Diseño y construcción de herramienta de medición in situ a...

Diseño y construcción de herramienta de medición in situ a incidencia normal de coeficiente de

absorción de materiales no convencionales basado en la ISO 10534-1.

Daniel Giovanny López Moncayo, [email protected]

Trabajo de Grado presentado para optar al título de Ingeniero de Sonido

Asesor: Juan David Berrio Bernal, Magíster (MSc) en Ingeniería Mecánica.

Universidad de San Buenaventura Colombia

Facultad de Ingenierías

Ingeniería de Sonido

Medellín, Colombia

2019

Citar/How to cite [1]

Referencia/Reference

Estilo/Style:

IEEE (2014)

[1] D. López Moncayo “Diseño y construcción de herramienta de medición in situ a

incidencia normal de coeficiente de absorción de materiales no convencionales

basado en la ISO 10534-1.”, Trabajo de grado Ingeniería de Sonido, Universidad

de San Buenaventura Medellín, Facultad de Ingeniería, 2019.

Bibliotecas Universidad de San Buenaventura

Biblioteca Fray Alberto Montealegre OFM - Bogotá.

Biblioteca Fray Arturo Calle Restrepo OFM - Medellín, Bello, Armenia, Ibagué.

Departamento de Biblioteca - Cali.

Biblioteca Central Fray Antonio de Marchena – Cartagena.

Universidad de San Buenaventura Colombia

Universidad de San Buenaventura Colombia - http://www.usb.edu.co/

Bogotá - http://www.usbbog.edu.co

Medellín - http://www.usbmed.edu.co

Cali - http://www.usbcali.edu.co

Cartagena - http://www.usbctg.edu.co

Editorial Bonaventuriana - http://www.editorialbonaventuriana.usb.edu.co/

Revistas - http://revistas.usb.edu.co/

Biblioteca Digital (Repositorio)

http://bibliotecadigital.usb.edu.co

https://co.creativecommons.org/?page_id=13

https://co.creativecommons.org/?page_id=13

Dedicatoria

Este trabajo está dedicado a Dios primero que todo, a mi familia y su inmenso apoyo en toda mi

formación tanto personal como académica. Igualmente a todos los que formaron parte de este

difícil pero hermoso camino.

“Confía en el Señor de todo corazón, y no en tu propia inteligencia. Reconócelo en todos tus

caminos, y él allanará tus sendas.

Proverbios 3:5-6 NVI”

Agradecimientos

Agradezco primeramente a Dios por su inmensa misericordia y guía durante este proceso.

Igualmente, expreso mis agradecimientos al MSc. Juan David Berrio Bernal por ser un asesor

muy atento e interesado en el correcto andar de este proyecto, por su confianza, colaboración y

apoyo en todas las circunstancias que se presentaron en el desarrollo del mismo, al igual que a

todo el profesorado que me apoyó.

Gracias a mi padre José Giovanny López Perafán y a mi madre Sandra Regina Moncayo Barbosa,

quienes me han acompañado incondicionalmente en todo este proceso de formación y me

apoyaron con sus conocimientos ingenieriles y educativos para organizar adecuadamente este

proyecto.

Agradezco a mi novia Jessika Perafán Bastidas, por su apoyo incondicional, no solo moral, si no

en la realización de actividades del proyecto realizado.

Finalmente, a las personas que estuvieron ayudándome en la ejecución de actividades de

construcción de este proyecto de investigación y desarrollo.

TABLA DE CONTENIDO

RESUMEN .................................................................................................................................... 12

ABSTRACT .................................................................................................................................. 13

I. INTRODUCCIÓN .................................................................................................................... 14

II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .............................................................................. 15

III. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................................. 16

IV. OBJETIVOS ........................................................................................................................... 17

A. Objetivo general .................................................................................................................... 17

B. Objetivos específicos ............................................................................................................. 17

V. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN .................................................................................... 18

VI. HIPÓTESIS ............................................................................................................................ 19

A. Hipótesis de trabajo ............................................................................................................... 19

B. Hipótesis Estadística .............................................................................................................. 19

VII. ESTADO DEL ARTE .......................................................................................................... 20

VIII. MARCO TEÓRICO ........................................................................................................... 25

A. Ondas ............................................................................................................................... 25

1. Perturbación de un medio elástico ...................................................................................... 25

2. Presión sonora ..................................................................................................................... 26

a. Nivel de presión sonora .................................................................................................. 27

3. Parámetros para medir fenómenos acústicos ...................................................................... 27

a. Absorción acústica .......................................................................................................... 28

b. Reflexión acústica y reverberación ................................................................................ 29

c. Ondas estacionarias ........................................................................................................ 31

B. Herramienta de medición y materiales .................................................................................. 33

1. Tubo de Kundt según la ISO 10534-1................................................................................. 33

2. Características del tubo ....................................................................................................... 35

3. Otros estándares a tener en cuenta ...................................................................................... 36

4. Materiales ............................................................................................................................ 37

C. Diseño de experimentos ......................................................................................................... 38

1. Términos estadísticos: Media y Varianza ........................................................................... 38

2. Hipótesis .............................................................................................................................. 39

3. Diseños Factoriales ............................................................................................................. 39

IX. METODOLOGÍA .................................................................................................................. 41

A. Materiales escogidos para estudio ......................................................................................... 42

B. Metodología de construcción ................................................................................................. 45

C. Metodología de medición ...................................................................................................... 50

a. Datos de mediciones ....................................................................................................... 51

1. Medición con Tubo de Kundt clásico (provisto por la Universidad de San Buenaventura)

51

a. Herramientas usadas y montaje (ver Figura 28): ............................................................ 51

2. Medición con Tubo de Kundt in situ (Construido para este proyecto) ............................... 51

a. Herramientas usadas y montaje (ver Figura 33): ............................................................ 53

b. Procedimiento de Medición ............................................................................................ 54

3. Medición de coeficientes de absorción en materiales no convencionales .......................... 55

X. RESULTADOS ........................................................................................................................ 56

A. Resultados obtenidos en la validación de coherencia entre herramientas ............................. 56

1. Procesamiento estadístico de resultados. ............................................................................ 57

a. Comparación de coeficientes de absorción promedio de las dos herramientas .............. 57

b. Graficas de cajas y valores P .......................................................................................... 59

B. Coeficientes de absorción de materiales no convencionales medidos con Tubo de Kundt in

situ construido ............................................................................................................................ 60

XI. DISCUSIÓN ........................................................................................................................... 61

XII. CONCLUSIONES ................................................................................................................ 64

XIII. RECOMENDACIONES .................................................................................................... 65

REFERENCIAS ........................................................................................................................... 66

ANEXOS ....................................................................................................................................... 68

LISTA DE TABLAS

TABLA 1. COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL TIPO 1 FRESCASA ECO 3½

(PROVISTA POR FIBERGLASS ®)[27]. .................................................................................... 43

TABLA 2. COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL TIPO 2 BLACKTHEATER®

2” (PROVISTA POR FIBERGLASS ®)[28]. ............................................................................... 44

TABLA 3. COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL TIPO 3 LOWSOUND 1,4”

(PROVISTA POR ACUSTEC®) [29]. .......................................................................................... 44

TABLA 4. RANGO DE FRECUENCIAS DE TRABAJO DEL TUBO DE KUNDT IN SITU

CONSTRUIDO. ............................................................................................................................. 46

TABLA 5. DISEÑO DE EXPERIMENTOS ALEATORIZADO. ................................................ 50

TABLA 6. RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE COEFICIENTES DE ABSORCIÓN, CON

LAS DOS HERRAMIENTAS. ...................................................................................................... 56

TABLA 7. ERROR DESPUÉS DE COMPARACIÓN DE DATOS DE LAS DOS

HERRAMIENTAS (TIPO 1). ........................................................................................................ 58


HERRAMIENTAS (TIPO 2). ........................................................................................................ 58


HERRAMIENTAS (TIPO 1) ......................................................................................................... 58

TABLA 10. VALORES P ESTADISTICOS. ................................................................................ 60

TABLA 11. COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DEL CORCHO. .............................................. 60

TABLA 12. COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DE LA TIERRA. ............................................ 60

TABLA 13. COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DEL ACRÍLICO. ........................................... 60

TABLA 14. MÍNIMOS Y MÁXIMOS, INSPECCIONADOS CON SONDA MICROFÓNICA

(KUNDT INSITU -TIPO 3). ......................................................................................................... 68






(KUNDT -TIPO 3). ....................................................................................................................... 68


(KUNDT -TIPO 1). ....................................................................................................................... 69


(KUNDT -TIPO 1). ....................................................................................................................... 69






(KUNDT -TIPO 1). ....................................................................................................................... 70


(KUNDT -TIPO 2). ....................................................................................................................... 70




(KUNDT -TIPO 2). ....................................................................................................................... 70


(KUNDT -TIPO 3). ....................................................................................................................... 71


(KUNDT -TIPO 2). ....................................................................................................................... 71




(KUNDT -TIPO 3). ....................................................................................................................... 71






(KUNDT INSITU-CORCHO). ..................................................................................................... 72


(KUNDT INSITU-TIERRA). ........................................................................................................ 72


(KUNDT INSITU-ACRÍLICO). .................................................................................................... 73

TABLA 35. CARACTERÍSTICAS PARLANTE LS52W-6 R4. .................................................. 78

LISTA DE FIGURAS

Fig. 1. Herramienta modificada basada en ISO 10534-2. Tomada de [9]. ..................................... 23

Fig. 2. Sellamiento hermético del sistema. Tomada de [9]. ........................................................... 23

Fig. 3. Ejemplar del Tubo de B&K. Tomada de [11]. .................................................................... 24

Fig. 4. Interacción entre moléculas después de una perturbación. Tomada de [12]. ..................... 25

Fig. 5. a).Ondas planas b) Ondas esféricas. Tomada de [15]. ........................................................ 26

Fig. 6. Diagrama de onda incidente. Tomada de [15]. ................................................................... 28

Fig. 7. Reflexión especular. Tomada de [12] ................................................................................. 29

Fig. 8. Ondas incidente y reflejada. Tomada de [13]. .................................................................... 31

Fig. 9. Modos de tubo abierto. Tomado de [23] ............................................................................. 32

Fig. 10. Modos de tubo cerrado. Tomada de [23] .......................................................................... 33

Fig. 11. Representación de medición con tubo de Kundt. Tomada de [20]. .................................. 34

Fig. 12. a) Material liso, b) Material rugoso, c) Material Poroso. Tomada de [25]. ...................... 37

Fig. 13. Metodología a seguir. ........................................................................................................ 41

Fig. 14. Frescasa Eco 3½. Tomada de [27]. ................................................................................... 42

Fig. 15. BlackTheater 2”. Tomada de [28]. .................................................................................... 43

Fig. 16. LowSound 1,4”. Tomada de [29]. ..................................................................................... 44

Fig. 17. Diagrama de bloques de construcción. ............................................................................. 45

