositivos generadores de ruido suelen producir sonido de impacto que además del impacto sonoro generado también produce vibraciones que se suman como oscilaciones que en cierto grado también determinarán el comportamiento del ruido. (Cesva).

7.4.6. Transductores Aunque en los anteriores dispositivos empleados en el control del ruido a nivel activo disponen de transductores que por definición convierten cierto tipo de energía en otra de diferente magnitud como lo son los micrófonos o parlantes, también existen otros elementos transductores que no son tan convencionales en el uso del control del ruido más sin embargo son mencionados a continuación ya que bajo ciertas necesidades de medición resultan útiles. Uno de estos elementos son los acelerómetros. Estos dispositivos piezoeléctricos permiten realizar lecturas de aceleramiento en las vibraciones que se generan en un espacio o entorno. Eventualmente la aplicación de estos dispositivos también corresponde a las necesidades de medición, puesto que muchos de estos dispositivos pueden proveer características axiales distintas, el enfoque de mediciones puede variar, en general los acelerómetros como dispositivos de mediciones para vibraciones son empleados para realizar análisis de comportamientos en frecuencias en edificaciones y para diferentes tipos de maquinaria o elementos de operación como motores, compresores, bombas etc. Otros transductores empleados en el control del ruido generalmente se tratan de micrófonos preamplificados o micrófonos sencillos con ciertas características de sensibilidad acordes a un rango de operación frecuencial determinado. Son instrumentos específicos para ciertas medidas dependiendo del entorno de trabajo, algunos de estos dispositivos también son prepolarizados, es decir que permite caracterizar la presión sonora en el campo de presión a trabajar. (Cesva).

110

7.5. MATERIALES ACÚSTICOS Se entiende por un material acústico a un material que presenta un desempeño especial frente al sonido, sea aislándolo, absorbiéndolo o bien difuminándolo, sus propiedades acústicas hacen de este material útil para emplearlo en los procesos de control de ruido y en edificaciones y estructuras que requieran de un tratamiento acústico específico. Habría que decir que todo material tiene propiedades acústicas, sin embargo, los conocidos como materiales acústicos son aquellos que están pensados específicamente para interactuar con el sonido de una manera más selectiva. La absorción es una propiedad acústica característica de varios materiales y existe un coeficiente que indica la proporción de absorción que puede presentar un material.

7.5.1. Coeficiente de absorción Cuando un material posee características absorbentes es porque existe una relación entre la absorción de energía y la cantidad de energía que incide en el material, esta relación es conocida como coeficiente de absorción e indica de 0 a 1 siendo 0 absorción nula o lo que entenderíamos como total reflexión y 1 como absorción total o reflexión nula. Este coeficiente se denota con la letra alfa y la expresión que describe esta relación se puede analizar en la Ecuación 24.

Ecuación 24. Coeficiente de absorción.

Fuente: (Beranek, Acoustics, 1996).

El coeficiente de absorción es inherente en muchos materiales acústicos como la fibra de vidrio, espumas y material de lana mineral de roca.

111

7.5.2. Coeficiente de reducción de ruido Acotado como NRC por sus siglas en inglés Noise Reduction Coefficient; es un coeficiente muy empleado en la industria de materiales que trabaja en las bandas de octava de frecuencia desde los 250Hz hasta los 2KHz y son la media de los coeficientes de absorción aproximada al múltiplo de 0.05 más cercano. Se suele representar como un porcentaje. Al ser un coeficiente basado en la media del coeficiente de absorción este es un valor verdaderamente importante puesto que indica un comportamiento generalizado en el comportamiento de las bandas de frecuencias anteriormente nombradas. Su representación matemática se puede observar en la Ecuación 25.

Ecuación 25. Coeficiente de reducción de ruido.

Fuente: (Beranek, Acoustics, 1996).

La anterior expresión denota las cuatro bandas de octava entre los 250Hz y los 2KHz, un rango especialmente perceptible por el oído humano. (Beranek, Acoustics, 1996).

7.6. TIPOS DE MATERIALES ACÚSTICOS Los materiales acústicos que se nombraran se trabajan a nivel industrial con los dos coeficientes anteriormente nombrados, existen tres comportamientos esenciales de estos elementos y que hacen parte de sus propiedades acústicas y de su naturaleza:   

Absorción Aislamiento Difusión

De las anteriores nombradas, la absorción es la propiedad por excelencia que requiere un material acústico para la adecuación de espacios y recintos, puesto

112

que gracias a esta propiedad el sonido que incide en el material se desvanece y es mínima la reflexión que ofrece, para esto, los materiales acústicos también se disponen con ciertas geometrías que ayudaran a que la incidencia del sonido sobre este se desvanezca lo mayor posible y no se refleje. En general las propiedades anteriormente nombradas no se presentan todas en un material concreto o por lo menos alguna de estas propiedades predominará sobre las anteriores, es aquí donde se crean las siguientes categorías de materiales: 





Materiales absorbentes: La energía que incide en el material se absorbe generando una reacción de transformación energética. Lo que incide como energía sonora o acústica se convierte en energía calórica. Son elementos empleados en espacios que requieran reducir las reflexiones sonoras que ocurren una vez la fuente sonora emite. Materiales aislantes: El sonido que incide contra las paredes de este tipo de materiales no atraviesa el otro extremo del material puesto que en el proceso de incidencia de la onda sonora el material presenta una densidad considerable la cual le hace difícil viajar a través de él. Esto supone una pérdida de transmisión de energía acústica muy grande. Estos materiales se utilizan para la separación acústica entre recintos. Materiales difusores: Estos materiales causan en el sonido incidente que éste se disperse tal que las ondas sonoras dispersadas van perdiendo gradualmente componentes frecuenciales y amplitud lo cual causa la progresiva atenuación del sonido. Además que son elementos reductores de fenómenos físicos sonoros como la resonancia y la corrección de puntos focales y vacíos acústicos donde el campo sonoro se anula.

Todos estos elementos son aplicados para la adecuación de espacios y es un método eficaz en la búsqueda por controlar el ruido, el resultado de esta adecuación acústica es conocido como insonorización. En la Figura 37 se puede observar una comparación entre los estos tres tipos de materiales acústicos y su comportamiento espectral en grados, se puede apreciar entonces un material absorbente, un reflector (aislante) y un difusor y su respuesta espectral según la incidencia sonora sobre estos.

113

Figura 37. Comparativa del desempeño entre materiales acústicos.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

Hablaremos más a fondo de este tipo de materiales con el fin de ver como estos hacen parte esencial en el control del ruido dependiendo del tipo de escenarios y el tipo de estructuras y geométricas que se emplean.

7.6.1. Materiales absorbentes Como ya se dijo, los materiales absorbentes son componentes que absorben la energía sonora y la transforman en calor (Para lo cual también se emplean en ciertos casos disipadores de calor). Estructuralmente los materiales absorbentes 114

suelen ser materiales porosos en los cuales estos poros se encuentran interconectados entre sí. Para que se dé el efecto de absorción de manera primaria debe ocurrir una transformación de la energía sonora en energía mecánica (ondas), cuando el sonido entra en contacto con la superficie del material lo hace vibrar y generar estas ondas gracias a que éste es elástico. Estas ondas mecánicas posteriormente se irán desvaneciendo por una fricción interna entre las paredes del material. El calor se genera una vez esta fricción se disipe en el aire que se encuentre entre las estructuras porosas del material. La estructura de estos materiales eventualmente hace que sean buenos absorbentes pero malos aislantes de sonido. Dado que su estructura es porosa permite tener un elemento ligero para manipular, su densidad es pequeña y esto afecta su rendimiento en cuanto a aislamiento. Los elementos porosos por su diseño son también permeables al aire, es decir, si el aire puede fluir por uno de los poros de un extremo del material absorbente una cantidad pequeña y aun así considerable tendrá que encontrar una salida al otro extremo del material. La razón de todos estos aspectos es que estas características tienen importante efecto en el coeficiente de absorción, sin esta información sería inútil pretender realizar un tratamiento acústico optimo en un espacio. En la Figura 38 se puede apreciar un material poroso, sus superficies tienden a ser amorfas y pueden presentarse densidades diferentes en zonas localizadas alrededor del material.

Figura 38. Material poroso y absorbente.

Fuente: Autor.

115

Resonadores

Para los elementos que constan de materiales absorbentes una de las deficiencias es el comportamiento de estos para frecuencias graves, sin embargo este desempeño puede mejorar dependiendo del posicionamiento del material absorbente. Dentro de los elementos de absorción se pueden encontrar unos dispositivos específicos conocidos como absorbentes selectivos o resonadores, estos elementos se encargan de entrar en resonancia con una frecuencia específica realizando el mismo proceso que realizaría un material absorbente pero dependiendo de la frecuencia para la cual el resonador está diseñado. Para que un resonador desarrolle esta cualidad se necesita que tenga un diseño geométrico coherente a la necesidad de absorción y eventualmente estar diseñado con el material absorbente. Básicamente existen dos tipos de elementos resonadores, los resonadores de membrana o membrana resonante y los resonadores de Helmholtz o resonadores de cavidad. Sin embargo para comprender mejor el comportamiento de estos aparatos es necesario abordar que es la resonancia.

Resonancia

El fenómeno de resonancia se genera a partir de las vibraciones de un cuerpo físico con respecto a una fuerza exterior que hace que este cuerpo se descontrole y produce una amplitud bajo determinadas condiciones. (Rejano de la Rosa, Resonancia. Transmisibilidad. Rendimiento, 2000) A nivel de frecuencias, un elemento que disponga de esta cualidad amplificara para la frecuencia inherente del mismo. Los resonadores son esencialmente empleados para propagar el ruido, curiosamente son muy empleados en teatros y recintos cerrados donde se necesita una acústica envolvente y esto es debido a que para la frecuencia en la que se presenta la resonancia su amplitud aumentará y se propagará más, podría decirse entonces que los resonadores pueden ser empleados como una especie de filtros para darle más contundencia a un espectro sonoro previamente seleccionado. Es una forma hábil de combatir el ruido aunque este elemento se encargue de propagar también el ruido incrustado en la frecuencia de resonancia. Lo interesante de estos dispositivos es que permiten prolongar la duración de la frecuencia específica, esto ocurre cuando una onda incidente al objeto resonante

116

empieza el proceso de absorción descrito anteriormente, de igual forma la energía absorbida se transforma en energía sonora. (Jaramillo Jaramillo, 2007).

Resonador de membrana o diafragmático

Estos resonadores están diseñados con una lámina (también llamada diafragma) separado de la pared, esto con el fin de crear una especie de cámara de aire tras este, esta cámara actuara como un fuelle cuando se genere las vibraciones por la resonancia. El elemento resonador cuenta además con el diafragma que será la masa que separa la lámina de la pared, la Figura 39 representa la estructura de un resonador diafragmático.

Figura 39. Resonador diafragmático.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

Para determinar la frecuencia de resonancia de este tipo de resonadores se emplea la Ecuación 26.

117

Ecuación 26. Frecuencia de resonancia del resonador diafragmático. √

Donde M es la masa por unidad de la superficie del panel dada en Kg/m 2 y d es la distancia del panel a la pared dada en centímetros.

Resonador de cavidad o de Helmholtz

El diseño de este resonador difiere al del resonador de membrana ya que está formado por una cavidad cerrada de aire que está conectada al recinto por un cuello estrecho, en la Figura 40 se observa el diseño de un resonador de este tipo en donde la se muestra una cavidad tras la pared rígida, esta cavidad además va acompañada de un cuello con una determinada medida.

Figura 40. Diseño de un resonador de Helmholtz.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

Bajo este diseño se puede entrar a enunciar dos condiciones muy interesantes que presenta este elemento como material absorbente selectivo. Tanto la longitud del cuello como la raíz cubica del volumen son mucho menores a la longitud de

118

onda para frecuencias generalmente bajas, las expresiones se pueden observar en la Ecuación 27 y Ecuación 28.

Ecuación 27. Longitud del cuello del resonador de Helmholtz mucho menor a la longitud de onda para frecuencias generalmente graves.

Ecuación 28. Raíz cubica del volumen de la cavidad resonante mucho menor a la longitud de onda para frecuencias generalmente graves. √

En este caso el elemento de masa vendría siendo el aire que atraviesa el cuello y el aire previamente contenido en la cavidad resonante se comportará como el fuelle. Para determinar la frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz la expresión teórica se puede apreciar en la Ecuación 29.

Ecuación 29. Frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz. √

En donde (Figura 40): S = Sección transversal del cuello en cm2. L = Longitud del cuello en cm. V = Volumen de la cavidad resonante en cm3.

Para determinar la longitud del cuello hay que tener en cuenta que la masa efectiva del aire contenido en el cuello es mayor a la que le correspondería por el volumen que ocupa, por lo cual pertinente tener en cuenta el siguiente factor de corrección de la Ecuación 30.

119

Ecuación 30. Factor de corrección para la longitud del cuello del resonador de Helmholtz.

Donde r es el radio del cuello en centímetros, es decir que ahora obtenemos una longitud prima del cuello L’ la cual entraría a reemplazar a L en la Ecuación 27. L’ entonces sería igual al valor en centímetros de la longitud del cuello más 1,6r, tal como está descrito en la Ecuación 29 donde se presenta la frecuencia de resonancia con el factor de corrección, en la Ecuación 31 se puede apreciar la misma fórmula de la frecuencia de resonancia pero esta vez haciendo uso del factor de corrección de la Ecuación 30. (Carrión Isbert A. , 1998).

Ecuación 31. Frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz considerando el factor de corrección para la longitud del cuello. √

Los resonadores de Helmholtz comúnmente se agrupan con el fin de poder abarcar un espacio mayor, debido a que no es practico solo incluir un resonador de cavidad en un recinto se suelen distribuir según la Figura 41, la absorción que estos elementos generan en conjunto es significativamente mayor debido al área que ocupan. (Carrión Isbert A. , 1998).

120

Figura 41. Distrubición de un grupo de resonadores de Helmholtz.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

A pesar de que esencialmente sólo existen estos dos tipos de resonadores, también existen resonadores múltiples basados en el resonador de cavidad.

