¿Qué son la potencia sonora y la presión sonora?

Relación entre potencia sonora y presión sonora

Se puede hacer una analogía sencilla para entender la relación entre la potencia sonora y la presión sonora: pensemos en el calor.  

Un calefactor eléctrico emite energía y la irradia a una sala. Como resultado, la temperatura de la sala aumenta. La emisión de energía del calefactor es independiente de la sala en la que se encuentre. Sin embargo, la temperatura de la sala varía según la distancia con respecto al calefactor y también dependiendo de las características de la sala; por ejemplo, su tamaño o la cantidad de calor que absorben o transfieren las paredes y el suelo.

La relación entre la salida de potencia sonora de una fuente de sonido y los niveles de presión sonora en una habitación es similar. La energía sonora que irradia la fuente eleva el nivel de presión sonora de la sala. El nivel de potencia sonora de la fuente es independiente de la sala. En cambio, los niveles de presión sonora dependen de la distancia con respecto a la fuente y de determinadas características de la sala; en especial, su tamaño y la cantidad de sonido que reflejan o absorben las superficies de la sala.

Tanto la presión sonora como la potencia sonora se suelen expresar en decibelios. En ocasiones, eso da lugar a confusión, sobre todo si se omite el valor de referencia. El valor de referencia para los niveles de presión sonora es de 20 µPa, mientras que el valor de referencia para los niveles de potencia sonora es de 1 pW.

Estos valores de referencia se han elegido de manera que, en un campo libre perfecto y a una distancia con un área de propagación de 1 m2, el nivel de presión sonora sea idéntico al nivel de potencia sonora.

¿Para qué se calculan los niveles de potencia sonora?

Conocer el nivel de potencia sonora de un aparato es algo muy útil, porque permite comparar de forma objetiva la emisión sonora de diferentes aparatos, sin que importe el entorno en el que se hagan las pruebas o la distancia a la que se mida. Por eso, los niveles de potencia sonora son ideales para el etiquetado de productos, para definir límites de emisión de ruido para toda clase de aparatos... y para verificar que esos límites se cumplen.

Como los niveles de potencia sonora son independientes del entorno sonoro y del punto en que se mida, también permiten calcular la contribución a los niveles de presión sonora (inmisión) de un aparato en un lugar específico, dentro de un entorno sonoro conocido.  

Por ejemplo, un consultor acústico puede utilizar el nivel de potencia sonora de una máquina para calcular el nivel de presión sonora que puede producir en una vivienda cercana si se instala en una determinada ubicación. A partir de ahí, el consultor puede determinar si la inmisión de ruido resultante en la vivienda cumple la normativa aplicable o si, por el contrario, deben diseñarse medidas de mitigación o debe instalarse una máquina distinta, más silenciosa.

¿Cómo se mide la potencia sonora?

La potencia sonora se puede determinar a partir de medidas de presión sonora o de intensidad sonora.

Existen dos métodos para determinar la potencia sonora a partir de medidas de presión sonora: el método directo y el método de comparación. El método directo es el más habitual en situaciones que son esencialmente de campo libre, aunque también puede emplearse en presencia de un campo sonoro reverberante. El método de comparación solo se utiliza con campos sonoros reverberantes.

En el método directo, se define una superficie imaginaria que envuelve el dispositivo objeto de la prueba y se obtienen medidas de presión sonora en varias posiciones de esa superficie. También se corrigen para tener en cuenta la influencia del entorno sonoro (por ejemplo, el ruido de fondo).

Se lleva a cabo una promediación espacial de estas medidas del nivel de presión sonora. Una vez que se conoce el nivel de presión sonora promedio para la superficie de medida, se puede calcular el nivel de potencia sonora ajustando la proporción entre la superficie de medida y la superficie de referencia de 1 m2. En esas condiciones, el nivel de potencia sonora es igual al nivel de presión sonora.

El método de comparación es algo diferente. Este método utiliza una fuente sonora de referencia con un nivel de potencia sonora conocido y estable. Las medidas de presión sonora se obtienen en una sala de ensayo, midiendo por un lado la fuente sonora de referencia y, por otro, el dispositivo objeto de la prueba. El nivel de potencia sonora del dispositivo puede calcularse comparando los niveles de presión sonora obtenidos para cada una de las dos fuentes de sonido.

La determinación de la potencia sonora a partir de medidas de intensidad sonora sigue un proceso muy similar al método directo con medidas de presión sonora. Ahora bien, como la intensidad sonora es una magnitud vectorial promediada en el tiempo, es mucho más tolerante al ruido de fondo y a la reverberación que las medidas basadas en la presión sonora. Por ello, la determinación de la potencia sonora a partir de la intensidad sonora se adapta especialmente bien a las medidas in situ.

¿Qué normas hay que seguir?

Existen muchas normas para la determinación de la potencia sonora, pensadas para diferentes tipos de fuentes de ruido. Se emplean para medir en distintos entornos sonoros y proporcionan diferentes niveles de precisión. El objeto de este artículo no es discutir en detalle las numerosas normas que se utilizan ahora mismo, pero sí podemos dar algunas claves.

En primer lugar, podemos distinguir entre "normas básicas" y "códigos para ensayos de ruido". Las normas básicas especifican métodos para determinar la potencia sonora para todo tipo de productos en una gran variedad de entornos sonoros y con distintos niveles de precisión. Por ello, solo proporcionan una orientación general en lo relativo a las condiciones de funcionamiento y montaje del dispositivo objeto de la prueba. 

Por su parte, los códigos para ensayos de ruido se aplican de forma específica a tipos particulares de fuentes de ruido y especifican minuciosamente los requisitos de montaje y las condiciones de realización. Igualmente, identifican las normas básicas aplicables. Con carácter general, si para un determinado dispositivo existe un código para ensayos de ruido, hay que seguirlo.

En los casos en que existe un código aplicable, se puede utilizar una norma básica. La norma “ISO 3740:2019 Acústica. Determinación de los niveles de potencia acústica de las fuentes de ruido. Guía para la utilización de las normas básicas”, proporciona una visión general de las normas básicas disponibles para la determinación de la potencia sonora. Este texto puede emplearse para seleccionar la norma adecuada, en función del entorno y los equipos de ensayo, las características del dispositivo objeto de la prueba y el nivel de precisión que se desee.

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Equipo para medir la potencia sonora

¿Cuál es el instrumento más idóneo para determinar la potencia sonora? Depende del método y del entorno de ensayo elegido, del volumen de ensayos previsto y de las características de la fuente.

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