Fig. 18. Modelos de altavoz según estándar ISO 10534-1: a) Diseño de terminación con altavoz

situado en el eje, b) Diseño de terminación de altavoz inclinado y c) Diseño de terminación en

forma de codo. Tomada de [24]. .................................................................................................... 45

Fig. 19. Orificio para la sonda microfónica. .................................................................................. 46

Fig. 21. Boquilla hermética de poliisopreno. ................................................................................. 47

Fig. 20. Tubo de 6cm de diámetro PAVCO®. ............................................................................... 47

Fig. 22. a) Altavoz LS52W-6 R4 cono, b) Altavoz parte trasera con especificaciones. ................ 47

Fig. 23. Módulo de amplificación de potencia. .............................................................................. 48

Fig. 24. Resultado final del módulo de amplificación y altavoz. ................................................... 48

Fig. 25. Módulo de amplificación y altavoz. .................................................................................. 49

Fig. 26. Respuesta en frecuencia del montaje del altavoz. ............................................................. 49

Fig. 27. A) Herramienta con diseño final, b) Diseño boquilla final. .............................................. 49

Fig. 28. Esquema de conexión del tubo de Kundt clásico.............................................................. 51

Fig. 29. Tubo de Kundt clásico. ..................................................................................................... 52

Fig. 30. Materiales Tipo 1,2 y 3. .................................................................................................... 52

Fig. 31. Montaje de material en porta muestras. ............................................................................ 52

Fig. 32. Inspección con sonda microfónica. ................................................................................... 53

Fig. 33. Esquema de conexión del tubo de Kundt in situ. .............................................................. 53

Fig. 34. Tubo de Kundt in situ. ...................................................................................................... 54

Fig. 35. Materiales Tipo 1,2 y 3. .................................................................................................... 54

Fig. 36. Montaje de material y tubo in situ. ................................................................................... 54

Fig. 37. Muestras de materiales no convencionales. ...................................................................... 55

Fig. 38. Medición con muestras de tierra. ...................................................................................... 55

Fig. 39.Medición in situ del acrílico. ............................................................................................. 55

Fig. 40. Comparación de resultados promediados de las dos herramientas. Material TIPO 1. ..... 57

Fig. 41.Comparación de resultados promediados de las dos herramientas. Material TIPO 2. ...... 57

Fig. 42. Comparación de resultados promediados de las dos herramientas. Material TIPO 3. ..... 58

Fig. 43.Gráfica de caja (500Hz). .................................................................................................... 59

Fig. 44.Gráfica de caja (1000Hz). .................................................................................................. 59

Fig. 45. Gráfica de caja (4000Hz). ................................................................................................. 59

Fig. 46.Gráfica de caja (2000Hz). .................................................................................................. 59

Fig. 47.a) Plano 3D Rec room Estudio B, b) Dimensiones del Rec Room del Estudio B ............. 76

Fig. 48. a) Construcción de tubo de Kundt, b) Diseño Isométrico del Tubo de Kundt Clásico,

tomado de [4]. ................................................................................................................................ 77

DISEÑO Y CONSTRUCCIÓN DE HERRAMIENTA DE MEDICIÓN… 12

RESUMEN

El presente escrito muestra en detalle el proceso de investigación y desarrollo seguido para la

construcción y puesta a punto de un tubo de Kundt de tipo in situ, basado en el estándar ISO 10534-

1, esta herramienta se emplea en la medida de coeficientes de absorción de diferentes materiales

acústicos, en su elaboración se sigue la metodología de construcción propuesta y posteriormente

se realiza la comparación en su desempeño respecto a un tubo de Kundt clásico. El procesamiento

de los datos extraídos de las actividades de medición se analizan mediante el uso de la técnica de

experimentos aleatorios ayudados de una herramienta software de estadística, obteniéndose como

resultado que el comportamiento del tubo elaborado artesanalmente presenta una respuesta que,

aunque estadísticamente muestra diferencias, éstas siguen el comportamiento del tubo clásico

provisto por la Universidad de San Buenaventura. Finalmente, se puede concluir que dentro del

proceso de fabricación del tubo in situ se emplearon materiales comunes de fácil adquisición

lográndose un comportamiento similar al del tubo clásico además de contar con un elemento de

medición portátil.

Palabras claves: Caracterización, Tubo de Kundt in situ, materiales acústicos, experimentos

aleatorios, coeficientes de absorción.


ABSTRACT

This brief overview shows in detail the process of research and development for the construction

and fine tuning of a type in-situ, Kundt's tube based on ISO 10534-1 standard, this tool is used in

the measurement of the absorption coefficients of different acoustic materials, its preparation

follows the proposed construction methodologies and subsequently performs comparison in their

performance to a classical Kundt's tube. The processing of the data extracted from the measurement

activities are analyzed using the technique of randomized experiments helped of a software tool of

statistics, resulting in that the behavior of made tube handmade presents a response which, although

statistically it shows differences, these follow the behavior of the classic tube provided by

Universidad de San Buenaventura. Finally, it can be concluded that within the tube manufacturing

process on-site employed common materials of easy acquisition achieving a behavior similar to the

classic tube as well as having a portable measuring element.

Keywords: Characterization, randomized experiments, Kundt's tube in situ, acoustic materials and

absorption coefficients.


I. INTRODUCCIÓN

El estudio y análisis de materiales acústicos respecto a su comportamiento contiene diferentes

elementos que deben tenerse en cuenta al momento de su evaluación, una de sus características

más relevantes la constituye el coeficiente de absorción, el cual consiste en la medida de la

eficiencia para absorber sonido de una superficie o material.

En la actualidad, se cuenta con guías emanadas de la Organización de Estándares Internacionales

ISO (International Organization for Standardization) en las que se explican diferentes

metodologías para la construcción y uso de herramientas de medición de dichas características. Por

otra parte, la mayoría de los dispositivos de esta clase no permiten la medición de estos coeficientes

de forma in situ razón por la cual se considera relevante su estudio mediante el seguimiento de un

proceso de investigación y desarrollo a través de este Trabajo de Grado.

En este orden de ideas, mediante la elaboración de este documento se busca brindar una descripción

completa del logro de los objetivos propuestos orientados a procesos de diseño y construcción de

un tubo de Kundt in situ siguiendo una metodología seleccionada, realizar la medición de los

coeficientes de absorción sobre diferentes materiales típicos y poco estudiados, llevar a cabo el

análisis de resultados y la comparación con las medidas hechas empleado un tubo de Kundt clásico

provisto por la Universidad de San Buenaventura, ambos instrumentos de medida obedecen al

estándar ISO 10534-1.

El contenido del presente escrito se encuentra estructurado siguiendo la plantilla IEEE para

elaboración de tesis 2018 versión 3, propuesta por la unidad de bibliotecas de la Universidad de

San Buenaventura, la cual consta de 12 sesiones numeradas en romanos que incluye entre otras, el

planteamiento del problema, justificación, objetivos, el problema de investigación, hipótesis, el

marco teórico, los resultados del trabajo, discusión de dichos resultados, conclusiones y

recomendaciones. Finalmente se incluyen anexos que permiten ampliar conceptos y tener una

visión más detallada sobre los resultados obtenidos durante el desarrollo del Trabajo de Grado.


II. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

¿Es posible determinar el coeficiente de absorción acústica a incidencia normal en materiales no

convencionales, empleando la herramienta de medición tubo de impedancia (Kundt), realizándole

modificaciones de diseño para medir in situ?

La necesidad de caracterizar materiales usados en construcciones o adecuaciones en la industria

acústica de hoy en día se ha ido incrementando, ya que la información que se posee acerca de

algunos tipos de materiales es escasa, y los únicos métodos estandarizados por la ISO con los que

se puede contar son las metodologías clásicas de medición que dan un resultado fiable, pero que

pueden ser complejos de llevar a cabo, como la cámara reverberante que requiere de alto rigor de

construcción, esto se atribuye a la necesidad de un recinto controlado acústicamente y del alto

número de muestras de las superficies a las cuales se les quiere medir el coeficiente de absorción,

labor en algunos casos dificultosa porque el material puede estar ya instalado en el lugar objetivo

de trabajo, por este inconveniente el uso del Tubo de impedancia o Kundt clásico, puede

considerarse limitado a pesar de su fácil construcción y uso, es ahí donde se propone un tipo de

tubo de Kundt modificado, el cual debe operar con el mismo principio planteado por la ISO 10534-

1 haciendo mediciones en diferentes tipos de materiales porosos, pero in situ.


III. JUSTIFICACIÓN

La importancia de la realización de este proyecto radica principalmente en poder contar con una

herramienta y método de medición que permita estimar el coeficiente de absorción de materiales

no convencionales, tales como corcho, tierra, madera con vinil, acrílico, entre otros, de forma in

situ y con el material o superficie ya instalado en el lugar, a partir del método de medición

estandarizado por la ISO 10534-1, donde se propone la medición por medio de tubo de impedancia

(método de onda estacionaria), en este caso se modificará su construcción para lograr tener una

herramienta y método in situ, los cuales podrán ser de utilidad tanto para estudiantes de ingeniería

de sonido y área afines, como para profesionales activos en la industria de la acústica o de

construcción en general en Colombia, ya que les proveerá un procedimiento rápido, económico y

de fácil ejecución, puesto que la construcción de esta herramienta requiere de materiales de bajo

costo si se compara con métodos tradicionales como la obtención del coeficiente de absorción por

medio de cámaras reverberantes, que poseen precios superiores y estándares de compleja

reproducción.

Además que con este proyecto se podrá enriquecer líneas de investigación de la Universidad de

San Buenaventura, logrando una proyección para mejorar o crear nuevos métodos de

caracterización de materiales.

Este método se centrará en la obtención de coeficientes de absorción a incidencia normal de

materiales no convencionales en la industria acústica, los cuales afectan el proceso de adecuación

de recintos y hasta ahora a algunos de ellos no se les conocía su comportamiento real. Al tratarse

de superficies ya instaladas, esta herramienta y metodología busca obtener resultados yendo al

lugar de la instalación, midiendo allí, recibiendo resultados fiables y comparables con otros

métodos.


IV. OBJETIVOS

A. Objetivo general

Diseñar y construir una herramienta de medición para estimar el coeficiente de absorción in situ,

en materiales no convencionales, a incidencia normal a partir de la medición de máximos y

mínimos de una onda estacionaria, basándose en la ISO 10534-1.

B. Objetivos específicos

Proponer y construir un modelo modificado de la herramienta de medición de coeficientes de

absorción tubo de impedancia o Kundt, basándonos en la ISO 10534-1.

Establecer bases de coherencia entre los resultados obtenidos con la herramienta modificada

en desarrollo y los medidos por el método tradicional del tubo de impedancia de Kundt,

mediante el desarrollo de un conjunto de experimentos estadísticos, analizando las posibles

diferencias entre los procedimientos.

Obtener el coeficiente de absorción de materiales poco estudiados como: el corcho, acrílico y

tierra, haciendo uso de la herramienta de medición propuesta y construida.


V. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

En la actualidad se evidencia la importancia de realizar la medida del coeficiente de absorción de

diferentes materiales acústicos (convencionales y no convencionales), se cuenta con métodos y

herramientas de alto costo que además no permiten su traslado a los recintos donde se requiere

realizar esta clase de medidas, mediante la investigación, el desarrollo y puesta a punto de una

herramienta de medición in situ basada en estándares vigentes, empleando materiales de bajo costo

y fácil adquisición, será posible obtener resultados confiables similares a los logrados con

herramientas producidas por la industria de la acústica.


VI. HIPÓTESIS

A. Hipótesis de trabajo

Al desarrollar e implementar una herramienta de medición de coeficiente de absorción de

materiales acústicos, siguiendo el estándar ISO 10534-1 con enfoque in situ (denominada Tubo de

Kundt in situ TKI).

¿Es posible obtener valores estadísticamente similares a los logrados mediante el uso de la

herramienta clásica (Tubo de Kundt clásico TKC) producida industrialmente y basada en el mismo

estándar?

B. Hipótesis Estadística

Para su elaboración se cuenta con dos factores: Tubo de Kundt Clásico (TKC) y Tubo de Kundt in

situ (TKI), según esto se plantea lo siguiente:

1) Hipótesis nula

TKC = TKI

2) Hipótesis alterna

TKC ≠ TKI


VII. ESTADO DEL ARTE

La acústica está presente en casi todos los entornos de interacción de la humanidad, por lo que

temas como el aislamiento y el acondicionamiento acústico reciben cada vez mayor atención. Así

también las exigencias que imponen las diferentes normas nacionales e internacionales respecto a

los niveles de ruido admisible son cada vez más restrictivas y exigen soluciones que se enfoquen

en la reducción del ruido, ante lo cual, para su estudio se realizan diversas pruebas, entre ellas:

reflejar el sonido en diferentes direcciones, dispersarlo o absorber la energía, todo esto con el

objetivo de aumentar la calidad de vida y confort acústico de las personas, tanto en sus viviendas

como en el trabajo [1].

Igualmente, en un recinto real entran a jugar un papel acústico todos los materiales allí instalados,

por lo cual, además de usar materiales absorbentes para atenuar el sonido, ya que a veces es

imposible reducir la emisión acústica en el lugar, también se ha de acudir a materiales no

convencionales desde el punto de vista acústico, tales como corcho, tierra, madera con vinil,

acrílico, entre otros.

Debido a lo anterior, es comprensible la creciente aparición de nuevos métodos en las diferentes

industrias que se dedican a la fabricación de herramientas de medición acústica, enfocadas hacia la

solución de la necesidad de métodos in situ estandarizados y fiables para la medición del

coeficiente de absorción.

Búsqueda de métodos in situ para obtención de coeficientes de absorción

En el proceso investigativo para obtener y analizar las características acústicas se aplicó el método

de “suposición de onda de plano local (LPW)”, método aplicado in situ, el cual consiste en el uso

de dos micrófonos de presión, que puestos en una posición indicada permiten, por medio un tono

puro o impulso, separar la onda incidente de la reflejada. Luego aplicando el análisis de Fourier se

pudo medir el coeficiente de reflexión complejo para cierto rango de frecuencias, aun así esta es

una técnica potencialmente útil para determinar el coeficiente de absorción de sonido in situ

efectivo en el área en campos de sonido con reflexiones múltiples.


Los creadores del método mencionado aceptaron también que sus resultados no eran comparables

con los obtenidos en laboratorio, ya que se generaban divergencias en frecuencias bajas debido a

la variación entre cada ventana o superficie reflejante de ondas empleada para la medición, por lo

cual sus autores afirman que este método sólo arroja resultados prácticos[2] y [3].

Luego de varias investigaciones y pruebas con micrófonos de presión, se llegó al uso del

transductor PU, cuyo proceso de investigación y desarrollo fue adelantado por la empresa

“Microflown™”, este método tuvo alta relevancia en varios artículos de autores reconocidos en la

industria mundial de la acústica, considerándolo como una opción que podría aventajar a los

denominados métodos clásicos expuestos anteriormente, ya que éste es capaz, hasta el momento,

de cuantificar la absorción de un material bajo la influencia del campo sonoro que lo rodea a

incidencia normal e incidencia aleatoria. Aunque de otro lado, presenta algunas desventajas como

su precio elevado y su difícil calibración, además éste es un instrumento difícil de comparar, debido

a la falta de herramientas similares estandarizadas en la industria acústica.

Así mismo, debido a que la posibilidad de comparar con algún método estandarizado de manera

fiable, ha sido poco estudiada, se hace necesario establecer un protocolo en el que los valores

obtenidos sean comparables con los que se obtendrían al utilizar un método estandarizado como

los que se analizan en los estándares ISO[4].

Estándares en la industria

Debido a la alta demanda en el mercado, en la actualidad se promueve la fabricación de nuevos

tipos de materiales para el aislamiento y acondicionamiento acústico, como resultado de lo anterior,

en la industria ya existen métodos estandarizados como los planteados en los estándares “ISO 354

/ ASTM C423”, los cuales proponen un mecanismo para calcular el coeficiente de absorción del

sonido en materiales especiales utilizados para adecuación acústica en paredes o techos, realizando

las medidas en una cámara de reverberación [5].


También se encuentran los estándares “ISO 10534-1 / ASTM C384”, que especifican un método

de medida de coeficiente de absorción acústica por medio del tubo de “Kundt” o impedancia, en

donde los valores se determinan por la evaluación del patrón de onda estacionaria de una onda

plana en un tubo, la cual se genera por la superposición de una onda plana incidente sinusoidal con

la onda plana reflejada desde el objeto de prueba puesto al final de dicho tubo [6]. Del estándar

anterior se puede destacar su fácil construcción y uso, éste plantea una herramienta que sólo se

puede usar de forma ex situ, es decir, que se deben tener muestras de los materiales para introducir

al sistema especificado por el estándar, aunque al realizar otros estudios, es posible desarrollar en

un futuro un método in situ.

Métodos in situ con el tubo de Kundt

El desarrollo del tubo de Kundt se remonta a los años 1800, cuando el físico alemán August Adolf

Eduard Eberhard Kundt (1839–1894) propone un método para caracterizar materiales

acústicamente (August fue el sucesor de renombrado físico H.Von Helmholtz como director del

Berlin Physical Institute), con base en esta herramienta se han adelantado innumerables

investigaciones desde entonces, como ejemplo se menciona a R.A.Scott en el año 1945, quien

describió un método para medir directamente la constante de propagación y obtener la impedancia

característica de un material poroso[7]. También se encuentran los estudios realizados por Zwikker

y Kosten, quienes en el año 1949 intentaron definir la propagación del sonido en materiales porosos

desde un punto de vista microscópico[8]. Como estos, en la literatura científica se evidencian

diferentes desarrollos basados en el principio del tubo de Kundt.

En los últimos años, este método se ha utilizado en la medición de coeficientes de absorción en

carreteras, con montajes in situ, lo cual permite contar con modificaciones de la herramienta clásica

y así llevar a cabo mediciones en materiales instalados, Abhishek Kumar y P Vijay Mondal en el

año 2010 hacen uso de esta herramienta de medición in situ basado en el tubo de Kundt por método

de función de transferencia descrita en la ISO 10534-2, que a la vez es propuesto ese mismo año

por la ISO 13472-2, en donde se describe una herramienta in situ como un método no destructivo,

el cual está limitado a medir el coeficiente de absorción a frecuencias bajas (250Hz-1600Hz), aun

así en este estándar se asegura que dentro de los rangos de trabajo, el método también es aplicable


en materiales acústicos que no sean superficies de carreteras , en el estudio de Kumar y Mondal se

usa esta nueva modificación in situ como lo muestra la Figura 1.

Fig. 1. Herramienta modificada basada en ISO 10534-2. Tomada de [9].

Las mediciones fueron realizadas a tres tipos de materiales de construcción de carreteras, logrando

con este método caracterizar y aprobar el uso de estos materiales, ya que cumplían con el requisito

mínimo establecido por el Reglamento 117 de la UNECE (United Nations Economic Commission

for Europe), respecto al valor del coeficiente de absorción acústica (α) de 0,1. En esta investigación

se implementaron aros de sellamiento hermético usados para evitar fugas de aire, como se muestra

en la Figura 2, además se usa una pomada para lograr una mejor adhesión [9] [10].

Fig. 2. Sellamiento hermético del sistema. Tomada de [9].


Posteriormente se encuentran trabajos que proponen un método in situ, por ejemplo, en el año 2015

científicos de la empresa Bruel & Kjaer de Dinamarca plantean en un artículo la construcción de

una nueva herramienta para ser comercializada en masa (ver Figura 3), la cual también toma como

referencia el estándar ISO 10534-2, en esta publicación comparan el método propuesto con el

desarrollado en el estándar ISO 354 (basado en cámara reverberante)[11].

Las conclusiones a las que llegaron después de estas pruebas de validación, indican que el método

de cámara reverberante mide el coeficiente de absorción a incidencia aleatoria, y esto aporta

incertidumbre en las mediciones comparativas realizadas, además tuvieron en cuenta que la

relación perímetro-área del panel en estudio afectaba la difracción de borde, también se especifica

que la validación fue comparable en frecuencias después de 2000Hz en materiales absorbentes,

mientras que en materiales poco absorbentes, la discrepancia es amplia.

Teniendo en cuenta estos antecedentes, el paso a seguir es realizar el proceso de investigación y

desarrollo de una herramienta y su respectiva metodología basada en el estándar ISO 10534-1, la

cual permita caracterizar diferentes materiales de forma in situ, llevando a cabo su construcción y

validación. Igualmente, se busca que con esta herramienta se puedan realizar mediciones in situ de

materiales no convencionales, caracterizándolos de una forma práctica y lo más importante, de

manera fiable.

Fig. 3. Ejemplar del Tubo de B&K. Tomada de [11].


VIII. MARCO TEÓRICO

A. Ondas

1) Perturbación de un medio elástico

Al producirse una vibración o movimiento en un cuerpo, las partículas que lo componen se

perturban, este movimiento produce compresión y rarefacción en el estado del cuerpo en torno a

su posición de reposo (ver Figura 4), al ocurrir esto entran diferentes fenómenos conmensurables

en acción, como la velocidad de estas partículas que no se desplazan con la perturbación, sino que

simplemente oscilan alrededor de su posición de equilibrio y la presión producida por esta

interacción, fuerza que ejercen las partículas de aire por unidad de superficie [12].

Fig. 4. Interacción entre moléculas después de una perturbación. Tomada de [12].

Al perturbar un medio elástico, como el aire o el agua, se generan regiones de partículas agrupadas

y dispersadas, esto recibe el nombre de onda de compresión y rarefacción dependiendo del estado

estas.

Compresión Rarefacción


2) Presión sonora

Es la diferencia entre la presión total instantánea en algún punto específico en el cual interactúan

las ondas sonoras y la presión atmosférica del punto [13]. La presión acústica está dada por la

unidad del pascal [Pa], y se puede encontrar diferentes maneras de definir este fenómeno de forma

matemática, he aquí dos ecuaciones en donde la ecuación (1) muestra que la variación ondulatoria

de la presión en algún punto del eje x siempre depende de la abscisa de dicho eje, y del momento

en tiempo que se estudie, y la ecuación (2) muestra el cambio de presión con relación al tiempo y

también a las distancias entre el receptor y el emisor de la fuente en estudio[14].

𝜕2𝑝

𝜕𝑥2 =1

𝑐2 ∗𝜕2𝑝

𝜕𝑡2 (Onda Plana en una dimensión) (1)

𝜕2𝑟𝑝

𝜕𝑟2 =1

𝑐2 ∗𝜕2𝑟𝑝

𝜕𝑡2 (Onda esférica) (2)

Se debe tener en cuenta que las ondas se clasifican como ondas planas o esféricas (ver figura 5)

según el frente de propagación, entonces las planas son aquellas que tienen características marcadas

en su amplitud y fase, ya que son invariables en todo plano perpendicular a la dirección de la

propagación de la onda. En cambio las ondas esféricas son aquellas que la amplitud y la intensidad

disminuyen a mayor distancia de la fuente y por esto no asumen valores constantes[15].

a) b)

Fig. 5. a).Ondas planas b) Ondas esféricas. Tomada de [15].


a) Nivel de presión sonora

Para obtener medidas comparables surge una forma de tener datos por medio del nivel de presión

sonora (NPS o SPL en inglés), antes se debe saber que el oído humano es capaz de detectar un

rango de frecuencias y niveles de amplitud, expertos llegaron a la premisa que el oído puede captar

y aguantar presiones sonoras entre 20uPa y 20Pa, construyendo así el llamado el rango de escucha,

pero si se tiene esa gama de presiones al realizar un estudio cuantitativo de estos niveles se

alcanzaría una dinámica de aproximadamente 1 a 5x106 , y esto hace que la aplicación directa

linealmente en pascales se vuelva compleja de usar[12].

Por estas y otras razones más se hace el uso de los decibelios, que son dados en una escala

logarítmica, logrando así pasar del rango anterior a niveles en dB de 0 a 135 dB, donde 0 representa

el umbral menor de audición (20Pa). Para realizar esta conversión se hace el uso de la ecuación

expresada mediante la ecuación (3), según[16]:

(3)

Donde SPL se expresa en dB, las dos variables que definen esta conversión son pe y pref, siendo la

primera la presión efectiva y la segunda la presión de referencia, la cual depende del medio en que

se propague la onda y también de la definición del umbral inferior de audición a 1KHz, que para

el caso del aire es de 20[µPa] [17].

3) Parámetros para medir fenómenos acústicos

Cuando una onda sonora se propaga en un espacio cerrado y esta termina su recorrido en una

barrera o material ubicado en este espacio, la energía de la onda que incide es reflejada, absorbida

y transmitida por el material, dependiendo de sus características, en la Figura 6 se observa

gráficamente el camino de una energía incidente (Ei) en una superficie, en la cual una energía es

reflejada (Er) y otro porcentaje es absorbido (Ea) y transmitido (Et) al otro lado de la superficie.

Igualmente, en la ecuación 4 se expresa la forma de calcular la energía incidente correspondiente.


Fig. 6. Diagrama de onda incidente. Tomada de [15].

(4)

dónde: Ei = Energía incidente

Er = Energía reflejada

Et = Energía transmitida

Ea = Energía absorbida

Esta ecuación muestra la suma energética en diferentes circunstancias, para este trabajo lo más

importante es tener clara la incidencia de la energía absorbida y reflejada, ya que esta primera

característica corresponde al objeto de estudio.

a) Absorción acústica

Son las pérdidas de energía que suceden cuando la onda incidente impacta en una superficie con

características elásticas discontinuas, así que cuantitativamente la absorción es la capacidad de

conversión de energía acústica a calor por parte de un material[12].

El coeficiente de absorción es la medida de la eficiencia de absorber sonido de una superficie o

material, y es la relación entre potencia sonora que entra en el material (sin regresar) y la potencia

sonora que incide para una onda plana a incidencia normal[18], que en términos generales se puede

representar según la ecuación (5):


𝛼 = 𝑃𝑎

𝑃𝑖= 1 − |𝑅(𝜃)|2 (5)

dónde: Pa=Potencia sonora absorbida [W].

Pi= Potencia sonora incidente [W].

R (θ)= Factor de reflexión complejo

Young señaló que existe una gran confusión en el campo de la acústica concerniente al coeficiente

de absorción, y aclara que hay dos tipos de este, uno basado en la media aritmética del coeficiente

de absorción de diversas superficies acústicamente absorbentes (representada como a), y el otro

tipo la media geométrica del coeficiente de reflexión (representada como α), su relación se muestra

en la ecuación (6).

𝑎 = −𝑙𝑜𝑔𝑒(1 − 𝛼) (6)

dónde: a=Coeficiente de absorción de Sabine.

α= Coeficiente de absorción energético.

En el desarrollo del trabajo de grado se concentrará en el coeficiente de Sabine, a, ya que este es el

más estudiado y publicado en la literatura acústica actual, sus valores están comprendidos entre 0

(material totalmente reflectante) y 1 (caso de absorción total) [12] y [19].

b) Reflexión acústica y reverberación

Reflexión. La reflexión acústica es el cambio de trayectoria de una onda cuando impacta

en una superficie (ver Figura 7), este cambio de trayectoria provoca además disminución

de amplitud de la onda incidente, todo esto dependiendo de la viscosidad del material en

cuestión.

Fig. 7. Reflexión especular. Tomada de [12]


Reverberación. Para poder medir que tanto afecta estas reflexiones en la correcta

situación acústica en un recinto se debe tener en cuenta el tiempo de reverberación, el

cual es el tiempo en que la amplitud de la onda sonora decae 60 dB por debajo del valor

inicial del sonido, su abreviatura es T60, este tiempo depende de cuan absorbente sean las

superficies del recinto, entonces si las paredes y techos son muy reflectoras T60 será alto,

y si es un recinto tratado acústicamente con superficies absorbentes T60 será bajo[20].

En la ecuación (7) se encuentra el área total del recinto en estudio, teniendo en cuenta

todas las superficies y coeficientes de absorción de los materiales del lugar, y después el

T60 es calculado por varias ecuaciones, la más conocida es la ecuación creada

empíricamente en 1900 por Wallace Clement Sabine, la correspondiente expresión

matemática es la expuesta en la ecuación (8) (despreciando la absorción del aire) [12]:

𝐴𝑡𝑜𝑡 = ∝1 𝑆1 +∝2 𝑆2 + ⋯ ∝𝑛 𝑆𝑛 (7)

(8)

dónde: V=Volumen del recinto

A= Área total del recinto

En la ecuación (8) se considera el volumen del recinto (V) y la absorción total (Atot) del

mismo hallada previamente, esta ecuación también puede ser dada teniendo en cuenta la

atenuación o absorción del aire en el recinto la cual se calcula mediante la ecuación (9).

𝑅𝑇 =0.161 𝑉

ᾱ 𝑆𝑡𝑜𝑡 (9)

dónde: V=Volumen del recinto.

ᾱ= Coeficiente de absorción total de la superficie del recinto.

Stot=Superficie total del recinto.


c) Ondas estacionarias

Las ondas estacionarias se producen por la interferencia de dos ondas de frecuencia idénticas pero

con sentido opuesto en su propagación. En la Figura 8 se observa como una onda en una cuerda se

refleja en un extremo fijo a una pared (lado izquierdo), donde refleja e interfiere con la onda

incidente.

Fig. 8. Ondas incidente y reflejada. Tomada de [13].

Por la ley de acción-reacción, el final rígido produce una fuerza en la onda y esto genera que la

onda reflejada tenga un cambio de signo con respecto al incidente, es decir que estarán en

contrafase, la expresión de esta onda incidente está expuesta en la ecuación (10)[13]:

𝜉𝑖 = 𝜉0𝑖𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 + 𝑘𝑥). (10)

Y para la onda que es reflejada, se expresa en la ecuación (11):

𝜉𝑟 = 𝜉0𝑟𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥). (11)

donde: 𝜉𝑖=Onda incidente

𝜉𝑟= Onda reflejada

Teniendo el coeficiente de reflexión que es -1 y teniendo 𝜉0𝑟 = −𝜉0𝑖 .

𝜉𝑟 = −𝜉0𝑖𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥) = 𝜉0𝑖𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥 ± 𝜋). (12)

Ahora

𝜉 = 𝜉𝑖 + 𝜉𝑟 = 𝜉0𝑖𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 + 𝑘𝑥) + 𝜉0𝑟𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥) = 𝜉0𝑖[𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 + 𝑘𝑥) − 𝑠𝑒𝑛(𝜔𝑡 − 𝑘𝑥)]. (13)

Aplicando identidades trigonométricas

𝜉𝑒 = 2𝜉0𝑖𝑠𝑒𝑛(𝑘𝑥)cos (𝜔𝑡) (14)


Propagación de ondas sonoras en un cilindro o tubo. Al generar ondas en un cilindro

hueco, con final rígido e inicio de un transductor de sonido, se generan ondas

estacionarias debido a la superposición que se presenta entre la onda incidente y la

reflejada, esta condición de onda estacionaria se da gracias a que cuando hay dos paredes

separadas por una distancia dada y una fuente de sonido entre ellas irradia sonido en una

frecuencia específica, el frente de onda golpea la derecha, esta se refleja de nuevo en la

fuente, golpeando la pared izquierda donde se refleja de nuevo a la pared derecha, y así

sucesivamente[21] y [22].

La presión y velocidad de partícula al interior de este se expresa mediante las ecuaciones

(15) y (16):

(𝑥) = 0sin 𝑘(𝑙−𝑥)

sin 𝑘𝑙 (15)

𝑝(𝑥) = 𝑗𝜌0𝑐𝑢0cos 𝑘(𝑙−𝑥)

sin 𝑘𝑙 (16)

donde: 𝑢0= Velocidad del sonido (m/s)

l=Longitud del tubo

Modos normales de vibración en tubos abiertos y cerrados. Si un tubo es abierto, en

los extremos de este se observa una vibración del aire con su máxima amplitud, en la

Figura 9 se observan los tres primeros modos normales en un tubo abierto.

Fig. 9. Modos de tubo abierto. Tomado de [23]


Entonces la longitud del tubo es dada por la ecuación (17) y considerando la ecuación

(18), los modos de vibración son hallados mediante la ecuación (19).

𝐿 =𝑛𝐼

2 (17)

𝐼 =𝑐

𝑓 (18)

𝑓 =𝑛

2∗

𝑐

𝐿 n=1, 2,3… (19)

dónde: 𝑓 = 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑚𝑜𝑑𝑜.

𝑐 = 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑛𝑖𝑑𝑜.

𝐿 = 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜.

Si se tiene el tubo cerrado solo en un extremo (ver Figura 10), la longitud del tubo es

ahora la ecuación (20), y ahora los modos de vibración se encuentran por la ecuación

(21)[23].

𝐿 =(2𝑛+1)𝐼

4 (20)

𝑓 =2𝑛+𝑐

2𝐿 n=1, 2,3… (21)

B. Herramienta de medición y materiales

1) Tubo de Kundt según la ISO 10534-1

El tubo de Kundt es la herramienta escogida para medir, la cual tiene su metodología estandarizada

en la ISO 10534-1 del año 1996 en donde se explica el método del rango de onda estacionaria [6].

Fig. 10. Modos de tubo cerrado. Tomada de [23]


El tubo de impedancia o tubo de Kundt, consta de un tubo rígido cilíndrico donde el sonido se

propaga en dirección axial del tubo. Cuando una onda plana es incidente normalmente en el límite

entre dos materiales, puede ser calculada la intensidad de la onda reflejada partiendo de sus

impedancias.

La Figura 11 muestra el montaje para el procedimiento con el tubo de impedancia y la aparición

de ondas estacionarias. El dispositivo permite obtener el coeficiente de absorción y reflexión

complejo cuando una onda incide de forma normal al material en estudio.

Fig. 11. Representación de medición con tubo de Kundt. Tomada de [20].

El principio dice que se debe ubicar una muestra del material al final del tubo. Un altavoz en el

otro extremo genera tonos puros a ciertas frecuencias, produciendo una onda plana que se propaga

hasta el material, la cual es absorbida por el mismo o reflejada de acuerdo a las propiedades físicas

del espécimen, lo que crea interferencia entre la onda incidente y reflejada. Dicha interferencia

produce ondas estacionarias dentro del tubo, que mediante rastreo con un micrófono de presión, se

pueden obtener las distancias en las que se ubican los máximos y mínimos de presión, y así se

puede obtener el coeficiente de absorción para incidencia normal haciendo uso de la ecuación (22)

[6].

𝛼𝑛 = 1 − (𝑙𝑜𝑔−1(

𝐿

20)−1

𝑙𝑜𝑔−1(𝐿

20)+1

)

2

(22)

dónde: 𝐿 = Diferencia en decibeles entre el máximo y el mínimo SPL de la onda estacionaria.


2) Características del tubo

El tubo debe ser recto y con paredes rígidas y no porosas, puede hacerse uso de materiales rígidos

como metal, concreto o tubos ranurados de policloruro de vinilo no plastificado (PVC).

Para definir las frecuencias de trabajo en esta herramienta debe saberse que la longitud es

directamente proporcional al número de frecuencias deseadas para trabajar, donde tenemos que

(𝑓𝑙 < 𝑓 < 𝑓𝑢), (Donde 𝑓𝑙: 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑖𝑛𝑓𝑒𝑟𝑖𝑜𝑠, 𝑓𝑢 = 𝐹𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑙𝑖𝑚𝑖𝑡𝑒 𝑠𝑢𝑝𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟). A

fin de poder medir al menos dos mínimos y un máximo, entonces para encontrar la longitud mínima

del tubo la sección de ensayo debe ser (según ecuación (23)):

𝑙 ≥ 3𝜆0/4 (23)

dónde 𝑙 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 .

𝜆0 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎.

El altavoz usado para generar los tonos puros o frecuencias, generalmente produce ondas de orden

superior además de la onda plana deseada, estas ondas pueden eliminarse a lo largo de una distancia

tres diámetros del tubo o tres veces la dimensión lateral máximo. Entonces, el tubo debe evitar

gamas de posibles modos superiores, por lo que la longitud entre la cara de la muestra y el altavoz

esta también relacionada con la frecuencia límite inferior del intervalo de frecuencias escogidas

para trabajar y esa relación se da en la ecuación (24)[6]:

𝑙 ≥250

𝑓+ 3𝑑 (24)

dónde: 𝑙=Longitud (m).

𝑓= Frecuencia (Hz).

𝑑=Diametero interior o longitud lateral máxima (m).

Ahora para la definición del largo de la herramienta se debe tener en cuenta el diámetro del tubo

usado, y este diámetro es dado por la ecuación (25):

𝑑 ≤ 0,5𝜆0 (25)


donde 𝑑 = 𝑑𝑖𝑎𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒𝑙 𝑡𝑢𝑏𝑜 .

𝜆0 = 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎.

3) Otros estándares a tener en cuenta

ISO 354 "Acústica - Medición de absorción sonora en sala reverberante": Este

estándar internacional describe un método para medir el coeficiente de absorción acústica

de materiales acústicos utilizados en tratamientos de paredes o techos, o el área

equivalente de absorción acústica de objetos, como muebles o personas, en una cámara

reverberante. Método que ofrece coeficientes absorción a incidencia aleatoria[5].

ISO 13472-2 “Acústica – Medición de las propiedades de absorción sonora de

superficies viales in situ”: Este estándar especifica el método de medición in situ de

coeficiente de absorción de superficies para carreteras a incidencia normal, este método

es no destructivo y está limitado a solo funcionar en superficies de poca absorción, está

basado en el uso de un tubo de impedancia que cubre 0,008 m2 y un rango de frecuencia

en bandas de un tercio de octava, de 250Hz a 1600Hz, este tubo está basado en la ISO

10534-2 [10].

ISO 10534-2 “Acústica – Determinación del coeficiente de absorción e impedancia

en tubos de impedancia. Parte 2: Método de función de transferencia”: En este

estándar el método expuesto hace uso de un tubo de impedancia, dos micrófonos y un

sistema digital analizador de frecuencias, y es usado para hallar las características de

absorción a incidencia normal de materiales. Este método se diferencia a la especificada

en la ISO 10534-1, ya que en este tipo de medición, las ondas planas son generadas en el

tubo por una fuente de sonido, y la descomposición del campo interferencial se realiza

mediante la medición de presión en dos posiciones fijas, usando micrófonos montados en

la pared del tubo, y se calcula la función de transferencia acústica compleja, este método

ofrece un tiempo más corto que la expuesta en la primera parte de este estándar[24].


4) Materiales

Un material absorbente es aquel que es capaz de absorber la mayor parte de la energía acústica

emitida sobre él, el poroso es el más usado y es aquel que posee canales intercomunicados

que recorren desde la superficie donde incide la onda sonora hacia su interior, como se

muestra en la Figura 12[25].

Fig. 12. a) Material liso, b) Material rugoso, c) Material Poroso. Tomada de [25].

Algunas propiedades del material poroso son:

Resistividad al flujo. Es la cantidad de aire que puede pasar a través de un material poroso

dependiendo de la resistencia de paso por este, esto refleja la cantidad de energía acústica

que puede ser atenuada a causa del efecto que produce la superficie del material, se puede

calcular con la siguiente ecuación(26):

σ =ΔP

U . d (26)

dónde: d = Grosor del material

U = Velocidad de flujo media constante

ΔP = Caida de presión

Porosidad. Relación del volumen total de poros contra el volumen total del panel absortor,

no se tienen en cuenta los poros cerrados ya que el aire no puede cruzar a través de ellos.


Factor de forma y dimensiones. la forma y dimensión de los poros en un panel absorbente

poroso influye mucho en sus características acústicas, variadas formas de estos cambian

la respuesta térmica de los materiales y también efecto viscoso.

Tortuosidad. Es dado por la orientación de los poros en relación con el sonido que incide,

y esto afecta la propagación del sonido.

C. Diseño de experimentos

1) Términos estadísticos: Media y Varianza

Media. La media (µ) de una distribución de probabilidad es una medida de la tendencia

central o su localización matemáticamente, está también se puede expresar en términos de

valor esperado o valor promedio a lo largo de la variable aleatoria y esta se define mediante

la ecuación (27)[26]:

µ = 𝑬(𝒚) = ∫ 𝒚𝒇(𝒚)𝒅𝒚 𝐲 𝐜𝐨𝐧𝐭𝐢𝐧𝐮𝐚

∞

−∞

∑ 𝒚𝒑(𝒚)𝒕𝒐𝒅𝒂 𝒚 𝐲 𝐝𝐢𝐬𝐜𝐫𝐞𝐭𝐚 (27)

dónde: E = denota el operador de valor esperado.

Varianza. La varianza puede medir la variabilidad o dispersión de una distribución de

probabilidad y se define mediante la ecuación (28):

𝝈𝟐 = ∫ (𝒚 − µ)𝟐𝒇(𝒚 )𝒅𝒚 𝐲 𝐜𝐨𝐧𝐭í𝐧𝐮𝐚

∞

−∞

∑ (𝒚 − µ)𝟐𝒑(𝒚 )𝒕𝒐𝒅𝒂 𝒚 𝐲 𝐝𝐢𝐬𝐜𝐫𝐞𝐭𝐚 (28)


2) Hipótesis

Hipótesis estadística se define como una afirmación o enunciado ya sea acerca de los parámetros

de una distribución probabilística o de parámetro de un modelo estadístico, esta refleja alguna

conjetura acerca del problema estudiado, y se puede enunciar de la siguiente manera (ver ecuación

(29):

𝐻0: µ1 = µ2 (Hipótesis nula)

𝐻1: µ1 ≠ µ2 (Hipótesis alternativa) (29)

Uso de valores P en la prueba de hipótesis. El valor P es la probabilidad de que el

estadístico en estudio tome un valor que sea al menos tan externo como el valor encontrado

del estadístico cuando H0 es verdadera. Entonces, un valor P arroja mucha información

acerca del peso de la evidencia en contra de H0 y por esto, el responsable de la investigación

puede llegar a una conclusión con cualquier nivel de significación especificado, En

resumen, el valor P se define como el nivel de significación menor que llevaría a rechazar

la hipótesis nula H0.

3) Diseños Factoriales

En muchos experimentos intervienen el estudio de efectos de dos o más factores, y es ahí donde

los diseños factoriales son más eficientes, diseño factorial quiere decir que en cada ensayo o replica

completa del experimento planteado se analizan todas las posibles combinaciones de los niveles de

los factores en estudio. Por ejemplo, si el factor 1 tiene A niveles y el factor 2 tiene B niveles, cada

réplica contiene todas las AB combinaciones de los tratamientos.

Diseños Factoriales con niveles mixtos. Para una correcta comparación del método

estandarizado y el método con la herramienta modificada para que sea funcional in situ,

se deben realizar una serie de experimentos formulados por un método de diseño de


experimentos estadísticos, en este caso se usara el método de diseño factorial con niveles

mixtos. En este método de diseño factorial se tienen dos o más factores con niveles de dos

o más opciones[26].


IX. METODOLOGÍA

En seguida se muestra la metodología que se siguió para alcanzar los objetivos propuestos en este

trabajo de grado, el cual consistió en desarrollar y construir una herramienta basada en el estándar

ISO 15034-1. La metodología se describe mediante un diagrama de bloques mostrado en la Figura

13, en él se especifica el orden de actividades realizadas para cumplir con el proyecto.

Se comenzó con la fase 1 que constó de la consolidación del estado del arte final, verificando y

consiguiendo documentación como E-books, estándares ISO, bibliografía y artículos de revistas

indexadas, y se continuo con la fase 2, en la cual se seleccionaron los tipos de materiales que serían

usados durante todo el estudio, se prosiguió con la fase 3, donde se organizó y programó las

diferentes mediciones, con sus respectivas metodologías de realización, después en la fase 4 por

medio de métodos estadísticos se procedió a validar la herramienta desarrollada, y por último en la

fase 5 se midieron materiales in situ.

Fig. 13. Metodología a seguir.


A. Materiales escogidos para estudio

Para la validación de la herramienta a construir, se seleccionan tres tipos de materiales usados

ampliamente en la industria de la acústica, los cuales son:

TIPO 1 (Frescasa Eco)

TIPO 2 (Blacktheater)

TIPO 3(Lowsound)

En seguida se realiza la descripción de cada uno de ellos, indicando sus características más

importantes.

Material TIPO 1 (Frescasa Eco®)

Material compuesto por lana de vidrio de textura suave, en forma de rollos flexibles (ver Figura

14), usado para aislamiento acústico y térmico, este tipo de material es una manta de celda abierta,

por lo que absorbe entre sus cavidades ruido y reduce su intensidad, además disminuye y mantiene

los valores constantes de temperatura[27].

Este tipo de presentación de la fibra de vidrio es usada como aislamiento interno de cubiertas,

techos y paredes de edificaciones como: bodegas, laboratorios, mercados, recintos multipropósitos,

entre otros.

Fig. 14. Frescasa Eco 3½. Tomada de [27].


La presentación escogida en este caso es la de 3½ de pulgada, y el desempeño acústico especificado

por el fabricante de este material, es dado en una tabla de coeficientes de absorción por frecuencias

por bandas de octava, y estos datos son medidos en un montaje basado en el estándar ISO 354,

donde se especifica una metodología de medición a incidencia aleatoria de absorción sonora en

sala reverberante[27].

TABLA 1. COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL TIPO 1 FRESCASA ECO 3½ (PROVISTA POR

FIBERGLASS ®) [27].

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

Coef. Absorción 0,34 0,85 1,09 0,97 0,97 1,12

Material TIPO 2 (Black Theater®)

Como se muestra en la Figura 15, este material está compuesto por un cuerpo en fibra mineral de

vidrio biosoluble aglomerado con resina termo resistente, este tipo de material tiene un

recubrimiento semirrígido de color negro mate, también en fibra de vidrio[28].

Esta presentación fue diseñada para aplicaciones acústicas, usada más que todo en cines, salas de

concierto, estudios de grabación, teatros, entre otros, ya que tiene excelentes propiedades de

resistencia, durabilidad y control lumínico, igualmente se encuentra instalada en cielos rasos[28].

La presentación escogida en este caso es la de 2“pulgadas, y el desempeño acústico especificado

por el fabricante de este material se muestra en la tabla 2 de coeficientes de absorción por

Fig. 15. BlackTheater 2”. Tomada de [28].


frecuencias por bandas de octava, y estos datos son medidos en un montaje basado en el estándar

ISO 354, donde se especifica una metodología de medición a incidencia aleatoria de absorción

sonora en sala reverberante.

TABLA 2. COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL TIPO 2 BLACKTHEATER® 2” (PROVISTA

POR FIBERGLASS ®) [28].

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

Coef. Absorción 0,18 0,71 1,12 1,03 1 1

Material TIPO 3 (Low Sound®)

Se trata de un material compuesto por poliuretano de celda abierta con altos niveles de absorción

acústica[29]. (Ver Figura 16).

Esta presentación fue diseñada para aplicaciones acústicas, usada más que todo en revestimiento a

la vista, en ambientes ruidosos en general como salas de máquina, salas de ensayo, gimnasios,

estudios de grabación, entre otros[29].

Este tipo de material tiene una densidad de 35 Kg/m2, y el fabricante provee los coeficientes de

absorción mostrados en la tabla 3.

TABLA 3. COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DEL MATERIAL TIPO 3 LOWSOUND 1,4” (PROVISTA POR

ACUSTEC®) [29].

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

Coef. Absorción 0,14 0,21 0,49 0,81 0,76 0.86

Fig. 16. LowSound 1,4”. Tomada de [29].


B. Metodología de construcción

Para la correcta construcción del tubo de Kundt in situ se siguieron diferentes pasos, cuyo diagrama

de bloques se muestra en la Figura 17, la cual especifica las fases de construcción. Cada uno de los

pasos se explica a continuación.

Modelo escogido

Para iniciar se consideraron tres opciones de montaje de altavoz tomados del estándar ISO 10534-

1 los cuales se muestran en la Figura 18, siendo el modelo de terminación en forma de codo (Figura

18c) el escogido para el proyecto, debido a su rápida y sencilla construcción con materiales de fácil

consecución.

Escoger modelo

según ISO 10534-1.

Cálculo de frecuencias de

trabajo del Tubo de Kundt

Construcción de codo y

orificio de la sonda

microfónica.

Construcción de tubo y

boquilla.

Construcción del módulo de

altavoz y amplificador de

potencia.

a)

b)

c)

Fig. 17. Diagrama de bloques de construcción.

Fig. 18. Modelos de altavoz según estándar ISO 10534-1: a) Diseño de terminación con altavoz

situado en el eje, b) Diseño de terminación de altavoz inclinado y c) Diseño de terminación en

forma de codo. Tomada de [24].


Cálculo de tamaño y frecuencias de trabajo del tubo de Kundt in situ

Para el cálculo del rango de frecuencias a las que el tubo trabaja se hace uso de las ecuaciones (23)

y (24), y así se obtuvo la longitud y diámetro del tubo, los cuales se muestran en la tabla 4.

TABLA 4. RANGO DE FRECUENCIAS DE TRABAJO DEL TUBO DE KUNDT IN SITU CONSTRUIDO.

Frecuencias de trabajo(Hz) Diámetro (cm) Longitud(cm)

355-2900 6,0 70,4

Construcción de la terminación en forma de codo

Para la elaboración de la terminación en forma de codo, se utilizó material PVC de conexión marca

PAVCO®, después se prosiguió con la elaboración del orificio para la introducción de la sonda

microfónica como se visualiza en la Figura 19.

Fig. 19. Orificio para la sonda microfónica.


Construcción de tubo y boquilla de sellamiento

En seguida, para la elaboración del tubo, se usó un tubo de poli cloruro de vinilo no plastificado o

PVC con diámetro de 6cm (ver Figura 20), al cual se le hizo un corte para obtener la longitud

calculada anteriormente, igualmente, se construyó una boquilla en poliisopreno conocido como

caucho, para un mayor sellamiento hermético, evitando así posibles fugas de aire, como lo muestra

la Figura 21.

Construcción del transductor y módulo de amplificación

En el proceso de elección del altavoz se tuvieron en cuenta el tamaño y la respuesta en frecuencia

del mismo, ante lo cual se seleccionó el altavoz de referencia LS52W-6 R4 (ver Figura 22), con

una respuesta en frecuencia entre 125Hz y 20000Hz, bobina de 13,28mm, impedancia de 4Ω y 3W

de potencia, para más información acerca del altavoz ver Anexo 5.

a)

b)

Fig. 20. Boquilla hermética de poliisopreno.

Fig. 21. Tubo de 6cm de diámetro PAVCO®.

Fig. 22. a) Altavoz LS52W-6 R4 cono, b) Altavoz parte trasera con especificaciones.


De igual manera para lograr una portabilidad completa, se implementó un módulo de amplificación

alimentado con batería de litio, que ofrece un potenciómetro de nivel, salidas estéreo de 2.5W,

entrada TRS de 35mm y módulo de carga tipo Small Pin, como se observa en la Figura 23.

Para encapsular este módulo y altavoz se empleó una unión universal en PVC y así se logró tener

un módulo extraíble y portátil, el resultado final se observa en la Figura 24.

Fig. 23. Módulo de amplificación de potencia.

Fig. 24. Resultado final del módulo de amplificación y altavoz.


Después de la construcción del módulo de amplificación y altavoz (ver Figura 25), se realizó por

medio de la medición de respuesta al impulso del altavoz, el respectivo cálculo de la respuesta en

frecuencia utilizando el software Aurora®, plugin de Audacity®, para así validar que con la

respuesta en frecuencia del módulo se cubriría el rango de frecuencias del tubo de Kundt

construido, la respuesta y los límites de trabajo del tubo se observan en la Figura 26.

El resultado final de la etapa de construcción y pintado, es un tubo de Kundt con modalidad in situ,

para la medición de coeficientes de absorción de materiales a incidencia normal, basado en el

estándar ISO 10534-1, como se observa en la Figura 27.

Fig. 27. A) Herramienta con diseño final, b) Diseño boquilla final.

a)

b)

Fig. 26. Respuesta en frecuencia del montaje del altavoz. Fig. 25. Módulo de amplificación y altavoz.


C. Metodología de medición

En la etapa de medición, se realizaron las pruebas de coherencia entre las dos herramientas: el tubo

de Kundt construido en este proyecto (Kundt in situ) y el tubo de Kundt clásico provisto por la

Universidad de San Buenaventura (Kundt), lo anterior fue guiado por el diseño de experimentos

aleatorizado mediante un software estadístico el cual generó 18 medidas con los diferentes

materiales y herramientas, como se muestra en la tabla 5.

TABLA 5. DISEÑO DE EXPERIMENTOS ALEATORIZADO.

MEDICIÓN HERRAMIENTA MATERIAL

1 KUNDT INSITU TIPO 3



4 KUNDT TIPO 3

5 KUNDT TIPO 1

6 KUNDT TIPO 1



9 KUNDT TIPO 1

10 KUNDT TIPO 2


12 KUNDT TIPO 2

13 KUNDT TIPO 3

14 KUNDT TIPO 2


16 KUNDT TIPO 3



Se escogió el modelo de un diseño factorial completo mixto, ya que se contó con dos factores, los

cuales fueron: las herramientas de medición y los materiales en estudio, el primer factor de dos

niveles y el segundo de tres niveles, además, se realizaron tres réplicas que son ejecuciones

experimentales con la misma configuración de factor (niveles), el orden de combinaciones fue

aleatorizado por un software estadístico y se tomaron datos por frecuencias (500Hz, 1000Hz,

2000Hz y 4000Hz). En seguida se describen las diferentes mediciones realizadas y los datos

obtenidos.


a) Datos de mediciones

Fecha de medición. 25/10/2018 y 26/10/2018.

Horario de medición. 8:00am – 12:00pm y 2:00pm – 6:00pm.

Lugar. Universidad de San Buenaventura Medellín (San Benito).

Salón. Estudio B (Rec room).

1) Medición con Tubo de Kundt clásico (provisto por la Universidad de San Buenaventura)

a) Herramientas usadas y montaje (ver Figura 28):

Herramientas usadas:

Sonómetro CESVA SC310 y extensor de micrófono.

Tubo de Kundt (ISO 10534-1) de la Universidad de San Buenaventura.

Interfaz de audio M-audio “Mobil Pre”.

Potencia CROWN XLS 5000.

Software generador de ondas.

Montaje:

Fig. 28. Esquema de conexión del tubo de Kundt clásico.

Para la medición con el tubo de Kundt clásico se usó la herramienta provista por la Universidad de

San Buenaventura, el cual consiste en un tubo con caja acústica para el transductor, orificio para la

sonda microfónica y porta muestras hermético (ver Figura 29). El rango de frecuencias de trabajo

Ó


de este tubo es: 172Hz-2500Hz, para más información al respecto se recomienda revisar el Anexo

4.

a) Procedimiento de Medición

Al tener las muestras de los tres tipos de materiales en estudio (ver Figura 30), se siguió con las

mediciones en el orden según la tabla 5, se colocaron las muestras en el porta muestras como lo

ilustra la Figura 31, y por medio de inspección con la sonda microfónica se midieron manualmente

los máximos y mínimos de las ondas estacionarias formadas al interior del tubo dependiendo de

las frecuencias.

Por medio de inspección con la sonda microfónica se realizaron las medidas del nivel SPL y las

distancias entre máximos y mínimos (ver Figura 32).

Fig. 29. Tubo de Kundt clásico.

Fig. 30. Materiales Tipo 1,2 y 3. Fig. 31. Montaje de material en porta muestras.


2) Medición con Tubo de Kundt in situ (Construido para este proyecto)

a) Herramientas usadas y montaje (ver Figura 33):

Herramientas usadas.

Sonómetro CESVA SC310 y extensor de micrófono.

Tubo de Kundt in situ.

Interfaz de audio M-audio “Mobil Pre”.

Módulo de amplificador y altavoz.

Software generador de ondas.

Montaje:

Fig. 33. Esquema de conexión del tubo de Kundt in situ.

Fig. 32. Inspección con sonda microfónica.


Para la medición con el tubo de Kundt in situ desarrollado y construido, se hizo el montaje del

sistema, instalando el micrófono del sonómetro en la sonda microfónica e introduciéndola a través

de la terminación en codo, se instaló el cable de 3.5 mm para envío de señal al sistema del altavoz

(ver Figura 34).

b) Procedimiento de Medición

Se toman las muestras de los tres tipos de materiales en estudio (ver Figura 35), se siguió con las

mediciones en el orden según la tabla 5, se colocaron las muestras en el piso como lo ilustra la

Figura 36, y se ubicó la boquilla hermética del tubo encima de ellos, posteriormente, por medio de

inspección con la sonda microfónica, se midieron manualmente los máximos y mínimos de las

ondas estacionarias formadas al interior del tubo dependiendo de las frecuencias.

Fig. 34. Tubo de Kundt in situ.

Fig. 35. Materiales Tipo 1,2 y 3. Fig. 36. Montaje de material y tubo in situ.


3) Medición de coeficientes de absorción en materiales no convencionales

Después de realizar las pruebas de coherencia con materiales usados comúnmente en la industria

de la acústica, como última actividad se procedió a realizar medidas de coeficientes de absorción

en materiales no convencionales, en particular sobre estos tres: corcho, tierra y acrílico, los dos

primeros se midieron de nuevo empleando los dos tubos con el objetivo de volver a verificar la

coherencia de los resultados anteriormente encontrados (ver Figuras 37 y 38), y para el caso del

acrílico, sus coeficientes de absorción fueron medidos de forma in situ en el aula 301F de la

Universidad de San Buenaventura seccional Medellín, sede San Benito, a un tablero hecho de este

material (ver Figura 39).

Fig. 37. Muestras de materiales no convencionales.

Fig. 38. Medición con muestras de tierra.

Fig. 39.Medición in situ del acrílico.


X. RESULTADOS

A. Resultados obtenidos en la validación de coherencia entre herramientas

En la tabla 6 se muestran los resultados de cada una de las mediciones realizadas con fines

investigativos. Después de haber medido los máximos y mínimos de las ondas estacionarias

formadas (ver Anexo 1) con las dos herramientas (Kundt in situ y clásico), se realiza un proceso

de obtención de los coeficientes de absorción con el código desarrollado en Matlab™ R2016b (ver

Anexo 2) cuya metodología estadística fue descrita anteriormente.

TABLA 6. RESULTADOS DE LA MEDICIÓN DE COEFICIENTES DE ABSORCIÓN, CON LAS DOS

HERRAMIENTAS.

MEDICIÓN HERRAMIENTA MATERIAL

Coeficientes de Absorción

Frecuencia (Hz)

500 1000 2000 4000*

1 KUNDT INSITU TIPO 3 0,4537 0,9762 0,822 0,8976



4 KUNDT TIPO 3 0,4267 0,9869 0,63 0,9467

5 KUNDT TIPO 1 0,8414 0,9727 0,8535 0,9333

6 KUNDT TIPO 1 0,8337 0,9746 0,8459 0,9534



9 KUNDT TIPO 1 0,8339 0,998 0,8756 0,9516

10 KUNDT TIPO 2 0,2223 0,5442 0,8462 0,9223


12 KUNDT TIPO 2 0,1958 0,5183 0,8862 0,9266

13 KUNDT TIPO 3 0,4586 0,9916 0,6786 0,9355

14 KUNDT TIPO 2 0,2369 0,5265 0,8305 0,9466


16 KUNDT TIPO 3 0,4162 0,9882 0,6653 0,9335


18 KUNDT INSITU TIPO 3 0,4287 0,9626 0,8148 0,8876 Nota*: 4000Hz (se ensaya medir esta frecuencia para entrega de valores más amplios).


1) Procesamiento estadístico de resultados.

a) Comparación de coeficientes de absorción promedio de las dos herramientas

Se realizó el promedio de resultados por material, y esto por cada herramienta, para así obtener una

visualización más clara de las discrepancias entre las dos herramientas (ver figuras 40, 41 y 42),

además se midió el porcentaje de error relativo estadístico entre las herramientas utilizadas por

frecuencia (ver tablas 7, 8 y 9).

Fig. 40. Comparación de resultados promediados de las dos herramientas. Material TIPO 1.

Fig. 41.Comparación de resultados promediados de las dos herramientas. Material TIPO 2.

0,70000

0,75000

0,80000

0,85000

0,90000

0,95000

1,00000

500

CO

EFIC

IEN

TE D

E A

BSO

RC

IÓN

FRECUENCIAS (HZ)

TIPO 1Comparación de Promedio: Coeficientes vs Frecuencias

KUND INSITU KUNDT

1000 2000 4000

0,2000

0,4000

0,6000

0,8000

1,0000

500

CO

EFIC

IEN

TE D

E A

BSO

RC

IÓN

FRECUENCIAS (HZ)


KUNDT INSITU KUNDT

1000 2000 4000


Fig. 42. Comparación de resultados promediados de las dos herramientas. Material TIPO 3.

Asimismo, en las tablas 7 a la 9 se consignan los resultados del cálculo de los errores para los

diferentes materiales empleando las dos herramientas.

TABLA 7. ERROR DESPUÉS DE COMPARACIÓN DE DATOS DE LAS DOS HERRAMIENTAS (TIPO 1).

TABLA 8. ERROR DESPUÉS DE COMPARACIÓN DE DATOS DE LAS DOS HERRAMIENTAS (TIPO 2).

TABLA 9. ERROR DESPUÉS DE COMPARACIÓN DE DATOS DE LAS DOS HERRAMIENTAS (TIPO 1)

0,4000

0,5000

0,6000

0,7000

0,8000

0,9000

1,0000

500

CO

EFIC

IEN

TE D

E A

BSO

RC

IÓN

FRECUENCIA (HZ)


KUNDT IN SITU KUNDT

TIPO 1

Frecuencia (Hz) Error (%)

500 11,121

1000 5,476

2000 18,071

4000 0,856

TIPO 2


500 43,202

1000 23,675

2000 7,108

4000 3,845

TIPO 3


500 1,803

1000 1,962

2000 19,327

4000 5,346

1000 2000 4000


b) Graficas de cajas y valores P

Se realizaron las gráficas de bigotes o cajas estadísticas (ver Figuras 43, 44, 45 y 46), ya que estas

sirven para evaluar y comparar la forma, la tendencia central y la variabilidad de las distribuciones

de la muestra, en este caso, las variaciones de la media en cada herramienta y sus respectivos

resultados organizados por materiales[26].

HERRAMIENTAS

MATERIALES

KUNDT INSITUKUNDT

TIPO 3TIPO 2TIPO 1TIPO 3TIPO 2TIPO 1

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

50

0 H

z

Gráfica de caja de 500Hz

HERRAMIENTAS

MATERIALES

KUNDT INSITUKUNDT


1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

10

00

Hz

Gráfica de caja de 1000 Hz

HERRAMIENTAS

MATERIALES

KUNDT INSITUKUNDT


1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

20

00

Hz


HERRAMIENTAS

MATERIALES

KUNDT INSITUKUNDT


1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

40

00

Hz


Fig. 43.Gráfica de caja (500Hz). Fig. 44.Gráfica de caja (1000Hz).

Fig. 45. Gráfica de caja (4000Hz). Fig. 46.Gráfica de caja (2000Hz).


Además se calcula el valor P para cada frecuencia lo cual ayuda al análisis, ya que este valor es

una medida de la fuerza de la evidencia en los datos en contra de H0 (Ver Tabla 10)[30].

TABLA 10. VALORES P ESTADISTICOS.

B. Coeficientes de absorción de materiales no convencionales medidos con Tubo de Kundt in

situ construido

En las tablas 11, 12 y 13 se muestran los resultados de los coeficientes de absorción medidos en

los diferentes materiales empleando el tubo de Kundt in situ.

TABLA 11. COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DEL CORCHO.

TABLA 12. COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DE LA TIERRA.

TABLA 13. COEFICIENTES DE ABSORCIÓN DEL ACRÍLICO.

VALORES P; α = 0,05

Frecuencia

(Hz)

Valor

P

500 0,029

1000 0,414

2000 0,003

4000 0,304

CORCHO

Fr (Hz) 500 1000 2000 4000

Coef 0,20505 0,21655 0,1943 0,49565

TIERRA

Fr (Hz) 500 1000 2000 4000

Coef 0,62705 0,5639 0,8146 0,6909

ACRÍLICO

Fr (Hz) 500 1000 2000 4000

Coef 0,2874 0,12 0,212 0,4545


XI. DISCUSIÓN

La discusión sobre el desarrollo del trabajo realizado respecto a los resultados obtenidos se dividirá

en dos partes, en la primera se tratará lo relacionado con el protocolo seguido para la construcción

de la herramienta in situ desarrollada. Igualmente, se incluye el proceso de medición con esta

misma herramienta y la clásica provista por la Universidad de San Buenaventura, la segunda parte

consta del análisis de los resultados de las mediciones a incidencia normal de las dos herramientas

puestas en comparación y se analizará la discrepancia calculada entre las mismas.

Con respecto a la construcción de la herramienta, el estándar ISO 10534-1 propone un proceso de

construcción, el cual se considera difícil de realizar empleando los materiales exactos allí

indicados, sin embargo se logró construir un ejemplar con las características requeridas, incluyendo

el largo, el diámetro del tubo, la terminación para el transductor de sonido y la boquilla empleando

materiales comunes (tubos PVC), la herramienta obtenida puede ser usada de forma fácil y portátil,

lo que ayuda a realizar una toma de datos más estable. En cuanto a las mediciones con estos dos

métodos (Kundt clásico e in situ) es importante mencionar que estas se realizaron en espacio

controlado para evitar que agentes externos afecten significativamente el proceso de medición.

Al revisar las Figuras 39, 40 y 41 que proveen una comparación del promedio por frecuencia de

las dos herramientas, se observan claras diferencias entre los dos métodos, no obstante, se evidencia

una tendencia similar en el comportamiento de las mismas, lo cual permite inferir que la

herramienta construida está trabajando correctamente, pero que aún requiere de posibles ajustes

(por ejemplo: mejor boquilla) para la consecución de resultados más cercanos a la herramienta

clásica.

Asimismo, al realizar la comparación estadística entre el tubo de Kundt clásico y el tubo de Kundt

in situ construido se obtiene una diferencia estadística significativa, lo que permite concluir que

con las dos herramientas es factible conseguir resultados diferentes en frecuencias como 1000 Hz

y 4000Hz, en donde sus valores P superan al nivel alfa (α = 0,05), número que indica el porcentaje

de riesgo del 5 % para concluir que existe una diferencia entre los factores, cuando el valor P supera


a alfa provoca cancelación de la hipótesis nula (tubo de Kundt clásico = tubo de Kundt in situ)

propuesta al inicio de este documento.

Además se calcularon los errores relativos como se muestra en las tablas 7, 8 y 9, estos porcentajes

dan a entender que el error estadístico de la media en algunas frecuencias supera el 0,2, así que es

un error considerable, ya que la discrepancia promedio de los resultados del Tubo de Kundt contra

los obtenidos con el construido representa aproximadamente un 20% o más.

Cuando se analizan las Figuras de la 42 a la 45 sobre los gráficos de cajas estadísticas, se observa

que el comportamiento de las medias y los cuartiles 1 y 3 son diferentes en cada herramienta según

el material, en algunos casos coinciden en el rango, aun así existen diferencias. Sin embargo, es de

destacar la tendencia similar de los datos al utilizar los dos métodos.

Debido a estos resultados, se llegan a considerar varios aspectos que pudieron llevar a la

cancelación de la hipótesis nula (TK=TKI), primero lo que pudo haber afectado la coherencia

estadística entre mediciones es el insuficiente sellamiento en la boquilla del Tubo de Kundt

construido, y esto pudo producir fugas de aire que a su vez produjeron incongruencias en los niveles

SPL medidos, además al momento de realizar la medición con la herramienta elaborada se produjo

una deformación de los materiales y esto pudo afectar sus propiedades.

Otro factor importante fue la geometría irregular de algunos de los materiales, como el Tipo 3 que

debido a su superficie con figuras piramidales provocaron diferencias entre mediciones, también

una razón de discrepancia fue el tamaño de las muestras, ya que en los dos montajes fueron

diferentes, tanto en el tubo convencional como en el construido, y finalmente para impedir el efecto

de borde, se deben evitar intersticios entre la muestra y el porta muestras en el caso del tubo clásico,

y en el caso del tubo in situ, entre la muestra y la boquilla.

Otro aspecto que pudo provocar divergencias entre herramientas fue el material reflejante escogido

para poner detrás de las muestras de los materiales, ya que en el caso del tubo clásico se usó un

disco rígido de plástico, y en el caso del tubo in situ se usó el suelo del recinto hecho de

terminaciones en láminas de madera.


Y por último, existe un aspecto presente en la ISO 10534-1 que no está en la ISO 10534-2, el cual

corresponde al error humano introducido al hacer la inspección con la sonda microfónica, siendo

éste el factor que pudo provocar mayores discrepancias entre las herramientas comparadas.


XII. CONCLUSIONES

En esta sección se incluyen una serie de conclusiones extraídas como resultado del seguimiento

preciso de las diferentes actividades que permitieron alcanzar los objetivos trazados al comienzo

del presente trabajo de grado.

La modalidad in situ que ofrece la herramienta construida permite una toma de datos más rápida

que el tubo de Kundt convencional, además de ser un método no destructivo. También se debe

tener en cuenta que la precisión de construcción de este tipo de herramientas debe ser muy

minuciosa, de lo contrario los resultados podrían no tener el grado de precisión esperado.

Si se consideran y se corrigen los problemas del instrumental construido, expuestos

anteriormente, las discrepancias se podrán corregir, y la hipótesis nula sería aceptada.

Igualmente, cabe aclarar que los resultados obtenidos con este método, se consideran no

comparables estadísticamente con las características dadas por los fabricantes de los materiales,

ya que la metodología de caracterización usada por estos, es a incidencia aleatoria (ISO 354:

Cámara reverberante), y la herramienta construida sólo mide a incidencia normal.

Por último es importante resaltar que la selección de la metodología para procesar los resultados

es un aspecto clave en esta clase de proyectos de investigación y desarrollo.


XIII. RECOMENDACIONES

Al culminar con este proyecto se pueden proponer futuros temas o futuras líneas de investigación

a tratar en proyectos próximos, algunas sugerencias son:

Construcción de herramienta in situ basada en tubo de Kundt de función de transferencia

(ISO 10534-2) para así evitar el error humano.

Realizar metodologías basadas en este tipo de herramientas in situ, también en validaciones

y estandarizaciones de otros métodos más completos, como lo es la medición de

coeficientes de absorción a diferentes incidencias con la sonda P-U, de presión y velocidad

de partícula desarrollada por Microflown Technologies®.

Realizar un estudio más robusto de materiales no convencionales, como tapial de cal, techos

de paja, tierra, corcho, acrílico, entre otros.

Caracterizar los transductores usados para una mayor exactitud, como la medición del THD.

Usar otros tipos de materiales para la construcción de esta herramienta.


REFERENCIAS

[1] E. Tijs, “Study and development of an in situ acoustic absorption measurement method

(Tesis de doctorado),” University of Twente, 2013.

[2] E. R. Kuipers, Y. H. Wijnant, and A. de Boer, “A numerical study of a method for measuring

the effective in situ sound absorption coefficient,” Enschede, 2012.

[3] J. O. VILLEGAS, “Estimación Del Coeficiente De Absorción En Incidencia Aleatoria

Utilizando Presión Y Velocidad De Partícula Mediante La Sonda Pu De Microflown

Technologies (Trabajo de grado),” Universidad de San Buenaventura, 2015.

[4] J. C. GOMEZ and G. M. ;MONTOYA, “Caracterización Acústica De Materiales De

Construcción En La Industria Colombiana (Trabajo de grado),” Universidad de San

Buenaventura, 2013.

[5] I. O. for Standardization, ISO 354 “Acústica - Medición de absorción sonora en sala

reverberante.” 2003, p. 21.

[6] AENOR, UNE-EN ISO 10534-1 TÍTULO: Determinación del coeficiente de absorción

acústica y de la impedancia acústica en tubos de impedancia (Parte 1: Método del rango

de onda estacionaria). 2002.

[7] A. J. King, G. H. Aston, and R. A. Scott, “Discussion on papers by R A Scott entitled ‘The

absorption of sound in a homogeneous porous medium’, ‘An apparatus for accurate

measurement of the acoustic impedence of sound-absorbing materials’ and "The

propagation of sound between walls of porous mater,” 1946.

[8] C. Zwikker and C. W. Kosten, “Sound absorbing materials.” Elsevier Pub. Co., New York,

p. 174, 1949.

[9] A. Kumar, P. Mondal, P. Vijay, U. D. Bhangale, and D. Tyagi, “Comparative Study of

Sound Absorption Coefficients on Different Types of Road Surfaces Using Non-Destructive

Method as per ISO 13472-2 : 2010,” Manesar, 2011.

[10] I. O. for Standardization, ISO 13472-2 : Acoustics — Measurement of sound absorption

properties of road surfaces in situ — Part 2: Spot method for reflective surfaces Acoustique.

2010, p. 31.

[11] P. B. Murray, J. T. Kunio, L. Christensen, and F. S. Larsen, “Use of a Portable Flanged

Impedance Tube for Absorber Design and Measurement,” 2015.

[12] A. C. Isbert, Diseño acústico de espacios arquitectónicos, Primera ed. Barcelona: Ediciones


UPC, 1998.

[13] H. Alzate López, Física de las Ondas, no. 53. Medellín: Universidad de Antioquia, 2006.

[14] J. M. V. R. José Rodríguez García, José María Virgós, Fundamentos de óptica ondulatoria.

Oviedo: Servicio de Publicaciones de la Universidad de Oviedo, 1999.

[15] L. Kinsler and A. Frey, Fundamentals of acoustics, Fourth edi. New York: John Wiley &

Sons, 2000.

[16] C. M. Harris, A. S. Goenetxea, and J. J. Rodriguez, Manual de medidas acústicas y control

del ruido. McGraw-Hill, 1995.

[17] Microflown Technologies, “2) Sound & Vibration,” in The Microflown E-Book,

Microflown, 2007.

[18] J. Sabas, “Método para la simulación acústica de las medidas con tubo de impedancia y

cabina alpha de materiales multicapa,” Valladolid, 2005.

[19] D. R. Griffin et al., Master Handbook of Acoustics, vol. 4, no. 77. 2009.

[20] M. Recuero, “Acústica arquitectónica,” in Acústica y sistemas de sonido, 1993, pp. 44–57.

[21] T. J. M. Leo Leroy Beranek, Acoustics: Sound Fields and Transducers, First edit. Oxford,

2012.

[22] F. A. Everest, The Master Handbook of Acoustics. TAB Books, 1989.

[23] J. A. Á. S. G. L. GONZÁLEZ, “Diseño y construcción de un dispositivo para medir

coeficientes de absorción de materiales (Trabajo de Grado),” Universidad de San

Buenaventura, 2007.

[24] I. O. for Standardization, ISO 10534-2. 1998, p. 27.

[25] J. Castillo and A. Costa, “Características físicas de materiales absorbentes sonoros porosos,”

2012.

[26] D. Montgomery, Diseño y análisis de experimentos, Segunda Ed. México: Limusa Wiley,

2004.

[27] F. Colombia, “Ficha tecnica Frescasa eco®,” 2000.

[28] F. Colombia, “Ficha tecnica Blacktheater®,” 2017.

[29] A. C. de Ruido, “Materiales y sistemas Acústicos 2018-2 ACUSTEC,” 2018.

[30] