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CONCIENCIACIÓN
AMBIENTAL
Escuela Politécnica - Acústica
DOSSIER EXPERIMENTO
1.- CONCIENCIACIÓN AMBIENTAL CON LA CONTAMINACIÓN ACÚSTICA.
El desarrollo económico y social que se ha ido produciendo a escala mundial durante las últimas décadas ha
supuesto, entre otras muchas consecuencias, un incremento importante del número de personas que habitan en
ciudades y del número y utilización de las infraestructuras de transporte. Estos hechos, a su vez, han originado
un aumento progresivo de los niveles de ruido existentes, tanto en entornos urbanos como rurales, desembocando
en un problema de importante calado como es el de la contaminación acústica.
El efecto nocivo de la contaminación acústica sobre la salud de los seres humanos ha sido demostrado en
numerosos estudios, en los que se ha comprobado que la exposición al ruido ambiental puede generar problemas
de salud de diferente índole: enfermedades cardiovasculares, alteraciones del sueño, deterioro cognitivo en los
niños, desórdenes psicológicos, efectos negativos en el sistema auditivo, etc.
Para la realización de estudios de la situación acústica y de sus efectos sobre los habitantes de nuestras
ciudades y para el planteamiento de posibles soluciones, una importante opción a considerar es la realización de
mapas de ruido. Los mapas de ruido, tal y como viene recogido en la Directiva Europea 2002/49/CE, son la
principal herramienta para la lucha contra el ruido ambiental, de ahí la importancia tanto nacional e internacional
de su desarrollo.
Figuras 1 y 2: Imágenes de mapas de ruido
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Para la obtención de un mapa de ruido pueden considerarse diferentes métodos o estrategias. Genéricamente,
podemos diferenciar entre:
• Métodos informatizados, realizados generalmente mediante diferentes softwares que utilizan diferentes
normalizaciones del comportamiento del campo sonoro.
• Estudios mediante la realización de medidas “in situ” que, en gran medida, se diferencian entre ellos en
aspectos metodológicos asociados a la selección de los puntos de muestreo, más que en el propio procedimiento de
medida, que se encuentra normalizado.
Figuras 3 y 4: Medidas acústicas “in situ”
Una de las tendencias actuales, después de conocer la situación
acústica de un lugar, es la realización de estudios para mejorar
la calidad acústica de aquellos entornos en los que, bien por su
uso o bien por su situación, no es posible cumplir con los niveles
sonoros establecidos en las normativas locales, regionales o
nacionales. Por eso, el conocimiento del paisaje sonoro del
entorno y su puesta en valor es cada día más importante, ya que
nos permiten actuar en consecuencia al conocer qué sonidos
molestan más o menos a los ciudadanos, o cuáles les invitan a la
relajación o al estrés. Por poner un ejemplo, el agua de una
fuente puede enmascarar el sonido de tráfico de una calle,
haciendo que los transeúntes perciban el entorno como más
agradable al centrar su atención en un sonido natural.
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2.- EL SONIDO Y SUS PROPIEDADES
2.1.- ¿Qué es el sonido?
El sonido es un fenómeno físico percibido por el oído.
Pero, ¿cómo se produce?, ¿qué lo produce?,
¿cómo se propaga?
2.1.1.- Generación y propagación del sonido
El sonido es una onda mecánica que se propaga en un medio material. Cuando un cuerpo vibra se produce una
oscilación (movimiento en torno a una posición de equilibrio, conocido como Movimiento Armónico Simple) en las
moléculas que lo rodean, comprimiendo (compresión) y expandiendo (rarefacción) éstas alternadamente, creando
pequeñas variaciones en el entorno, traducidas en cambios de presión en el medio. La mínima presión sonora que
podemos percibir es de P0= 2·10-5 Pa, conocida en acústica como presión de referencia.
Figura 5: Propagación de una onda longitudinal
-Compresión: Las
moléculas de la onda
se juntan,
aumentando la
presión en el medio.
-Rarefacción: Las
moléculas de la onda se
separan, disminuyendo
la presión en el medio.
Figura 6. Compresión- Rarefacción de una onda.
Gráfico de presión respecto al tiempo.
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Del proceso descrito puede deducirse que las propiedades del medio de propagación influyen en las características
de las ondas. La velocidad de la onda dependerá de la rapidez con la que cada molécula o partícula del medio sea
capaz de transmitir la perturbación a la siguiente. Así, en los medios más rígidos o sólidos se transmite la onda
a mayor velocidad que en los medios flexibles; además de permanecer prácticamente constante, debido a que la
distancia entre las partículas es constante.
c (m/s) = d (m) / t (s)
La velocidad se obtiene dividiendo la distancia que
recorre la onda por el tiempo empleado en recorrerla,
En condiciones normales de presión y
temperatura (1 atmósfera y 0°C), la velocidad
del sonido en el aire es de 331 m/s.
En la siguiente tabla podemos observar la
velocidad del sonido en diferentes medios:
VELOCIDAD DEL SONIDO (m/s y a 0ºC)
Acero
5.100
Madera
3.900
Cobre
3.500
Agua
1.480
Plomo
Hierro
1.190
5.100
Granito
Aire
6.000
331
Figura 7. Velocidad del sonido a 0ºC y 1 atmósfera (101325Pa) de presión
Como hemos comentado anteriormente, la
velocidad de la onda en medios flexibles depende
de las condiciones en que se produzca la misma.
En el caso del aire:
c (m/s) =331(m/s) + 0.6·T(ºC)
!
Figura 8. Velocidad del sonido en el aire a 20ªC
La singularidad la encontramos en el vacío. Las ondas sonoras no se propagan en él, ya que no
existen partículas que puedan sufrir el efecto de compresión y rarefacción.
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2.1.2.- Magnitudes y relaciones
- Elongación y(m): “distancia” a la posición de equilibrio.
- Amplitud A(m): Módulo de la elongación máxima.
- Frecuencia f(Hz) f=1/T: Rapidez con la que se producen las oscilaciones.
- Periodo T(s)= 1/f: Intervalo temporal en el que se repite el movimiento.
- Longitud de onda λ(m): Distancia mínima entre dos puntos en igual estado de vibración.
Donde c es la velocidad del sonido, f
es la frecuencia y T es el periodo.
Figura 9. Magnitudes y relaciones de una onda.
2.1.3.- ¿Y en la práctica?
Si oímos el sonido de una campana, sabemos que proviene de un golpe dado a la misma. Ese golpe hace vibrar la masa
metálica, cosa que podemos comprobar si acercamos un dedo y la tocamos con suavidad: sentimos un cosquilleo, que
indica una rápida vibración. Ésta se transmite a las partículas de aire cercanas a la campana, que a su vez provocan
las oscilaciones de las partículas de aire vecinas, propagándose la perturbación (la vibración de la campana) hasta
puntos alejados de la misma, en forma de ondas sonoras.
Este movimiento es de fácil visualización en un medio líquido: si arrojamos un trozo de madera en el agua, observamos
que oscila en el lugar de caída, sin salir de él. La oscilación
del trozo de madera se comunica a las masas vecinas, cuyas
oscilaciones, a su vez, se transmiten a nuevas partículas.
El movimiento se propaga hasta puntos alejados, por
medio de ondas circulares, pero sin que exista acarreo de
líquido, o corriente líquida, como lo prueba el hecho de que la
madera permanezca siempre en el mismo lugar.
Los líquidos transmiten el sonido: un nadador puede oír debajo
del agua el golpe de dos piedras o el ruido de un motor de un
barco, o bien la conversación de dos personas.
Los sólidos transmiten el sonido: si ponemos el oído sobre las
vías del tren, puede escucharse la marcha de un tren distante.
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2.2.- Características del sonido
2.2.1.- Intensidad
La intensidad es la cualidad que permite diferenciar los sonidos como fuertes o débiles. Se define la intensidad
sonora como la energía por unidad de tiempo que traspasa la unidad de superficie perpendicular a la dirección de
propagación de la onda sonora (W/m2).
La unidad que se utiliza con más frecuencia
para la intensidad es el decibelio (dB),
referido al nivel de intensidad:
LI = 10 log (I / Io) [dB]
Donde: I es la intensidad del sonido
Io es un valor de referencia para la intensidad
(umbral de audición, Io=10-12 W/m2)
SONIDO DÉBIL (MENOR AMPLITUD)
SONIDO FUERTE (MAYOR AMPLITUD)
2.2.2.- TONO
El tono o altura es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo y otro grave. El tono está
relacionado con la frecuencia de la onda. A mayor frecuencia se obtiene un sonido más agudo y, a menor
frecuencia, un sonido más grave.
SONIDO GRAVE (MENOR FRECUENCIA)
SONIDO AGUDO (MAYOR FRECUENCIA)
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2.23.- TIMBRE
El timbre es la cualidad que permite diferenciar dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por
fuentes de distinta naturaleza. Depende de la forma de la onda, ya que los materiales de los que están hechos
los cuerpos vibran de modo diferente. Los cuerpos, además de vibrar con una frecuencia principal propia, vibran
simultáneamente con otras frecuencias, y la suma de todas ellas proporciona un sonido característico a cada foco
emisor. Por ejemplo, si tocamos cierta nota musical de un piano, y si la misma nota (de la misma frecuencia)
fuese emitida por un violín, podríamos decir claramente cuál fue la nota que emitió el piano, y cuál el violín.
Decimos entonces que estas notas tienen un "timbre" diferente.
PIANO
VIOLÍN
2.3.- Fenómenos asociados a las ondas
2.3.1.- Reflexión y Refracción
Cuando una onda sonora se propaga y choca contra un obstáculo, cambia de dirección y sentido. Este fenómeno
se denomina reflexión del sonido. Si las ondas pasan al otro medio, sufren una curvatura o desviación conocida
como refracción del sonido (figura 10).
El oído humano es capaz de
diferenciar el sonido original del
reflejado solo si el tiempo que
transcurre entre ambos es mayor
a 0,1 s.
Teniendo en consideración esta
característica del oído humano, la
reflexión de las ondas sonoras
puede generar fenómenos como el
eco, la reverberación y la
resonancia.
Figura 10.Reflexión y Refracción de una onda.
2.3.2.- Eco
El eco es el fenómeno que se produce cuando las ondas sonoras reflejadas llegan al receptor con una diferencia
mayor de 0,1 s respecto al sonido directo. El retardo de 0,1 s equivale a una diferencia de caminos entre el
sonido directo y la reflexión de aproximadamente 34 m.
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2.3.3.- Reverberación
La reverberación es el fenómeno que se produce cuando las ondas sonoras reflejadas llegan al receptor con una
diferencia menor o igual de 0,1 s respecto al sonido directo. En este caso, el oído humano integra las reflexiones
y el sonido directo como si fueran una única señal.
2.3.4.- Resonancia
Cuando se transmite una onda sonora a un cuerpo, éste se ve forzado a vibrar a la misma frecuencia. De modo
que si la frecuencia de la onda perturbadora es igual la frecuencia natural del cuerpo, este cuerpo oscilará con su
amplitud máxima. Este fenómeno se denomina resonancia.
3.- LA AUDICIÓN HUMANA.
3.1.- Partes del oído humano
El oído humano es un receptor de sonido altamente
sensible en el que las fluctuaciones de presión en el
oído externo son transformadas en vibraciones de los
huesecillos del oído medio, que finalmente son
enviadas a la cóclea, situada en el oído interno,
órgano en el que dichas vibraciones se transforman en
estímulos nerviosos que son enviados al cerebro.
Figura 11.Partes más importantes del aparato auditivo.
En el oído externo nos encontramos con el pabellón
auditivo, el cual conecta el canal auditivo con el
exterior; el canal auditivo, que comunica el pabellón
auditivo con el tímpano; y el tímpano, que transforma
el sonido en desplazamientos.
En el oído medio hay cuatro diminutos huesecillos
(osteocillos óticos) denominados martillo, yunque,
lenticular y estribo. Estos huesecillos amplifican el
sonido y acoplan impedancias (aire-líquido).
También nos encontramos aquí con la tuba
faringotimpánica o trompa de Eustaquio, que mide
unos 4 cm e iguala la presión a ambos lados del
tímpano.
Figura 12.Oído medio.
En el oído interno nos encontramos con la cóclea, que
convierte los desplazamientos del oído medio en impulsos
nerviosos y el nervio auditivo (vestíbulo-coclear), que se
encarga de transmitir los impulsos nerviosos al cerebro. Los
canales semicirculares detectan el movimiento y la
orientación, pero no tienen que ver con la audición.
Figura 13. Oído interno.
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3.2.- Rango dinámico
Límites de energía acústica mínima necesaria
para detectar un sonido y máxima donde la
audición ya no es posible.
3.3.- Rango de frecuencias
El rango de frecuencias audibles por oído
humano está comprendido entre 20 Hz y 20
kHz, aunque varía de unas personas a otras.
Normalmente decae con la edad, especialmente
en las altas frecuencias.
Figura 14.Área de audición del sistema auditivo.
4.- BIBLIOGRAFÍA
• COM 96 - 540. Future Noise Policy - Green Paper. Brussels, 1996.
• Directive 2002/49/EC of the European Parliament and of the Council of 25 June 2002 relating to the
assessment and management of environmental noise (END). Official Journal L, 189. Brussels: The
European Parliament and the Council of the European Union, 0012–0026; 2012.
• Diseño acústico de espacios arquitectónicos. Antoni Carrión Isbert. Ediciones UPC, 1998.
• Jeon, J. Y., P. J. Lee, J. You, and J. Kang. 2012. Acoustical characteristics of water sounds for
soundscape enhancement in urban open spaces. Journal of the Acoustical Society of America 131 (3):
2101-9.
• World Health Organization (WHO) (2011). Burden of disease from environmental noise.
Quantification of healthy life years lost in Europe. WHO Regional Office for Europe, Denmark.
• Apuntes de psicoacústica. Máster Universitario en Ingeniería Acústica. UPV. 2012.
• www.portaleducativo.net
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