Resonador múltiple de cavidad con panel perforado

Como se puede apreciar en la Figura 42, un esquema básico de un resonador múltiple de cavidad a base de un panel perforado, se puede apreciar el panel que consta de unos orificios, el panel debe ser rígido y no poroso, los materiales pueden variar desde madera hasta aluminio y ladrillo, pasando también por yeso y cartón.

121

Figura 42. Resonador múltiple de cavidad con panel perforado.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

De manera similar se presenta la expresión para la frecuencia de resonancia en este tipo de resonadores, en la Ecuación 32.

Ecuación 32. Frecuencia de resonancia del resonador de Helmholtz. √

Dónde: p = S/Sp, el cual es el porcentaje de perforación del panel. D = Espesor del panel (el cual coincide con la longitud de los orificios) en cm d = Distancia del panel a la pared rígida en cm.

122

De p, S es la suma de las secciones transversales de los orificios en centímetros cuadrados y Sp es la superficie del panel en centímetros cuadrados también.

Con el fin de que las perforaciones circulares se encuentres uniformemente distribuidas sobre el panel se emplea el valor del porcentaje de perforación p, el cual se obtiene bajo la siguiente expresión, en la Ecuación 33.

Ecuación 33. Porcentaje de perforación para el panel perforado.

Tanto r (radio de las perforaciones) como D1 y D2 están dadas en centímetros, la Figura 43 describe de una mejor manera un cuadrante del resonador.

Figura 43. Distribución de un cuadrante conformado por 4 perforaciones, describiendo las dimensiones típicas para el resonador.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

123

La longitud efectiva de las perforaciones D’ es descrita en la Ecuación 34.

Ecuación 34. Longitud efectiva de las perforaciones para el resonador de panel perforado.

Resonador múltiple de cavidad con panel ranurado

Similar que el resonador con panel perforado, la Ecuación 33 se cumple para este caso, sin embargo para la expresión del porcentaje de perforación p se logra obtener tras la Ecuación 35.

Ecuación 35. Porcentaje de perforación para el panel ranurado.

En la Figura 44 de manera similar a la Figura 43 se puede apreciar la disposición de un cuadrante del panel para el ajuste de sus dimensiones.

124

Figura 44. Distribución de un cuadrante conformado por 4 perforaciones, describiendo las dimensiones típicas para el resonador.

Fuente: (Carrión Isbert A. , 1998).

Igual que para el resonador de panel perforado en la Ecuación 34, la Ecuación 36 describe la forma de encontrar la longitud efectiva de las perforaciones.

Ecuación 36. Longitud efectiva de las perforaciones para el resonador de panel ranura. √

7.6.2. Materiales aislantes Al contrario de un material absorbente, los materiales aislantes no son porosos (o lo son mínimamente), tienen una densidad mayor a la que tendría un material poroso lo que hace que su impedancia acústica sea mayor a la del aire. Estos materiales al tener mayor masa aumentan la pérdida de transmisión de forma logarítmica por cada unidad de superficie.

125

La pérdida de transmisión en estos materiales hace que el sonido incidente se refleje y hace que su coeficiente de absorción sea pequeño. Estos materiales suelen reforzarse con tabiques dobles que ayudar a aislar mejor un recinto. En la Figura 45 se puede evidenciar como se presenta la perdida de transmisión en dos paredes con cierta separación d2. La energía sonora que incide en la pared A llega con una presión p1 y una velocidad v1, la pared entonces entrará en resonancia y se moverá con la velocidad v1, teniendo en cuenta que estas estructuras son rígidas se puede decir que la velocidad de v2 será igual a v1, la presión p2 va a estar sujeta a la distancia de d2, el espacio entre la pared A y la pared B con distancia d2 es una cortina de aire que permitirá cambiar la presión p2 por el cambio de medios, p2 será igual a la impedancia acústica multiplicado por la velocidad v2 de la onda sonora debido a la vibración de la superficie de la parte A. El cambio de medios también hace que v3 sea menor a v2 en la superficie de B, p3 va a ser una presión también pequeña. Sí d2 resulta ser muy pequeño (por ejemplo, que las paredes A y B estén pegadas), la velocidad v3 sería igual a v1 por el mismo efecto acontecido en A, teniendo en cuenta que son estructuras del mismo ancho, es decir d1 es igual a d3, v2 va a ser la mitad de v1 o v3. Dado que este diseño refuerza el sistema de tabiques para la perdida de transmisión haciendo uso del cambio de un medio sólido y reflejante a un medio ligero (aire u otro medio elástico), p4 idealmente va a tender a 0 al igual que v4 teniendo en cuenta que en este punto ya se han extinto las ondas sonoras incidentes en un primer momento en la pared A.

Figura 45. Perdida de transmisión entre dos tabiques macizos.

Fuente: Autor.

126

Este diseño se emplea efectivamente en el proceso de aislamiento acústico en espacios físicos que requieren reflejar y retirar de su interior las ondas sonoras externas. Su principio sería como el de una jaula de Faraday para fines acústicos. Dependiendo de cómo se refuerce la estructura física, podría considerarse un espacio totalmente reforzado o semireforzado. En un espacio en el que se adecuaran materiales aislantes el comportamiento sería similar al de la Figura 46 en la cual se observa un campo sonoro libre de perturbaciones, tal como actuaria una jaula de Faraday para componentes frecuenciales de radio, se puede ver además que la incidencia de las ondas sonoras se ven reflejadas en distintos puntos de incidencia y en general. El campo sonoro representado es E.

Figura 46. Campo sonoro sin perturbaciones.

Fuente: Autor.

7.6.3. Materiales difusores Aunque no son muy empleados debido a que los dos primeros materiales son los generalmente escogidos para realizar un adecuamiento acústico en un recinto o lugar, estos materiales se emplean en especial para la corrección de espacios físicos que carecen de características acústicas benéficas para transmitir el sonido dependiendo del punto focal en el que se emita sonido. También se emplean para espacios acústicos nulos o vacíos donde el sonido se extingue o se pierde momentáneamente. Los materiales difusores son estructuras complejas que están diseñadas bajo estudios teóricos, mientras que muchos elementos de aislamiento y absorción fueron empleados desde hace un tiempo bajo datos empíricos, los elementos difusores están diseñados de manera definida bajo ciertas consideraciones de

127

dimensiones que han demostrado tener contundencia a nivel práctico. Los difusores a menudo emplean canales o canaletas que están diseñadas dependiendo del rango de frecuencias en el que se quiere mejorar la difusión. En esencia se emplean para lograr interferir las ondas que se reflejan en distancias distintas, sin embargo esto genera ondas secundarias que son divergentes, lo que quiere decir que se va a propagar en todas direcciones, existen una variedad de elementos difusores, como los difusores bidimensionales y unidimensionales QRD, los policilíndricos, los difusores MLS y los PRD. La Figura 47 presenta un ejemplo de diseño de un material difusor empleado comúnmente en la industria.

Figura 47. Diseño básico de un elemento difusor.

Fuente: Autor.

A continuación exploraremos más a fondo los elementos que emplean los distintos tipos de materiales, pero esta vez haciendo uso de ciertas geometrías que son eficientes de forma acústica en el momento de realizar un adecuamiento acústico para posteriormente controlar el ruido en un espacio sonoro. (Miyara, Control de ruido, 1999).

7.7. SILENCIADORES Los dispositivos silenciadores son elementos que se pueden incrustar en los conductos de aire o de gas con el fin de realizar el amortiguamiento del ruido, estos dispositivos son instalados tanto a la entrada como a la salida del conducto. A pesar de que existen una gran variedad de silenciadores, se hablará específicamente de dos tipos de estos silenciadores:

128

 

Silenciadores rectangulares Silenciadores circulares

7.7.1. Silenciadores rectangulares Este tipo de silenciadores lleva su nombre debido a la geometría rectangular que maneja y en general su interior se recubre por un material absorbente, el cual determinara su comportamiento. Estos silenciadores pueden disponer de rejillas acústicas o celdas que ayudan a su desempeño acústico. Son empleados por lo general en salas de transformadores y compresores, canales de aire y conductos de ventilación. (Acústica Integral, 2012).

7.7.2. Silenciadores circulares Su geometría circular le da nombre a estos silenciadores los cuales también se conocen como silenciadores reactivos. Su interior puede ser una configuración de diseño que incorpore elementos resonadores u difusores en cámaras. Se emplean para atenuar escapes de aire comprimido, atenuación de ruidos por gases a altas temperaturas, absorción reactiva de recintos industriales y en general para la atenuación de frecuencias medias y altas. (Acústica Integral, 2012).

Algunas de las consideraciones que se deben tener para la selección de este tipo de elementos son:     

El rango de frecuencias que debe abarcar La velocidad del fluido Temperatura del fluido Presión del fluido El espacio en el que se adecuará

7.8. GEOMETRÍAS Eventualmente las geometrías de los materiales también juegan un papel importante en el desempeño para controlar el ruido dependiendo de la 129

característica del material. Los materiales absorbentes al tener estructuras porosas interconectadas internamente en el material, ese tipo de geometría que dispone los poros es irregular pero ejerce un buen trabajo en el proceso de absorción de las componentes frecuenciales. Sin embargo las geometrías internas del material desarrollan el proceso interno de absorción, aislamiento o disipación del sonido y del ruido. Las geometrías externas permiten en especial lograr ángulos de incidencia para que el sonido interactúe con el material. Esto resulta muy importante en especial porque dependiendo del tipo de geometría empleada en un material también dependerá como el sonido se comportará con este material y en el medio circundante. Por otro lado las geometrías no están determinadas para cada material, dependiendo del diseño entre las partes que conforman el material, más específicamente entre ranuras y extensiones que hacen parte del material, en el diseño geométrico del material se encuentra que la longitud, el ancho y la profundidad, además de los ángulos de incidencia, vértices y aristas que se produzcan generarán una determinada incidencia sonora al material. En la Figura 48 se puede apreciar un tipo de geometría triangular de un material absorbente tipo espuma en presencia de una fuente sonora representada por las ondas que inciden el material. Entre cada extensión triangular del material se puede observar cómo se presenta la incidencia del sonido y como este se extingue cuando entra en contacto con las aristas de la espuma. Bajo ciertas consideraciones ideales, esta sería la forma en que el sonido es absorbido por la geometría del material y posteriormente absorbido por la estructura porosa de la espuma.

Figura 48. Espumas absorbentes con geometría triangular.

Fuente: Autor.

130

Sin embargo, en la Figura 49 se puede apreciar la incidencia directa del sonido en una representación más abstracta, puesto que el sonido no radia en esta oportunidad, el sonido entra en contacto con las paredes del material y se presentarán reflexiones de onda entre las paredes, estas reflexiones generarán cada vez más componentes frecuenciales infinitas cada vez más débiles que se extinguirán cuando la onda se encuentre en el punto de intersección de las paredes (aristas) y no pueda reflejarse más.

Figura 49. Representación abstracta de la incidencia sonora en un material con una geometría triangular.

Fuente: Autor.

7.9. TIPOS DE PROTECTORES AUDITIVOS Dentro de la protección personal auditiva existen dos tipos de protección auditiva que va destinada a la protección del oído. (Gobierno de Navarra, 2008).  

Protección pasiva Protección no pasiva

131

7.9.1. Protección pasiva La protección pasiva incluye los dispositivos que de alguna manera cumplen con atenuar el ruido pero que su desempeño no va condicionado al cambio de niveles de presión sonora, por el contrario, estos dispositivos tienen un comportamiento constante, en la industria son empleados los siguientes elementos de protección pasiva:

  

Orejeras  Orejeras acopladas a cascos de protección Tapones Cascos anti-ruido

7.9.1.1.

Orejeras

Estos protectores disponen de unas almohadillas que se adaptan a la oreja y la recubre, el material de relleno es generalmente espuma plástica y en algunos casos líquido o gel. Los dos casquetes se unen a un arnés ajustable y que actúa como una banda de presión para poder acoplar bien las orejeras al individuo. Un ejemplo de orejeras se puede apreciar en la Figura 50. (Gobierno de Navarra, 2008).

Figura 50. Orejeras de protección.

Fuente: (Zadro Safety, 2012).

132

7.9.1.2.

Orejeras acopladas a cascos de protección

De diseño similar a las orejeras convencionales, estas orejeras se unen a un casco de protección para la industria en donde la actividad desempeñada puede ser peligrosa y ruidosa, la Figura 51 muestra el diseño de este tipo de orejeras. (Gobierno de Navarra, 2008).

Figura 51. Casco con orejeras de protección.

Fuente: (Sekur).

7.9.1.3.

Tapones

Los tapones entran en contacto con el canal auditivo del individuo protegiéndolo de ruidos muy fuertes, estos tapones no eliminan tanto ruido como las orejeras pero son un elemento de protección muy empleado. La Figura 52 muestra los tapones comúnmente usados para la protección del ruido. (Gobierno de Navarra, 2008).

133

Figura 52. Tapones de protección.

Fuente: (Zadro Safety, 2012).

7.9.1.4.

Cascos anti-ruido

Son muy poco empleados en la industria sin embargo tienen como fin proteger al usuario no solo del ruido sino de otros peligros potenciales, son empleados mayormente en actividades deportivas y competitivas, un ejemplo de estos cascos se muestra en la Figura 53. (Gobierno de Navarra, 2008).

Figura 53. Cascos anti-ruido.

Fuente: (OMP Racing, 2012).

134

7.9.2. Protección no pasiva Los protectores no pasivos tienen como fin desempeñar una protección más inteligente debido a que responden acorde a los niveles de presión e intensidad sonora que el usuario pueda recibir. Los elementos de protección no pasiva son:   

Protectores auditivos dependientes del nivel. Protectores auditivos con reducción activa de ruido (ANR). Protectores auditivos con sistema de comunicación.

7.9.2.1.

Protectores auditivos dependientes del nivel

Son protectores diseñados para poder apreciar el entorno en que se encuentra el individuo pero prefiltrando el sonido evitando los niveles peligrosos para la persona. La Figura 54 es una ilustración de este tipo de protectores más robustos. (Gobierno de Navarra, 2008).

Figura 54. Protectores auditivos dependientes del nivel.

Fuente: (3M).

135

7.9.2.2.

Protectores auditivos con reducción activa de ruido (ANR)

Estos protectores trabajan con reducción de ruido activa ANR (Active Noise Reduction), este tipo de protectores incorporan un circuito electrónico para filtrar el sonido recibido, generalmente actúa mejor para ruidos de baja frecuencia. La Figura 55 es de un protector ANR. (Gobierno de Navarra, 2008).

Figura 55. Protectores ANR.

Fuente: (3M, 2012).

7.9.2.3.

Protectores auditivos con sistema de comunicación

El diseño de estos protectores puede variar ya que se pueden encontrar desde tapones hasta orejeras y cascos anti-ruido con sistema de comunicación, actualmente incluso estos sistemas pueden ser monitoreados por Bluetooth. Los sistemas de comunicación comúnmente encontrados son por cable. Son muy útiles en la industria para la comunicación entre el personal. También permiten al operador enterarse de alarmas o mensajes. La Figura 56 es de unos protectores auditivos en forma de orejeras que incorporan este sistema de comunicación. (Gobierno de Navarra, 2008).

136

Figura 56. Protectores auditivos con sistema de comunicación.

Fuente: (Torrá Piqué, 2005).

7.10. MÉTODOS EMPÍRICOS El empirismo desde siempre ha marcado una pauta activa en miras de encontrar soluciones efectivas y económicas en cuanto a control de ruido se refiere. De los mismos aspectos extraídos de prácticas empíricas se han desarrollado mitos acerca de que tan efectivo o no suelen ser estos métodos y del porqué se utilizan. También del porque se emplean y demás requerimientos para que este tipo de prácticas se lleven a cabo y permitan generar el mejor resultado posible. Entre los métodos empíricos de control de ruido se destacan materiales plásticos y de cartón que son poco absorbentes con ciertas geometrías como las cajas o paneles de huevo, cortinas, rejas, algunos tipos de panel yeso, vinilo, cartón y fibra de vidrio entre otros materiales con superficies ásperas. Una práctica común que también es realizada es el reforzar con vinilo las ventanas o usar doble acristalamiento en estas. (Canal de construcción, 2007).

7.10.1.

Cajas o paneles de huevo

Debido a su geometría son similares a los paneles acústicos de espumas absorbentes empleados en estudios de grabación y en lugares acústicamente

137

tratados. Por esta razón se utilizan sin saber que por su diseño y el material con el que están hechos estos paneles de huevo (cartón y plástico principalmente) son prácticamente inútiles además de que en su incrustación suele maltratarse y deteriorar más los materiales de las cajas de huevo. Por otro lado las estructuras a las que son incrustadas estas cajas suelen ser muy sólidas como ladrillo y cemento lo cual no ayuda a que el panel tenga una elasticidad apropiada para absorber y reducir la reflexión de las ondas acústicas. Algunos actos más osados incluyen el bañar estos paneles con pintura (generalmente negra) y con vinilo, cosa que lo que hace es endurecer más estos materiales haciéndolos literalmente inservibles. (Bassili, 2008). En la Figura 57 se puede observar la comparación entre a) paneles acústicos de espuma y b) paneles de huevo.

Figura 57. Relación gráfica entre a) paneles acústicos de espuma y b) paneles de huevo. a)

b)

Fuente: (Bassili, 2008).

7.10.2.

Cortinas gruesas

Las cortinas gruesas a pesar de que no son aislantes sonoros que se contemplan con detenimiento, sí producen una ligera absorción de ondas radiantes externas a un sitio. Cuando estas se encuentran sobre ventanales o ventanas e interactúan con el exterior de una habitación, estas tienden a desgastarse por el impacto del sol y la lluvia. A pesar de esto, las cortinas gruesas son incluso muchas veces sin ser del conocimiento común, un aislante alternativo pero limitado. Este tipo de cortinas tiene mejor desempeño acorde al tipo de materiales. Aparentemente los materiales gruesos como la seda, el terciopelo y la pana son más efectivos. Las telas dobles suponen una alternativa de similar contundencia. (Wuille-Bille, 2009).

138

7.10.3.

Ventanas con vidriado hermético

El refuerzo aplicado a las ventanas con un doble vidriado es de cierto más efectivo que las ventanas sencillas en cuanto a el aislamiento acústico de ruidos externos debido al principio aplicado en la Figura 45, y resulta una opción empírica de desempeño aceptable. (Wuille-Bille, 2009).

7.10.4.

Paneles de yeso y madera

El panel yeso es empleado tanto con conocimiento de causa como de forma empírica de forma similar a la lana mineral de roca, ambos son materiales que son eficientes en su desempeño acústico, pero su desempeño va ligado a cómo y en qué parte se incorporen. El panel yeso como estructura es frágil pero es elástico y es muy empleado en estructuras internas, la Figura 58 muestra un panel yeso en un estilo de diseño conocido como panel sándwich.

Figura 58. Panel yeso.

Fuente: (Metazinco, 2010).

El panel de madera también es muy empleado, en especial el panel ranurado similar a un resonador. En la incorporación de estos paneles se utilizan generalmente junto con capas de otros materiales acústicos. Esta modalidad de paneles es ampliamente usada y se conoce como panel sándwich. En la Figura 59 se aprecia un ejemplo de un panel de madera.

139

Figura 59. Panel de madera.

Fuente: (Casas Restauradas, 2012).

7.10.5.

Lana mineral de roca

La lana mineral de roca es usada comúnmente incrustada entre paneles y estructuras que requieren disipar energía térmica, el ruido cuando llega a ser muy concentrado puede transformarse en calor al contacto con una superficie disipadora. La Figura 60 muestra un recorte de lana de roca.

Figura 60. Lana de roca.

Fuente: (ASC Group, 2011).

140

Algunos de los métodos y materiales anteriormente sustentados son comúnmente empleados en especial en el campo de la construcción y edificación para la propiedad horizontal. Cabe resaltar que aunque algunos de los métodos descritos no son eficientes o su eficiencia es mínima no son del todo descartables. Su uso no se limita al empirismo. Métodos como el panel sándwich o usar lana de roca es utilizado con conocimiento de causa también con excelentes resultados.

141

142

8. NORMATIVA

La normativa rige los asuntos esenciales que permiten determinar los valores mínimos de control y seguridad en cuanto a emisión de ruido se refiere, la normatividad nace a partir de las necesidades de caracterizar la problemática en un asunto serio y de orden público, puesto que la emisión de ruido afecta a todos por igual, así como lo hace la emisión de gases tóxicos o los desechos peligrosos, la emisión de ruido también es una forma de contaminación que ha tenido poco impacto en la sociedad colombiana si se compara con otro tipo de problemáticas de tipo ambiental. A pesar que se identifican y entienden las prácticas que generan ruido, éstas son pobremente tratadas, de manera incorrecta o insuficiente. Paralelamente, los procesos industriales que también están ligados a la emisión de ruido trabajan controlando pasivamente en primera instancia los procesos correspondientes. El control de ruido robusto (control activo) no suele ser una opción rentable, así éste resulte ser más eficaz debido a sus altos costos comparado con algún tipo de control pasivo. Cabe resaltar que la sociedad colombiana encuentra arraigada en sus costumbres la emisión sonora en niveles de presión que pueden exceder lo recomendable. No es un caso aislado, la emisión de ruido es una problemática a nivel mundial. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), para el año 2004 a nivel global, y como consecuencia del ruido, por cada 100.000 personas, el DALY9 fue de 70. Este valor es atribuible al ruido ocupacional, es decir, la afección adquirida por ruido laboral. En la Tabla 13 se puede apreciar las cifras de ruido ocupacional según la OMS.

Tabla 13. Causas de enfermedades por ruido. Ruido ocupacional atribuible en valor de años de vida potencialmente perdidos (‘000) Región Países de ingresos bajos y medios pertenecientes a la región africana

2004 381

9

Ruido ocupacional atribuible en valor de años de vida potencialmente perdidos per 100’000 cápita 2004 52

Disability-Adjusted Life Year (AVPP, Años de Vida Potencialmente perdidos), corresponde a un indicador que permite identificar cuáles son las enfermedades que ocasionan la muerte de la forma más prematura, y de ésta manera estudiar la esperanza de vida de un país o una región.

143

Países de ingresos bajos y medios pertenecientes a la región de las américas Países de ingresos bajos y medios pertenecientes a la región mediterránea este Países de ingresos bajos y medios pertenecientes a la región europea Países de ingresos bajos y medios pertenecientes a la región sureste asiática Países de ingresos bajos y medios pertenecientes a la región oeste pacifica Países de altos ingresos (Ingreso OMS) Global (Ingreso OMS)

191

35

324

65

376

85

1574

95

1270

83

392

39

4509

70

Fuente: (Organización Mundial de la Salud, 2004).

La percepción sonora se hace evidente en cada cultura y es también un factor que proviene del legado de tradiciones y las raíces culturales, así como de la cosmovisión y la educación. En el marco legislativo de Colombia las leyes correspondientes a la problemática del ruido van ligadas a una serie de normativas dedicadas a la temática de acústica como son las Normas Técnicas Colombianas (NTC), que se enfocan en definir e instaurar las medidas y procedimientos realizables en Colombia y relacionadas con el tema. Igualmente Colombia tiene instaurados unos decretos que describen las problemáticas ambientales más pertinentes. La primera institución encargada de los aspectos ambientales en Colombia tenía por nombre INDERENA que era la Institución Nacional de Recursos Naturales creada en 1968. Con la expedición del Código Nacional de los Recursos Naturales en 1974 se empieza a generar conciencia y acción de protección ambiental previniendo y controlando la contaminación (Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible). En el Decreto Ley 2811 junto con la Ley 09 del año 1979, se generalizan las problemáticas ambientales, y en el año 1983, se estipula la Resolución 8321, se dictan las medidas de protección y conservación auditiva en las personas a causa de la emisión de ruido. (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2006). A partir de la Resolución 8321 en Colombia se empezó a percibir la problemática del ruido desde el punto de vista normativo y esta resolución estuvo a cargo de ser 144

emitida por el Ministerio de Salud. La necesidad de generar acciones de cambio ambiental en el mundo en la década de los 80 y comienzos de los 90 conllevaron a la Declaración de Río en 1992 precedida por la Organización de Naciones Unidas ONU con el fin de alcanzar acuerdos internacionales entre países para la sostenibilidad ambiental y el desarrollo sostenible. En 1993, bajo la Ley General Ambiental de Colombia conocida como la Ley 99 es formalizada la institución gubernamental que se encarga de los aspectos ambientales y territoriales del país: el Ministerio del Medio Ambiente, posteriormente llamado Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial y actualmente conocido como Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible. Para el año 1995, el Ministerio de Medio Ambiente, así llamado en ese entonces, promulgo el Decreto 948 de ese mismo año, con la cual se reglamentaron parcialmente las leyes correspondientes a la prevención y control de la contaminación ambiental y la protección de la calidad del aire. Entre los artículos 42 y 64 del Decreto 948 de 1995, se dictaminan las condiciones de la generación y emisión de ruido en determinados sectores y sujeto a leyes estipuladas en cada ciudad con respecto a la problemática del ruido. Este decreto también dictamina las sanciones legales impuestas para las violaciones de la Resolución 8321. Algunas multas van desde los 15 y 30 salarios mínimos hasta los 200 y 300 salarios mínimos vigentes en Colombia (Ministerio del Medio Ambiente, 1995). A través del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible se han formalizado las normas que incurren en las problemáticas ambientales y específicamente en la problemática el ruido. Hasta el día de hoy la Resolución 8321 es la que especifica los niveles de ruido permitidos en horarios diurnos y nocturnos. Por medio del Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial se promulgó la Resolución 0627 del 2006 la cual estipula la norma nacional de emisión de ruido y ruido ambiental en Colombia, la Tabla 14 resume los estándares máximos que están permitidos para la emisión de ruido en decibelios ponderados.

Tabla 14. Estándares máximos permisibles de niveles de emisión de ruido. Sector

Subsector

Sector A. Tranquilidad y Silencio

Hospitales, bibliotecas, guardería s, sanatorios, hogares geriátricos.

Estándares máximos permisibles de niveles de emisión de ruido en dBA Día Noche 55 50

145

Sector B. Tranquilidad y Ruido Moderado

Zonas residenciales o exclusivamente destinadas para desarrollo habitacional, hotelería y hospedajes. Universidades, colegios, escuelas, centros de estudio e investigación. Parques en zonas urbanas diferentes a los parques mecánicos al aire libre. Sector C. Ruido Zonas con usos Intermedio permitidos Restringido industriales, como industrias en general, zonas portuarias, parques industriales, zonas francas. Zonas con usos permitidos comerciales, como centros comerciales, almacenes, locales o instalaciones de tipo comercial, talleres de mecánica automotriz e industrial,

146

65

55

75

75

70

60

centros deportivos y recreativos, gimnasios, restaurantes, bares, tabernas, discotecas, bingos, casinos. Zonas con usos permitidos de oficinas. Zonas con usos institucionales.

65

55

Zonas con 80 75 otros usos relacionados, como parques mecánicos al aire libre, áreas destinadas a espectáculos públicos al aire libre. Sector D. Zona Residencial 55 50 Suburbana o suburbana. Rural de Rural habitada Tranquilidad y destinada a Ruido explotación Moderado agropecuaria. Zonas de Recreación y descanso, como parques naturales y reservas naturales. Fuente: (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2006).

147

De igual manera en la Resolución 0627 se estipulan los estándares máximos permisibles de niveles de ruido ambiental expresados en decibeles ponderados como se aprecia en la Tabla 15.

Tabla 15. Estándares máximos permisibles de niveles de ruido ambiental. Sector

Subsector

Sector A. Tranquilidad y Silencio

Hospitales, bibliotecas, guarderías, sanatorios, hogares geriátricos.

Sector B. Tranquilidad y Ruido Moderado

Zonas residenciales o exclusivamente destinadas para desarrollo habitacional, hotelería y hospedajes.

Estándares máximos permisibles de niveles de ruido ambiental en dBA Día Noche 55 45

65

50

Zonas con usos permitidos industriales, como industrias en general, zonas portuarias, parques industriales, zonas francas.

75

70

Zonas con usos permitidos comerciales, como centros comerciales, almacenes, locales o instalaciones de tipo comercial, talleres de mecánica automotriz e industrial, centros deportivos y recreativos, gimnasios, restaurantes, bares, tabernas, discotecas, bingos, casinos.

70

55

Universidades, colegios, escuelas, centros de estudio e investigación Parques en zonas urbanas diferentes a los parques mecánicos al aire libre Sector C. Ruido Intermedio Restringido

148

Zonas con usos permitidos de oficinas.

65

50

Zonas con otros usos relacionados, como parques mecánicos al aire libre, áreas destinadas a espectáculos públicos al aire libre, vías troncales, autopistas, vías arterias, vías principales.

80

70

Residencial suburbana.

55

45

Zonas con usos institucionales.

Sector D. Zona Suburbana o Rural de Tranquilidad y Ruido Moderado

Rural habitada destinada a explotación agropecuaria. Zonas de Recreación y descanso, como parques naturales y reservas naturales. Fuente: (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial, 2006).

Los niveles sonoros que se estipulan en la Resolución 8321 se muestran en la Tabla 16, teniendo en cuenta el tipo de espacio y el horario el nivel de presión sonora presentado en decibelios ponderados debe ser respetado, el periodo diurno según la resolución comienza a partir de las 7:01 am y concluye a las 9 pm, el periodo nocturno comienza a las 9:01 pm y concluye a las 7:00 am.

Tabla 16. Niveles sonoros máximos permisibles en Colombia. Zonas respectivas

Nivel de presión sonora (dBA) Periodo diurno Periodo nocturno Zona residencial 65 45 Zona comercial 70 60 Zona industrial 75 75 Zona de tranquilidad 45 45 Fuente: (Ministerio de Salud, 1983).

149

Igualmente la Resolución 8321 establece los niveles de emisión de ruido permitidos para los vehículos acorde a su peso, como se puede apreciar en la Tabla 17, también se emplea el uso de decibelios ponderados para establecer el nivel de presión sonora.

Tabla 17. Nivel de presión sonora permitida para los vehículos en Colombia. Tipo de vehículo Menor a 2 toneladas De 2 a 5 toneladas Mayor a 5 toneladas Motos Fuente: (Ministerio de Salud, 1983).

Nivel sonoro en dBA 83 85 92 86

Igualmente en la parte de salud ocupacional, en la Resolución 8321 se hace énfasis en los niveles de presión sonora que un operador puede tolerar haciendo relación a la cantidad de horas de exposición de este al ruido, la Tabla 18 se presenta la siguiente relación entre el horario de exposición y el nivel de presión sonora que es permisible para un operario en Colombia. Cabe resaltar que esta cantidad de ruido es permisible teniendo en cuenta los respectivos elementos de protección. La Tabla 18 los valores presentados representan el valor límite que se permite tanto para ruidos continuos como para ruidos intermitentes, el artículo 42 de la Resolución 8321 estipula que por ningún motivo una persona puede estar expuesta a ruidos por encima de los 115dBA ni por un tiempo mínimo.

Tabla 18. Valores permisibles para ruido continuo o intermitente en Colombia. Horas de exposición De 7 a 8 horas De 4 horas con 30 minutos a 6 horas De 3 horas con 30 minutos a 4 horas 3 horas 2 horas 1 hora con 30 minutos 1 hora 30 minutos 15 minutos o menos Fuente: (Ministerio de Salud, 1983).

Nivel de presión sonora dBA 90 92 95 97 100 102 105 110 115

150

Eventualmente la legislación colombiana contempla los descriptores de ruido a partir de la sumatoria de los valores en nivel de presión sonora con respecto al tiempo que el operador estuvo expuesto al ruido. Es decir que cuando se presenta más de un periodo de exposición se considerará el efecto en combinación y no como eventos aislados. La fórmula aplicable según el artículo 43 es la de la Ecuación 37.

Ecuación 37. Exposición al ruido.

De la Ecuación 37 entonces C1, C2, C3 y Cn son niveles de presión sonora y T1, T2, T3 y Tn son los tiempos en los que se permaneció expuesto a la cantidad de presión sonora correspondiente, Er es el valor de exposición al ruido. Los valores menores a 90dBA son despreciados en la Ecuación 37 y se hace uso de la Tabla 18 para los tiempos y valores específicos de nivel de presión sonora. (Ministerio de Salud, 1983). Lo anterior se encuentra descrito con detenimiento la Resolución 8321 pero también se encuentran estipulados los niveles permisibles del ruido de impacto en Colombia como se puede apreciar en la Tabla 19.

Tabla 19. Niveles permitidos para el ruido de impacto en Colombia. Nivel de presión sonora en decibelios 140 130 120 Fuente: (Ministerio de Salud, 1983).

Numero de impulsos/impactos permitidos por día 10 1000 10000

Existen también otras normativas estipuladas en Colombia que hacen énfasis en la problemática desde el punto de vista de la salud ocupacional presentando las enfermedades clásicas que puede sufrir un operario, como el Decreto 1832 de 1994 firmado tanto por los ministros de salud como de trabajo y seguridad social al igual que por el presidente de la república. En el artículo 1 de este decreto se describe la enfermedad de sordera profesional, afección adquirida por el operador

151

expuesto a valores por encima de los 85 decibeles. (Ministerio de Salud y Ministerio de Trabajo y Seguridad Social, 1994).

8.1. NORMAS TÉCNICAS COLOMBIANAS En Colombia las normas técnicas NTC son certificadas por el organismo base ICONTEC (Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación) bajo el Decreto 2269 de 1993. Estas normas dictaminan los procesos viables para mediciones y obtención de datos con el fin de poder realizar estas mediciones de manera correcta, la estructura de una norma técnica colombiana que presenta en su contenido abarca una introducción general de la temática de la norma y a continuación se detalla el tipo de objetivo y campo de aplicación para la norma específica o su alcance, también se pueden observar generalmente el tipo de normas referenciadas para la respectiva consulta que usualmente tienden a ser normas ISO o ANSI. Además se incluyen los términos y definiciones requeridas para comprender la temática de la normativa y acorde al argumento se desarrollan las correspondientes reglas a seguir. Algunas NTC como la 2272, 4945 y 5040, son instructivos para ciertos procesos específicos, la 2272 en este caso presenta los métodos de medición de la protección real que efectúan los protectores auditivos en el oído, la 4945 habla sobre la forma de medición del aislamiento acústico en los edificios y diversos elementos de construcción y la 5040 son directrices para controlar el ruido con silenciadores. Otras normativas como la 3321 determinan y/o estiman comportamientos de procesos acústicos, la 3321 estima el deterioro de la audición por el ruido y determina como es la exposición al ruido. Es esencial entender que las normas NTC están basadas en normas ISO, algunas de estas normas están enumeradas en la Tabla 20. Las normas aquí anunciadas son estándares de ruido, medición, calibración y referencia.

Tabla 20. Estándares ISO referentes a los métodos de medición y cálculo. Titulo Acoustics: Normal equal-loudness-level contours Acoustics: Reference zero for the calibration of audiometric equipment Acoustics: Method for calculating loudness level Acoustics: Audiometric test methods Fuente: (ISO, 2012).

152

Estándar ISO 226 389 532 8253

La NTC 5626 a modo de ejemplo reúne términos esenciales en el campo de la medición de nivel de ruido. La Ecuación 38, Ecuación 39, Ecuación 40, Ecuación 41 y Ecuación 42 son descritas en las normas NTC y sus expresiones se encuentran a continuación:

Nivel de presión sonora promedio ̅

Ecuación 38. Nivel de presión sonora promedio. ̅

∑ (

)

Fuente: (ICONTEC, 2008).

De la Ecuación 38 se obtiene el nivel de presión sonora promedio ̅ . Donde Li es el nivel de presión sonora en las diferentes posiciones del micrófono.

Nivel de presión sonora ponderado en A para frecuencias de 63Hz hasta 8KHz

Ecuación 39. Nivel de presión sonora promedio en ponderación A. ∑ Fuente: (ICONTEC, 2008).

153

Nivel de presión sonora ponderado en C para frecuencias de 31,5Hz hasta 8KHz

Ecuación 40. Nivel de presión sonora promedio en ponderación C. ∑ Fuente: (ICONTEC, 2008).

Tanto para la Ecuación 39 como para la Ecuación 40 el valor de Li es el nivel de presión sonora en la banda de octava respectiva, para la ecuación 9.3 es la banda de octava i y Ai, para la Ecuación 40 es la banda de octava i y Ci. (ICONTEC, 2008).

Nivel de exposición sonora L E

Ecuación 41. Nivel de exposición sonora. ∫ Fuente: (ICONTEC, 2008).

En donde:    

es la presión acústica instantánea. (Pa) t1 y t2 son intervalos de tiempo con duración suficiente como para abarcar eventos sonoros considerables. (s) p0 es la presión acústica de referencia igual a 20µPa. t0 es el tiempo de referencia igual a 1 segundo.

En la NTC 4795 se puede apreciar información tanto de la obtención del nivel de presión sonora promedio como el de la Ecuación 38 como el nivel de potencia acústica de la Ecuación 42:

154

Nivel de potencia acústica promedio ̅

Ecuación 42. Nivel de potencia acústica promedio. ̅

∑ (

)

Fuente: (ICONTEC, 2008).

Se puede apreciar que la Ecuación 38 y la Ecuación 42 son idénticas excepto en que la primera maneja valores de presión acústica y en la segunda ecuación se presenta la relación de potencia acústica. Ambas fórmulas entregan valores dados en decibeles. En cuanto a las unidades y cantidades manejables se puede observar en la Tabla 21 la reunión de los valores en símbolos, significado y observaciones extraídas de la NTC ISO 31-7 enfocada en las cantidades y unidades correspondientes al campo de la acústica. Tabla 21. Nombres y símbolos para cantidades y unidades acústicas. Cantidad

Símbolo

Periodo / Tiempo periódico

T

Frecuencia

f,v

Intervalo de frecuencia

Frecuencia angular, pulsación

Definición Tiempo de un ciclo

Dados dos tonos, el logaritmo binario en relación entre la frecuencia más alta y la más baja. ω

155

Observaciones

Longitud de onda

λ

Segundo Hertzio / Hercio

s Hz

En una onda periódica, es la distancia entre dos puntos sucesivos donde a un tiempo dado la fase es igual. 1Hz = 1s-1

Octava

Es un intervalo de frecuencia entre f1 y f2 y cumple la condición de f2/f1 = 2

Presión estática Ps

Presión que puede existir en ausencia de ondas sonoras.

Presión instantánea de sonido

Es la diferencia existente entre la presión instantánea total y la presión estática.

P (Pa)

Desplazamiento ξ, (x) acústico instantáneo de una partícula Velocidad acústica instantánea de una partícula

u, v

Aceleración acústica instantánea de una partícula

a

Pascal

Pa

Velocidad del sonido (Fase)

c, (Ca)

Hz es la frecuencia de un fenómeno periódico para el cual el periodo es de 1s.

Desplazamiento instantáneo de una partícula en un medio desde el cual se puede conocer su posición en ausencia de ondas sonoras.

bar (bar), 1 bar = 100KPa

156

Densidad de energía acústica, energía acústica volumétrica

w, (wa), (e)

Energía acústica media en un volumen dado, dividida por el volumen.

Potencia acústica

P, Pa

Potencia emitida, transferida o recibida como onda sonora.

Intensidad de sonido

I, J

Para una fuente acústica unidireccional, la potencia acústica a través de una superficie normal a la dirección de propagación dividida por el área de la superficie.

Impedancia acústica

Za

En una superficie la representación compleja de la presión acústica dividida por la representación compleja de la velocidad del flujo volumétrico.

Nivel de presión Lp acústica

( )

Nivel de potencia acústica

LW

( )

Pascalsegundo por metro cúbico Pascalsegundo por metro

Pa ·s/m3

Pa ·s/m

157

( ) ( )

Si la densidad de energía varía con el tiempo, la media debe tomarse durante el intervalo en el cual el sonido se considera estadísticamente estacionario.

Belio

B

1B es el nivel de presión acústica, donde ( ) También es el nivel de potencia acústica, donde

Generalmente para el nivel de presión acústica ( ) ( )

( ) Generalmente para el nivel de potencia acústica ( ) ( ) Tiempo de reverberación

T

Nivel de sonoridad

LN

Tiempo requerido para que la densidad acústica promedio en un recinto cerrado disminuya a 10-6 de su valor inicial (por ejemplo 60dB) luego de suspender la fuente. (

) (

Sonoridad

N

)

Donde es la raíz de la medida de los cuadrados del valor de la presión acústica de un tono puro de 1KHz. En un auditorio con observadores normales se estima como la relación entre el esfuerzo del sonido considerado y el sonido de referencia que tiene un nivel de sonoridad de 40 phons

Fuente: (ICONTEC, 1994).

158

8.2. NORMAS EN SALUD OCUPACIONAL En cuanto a la salud ocupacional, en Colombia las normas ANSI s3.19 de 1974 y ANSI s12.6 de 1984 son las normas que regulan los estándares en cuanto al nivel y calidad de comportamiento de los protectores auditivos para la salud ocupacional. Los protectores auditivos también cumplen con los estándares de comportamiento de la ANSI, EA, OSHA y CEN. En la Tabla 22 se puede observar una comparación entre tres normas ANSI, la ANSI z24.22 del año 1957, la ANSI s3.19 de 1974 y la ANSI s12.6 de 1984.

Tabla 22. Comparación de los tres estándares aprobados por REAT . Especificaciones

ANSI z24.22 (1957) Tonos puros

ANSI s3.19 (1974)

ANSI 12.6 (1984)

1/3-BOa Ruido

1/3-BO Ruido

Características del cuarto de pruebas

Anecoica

Reverberante b 0.5 s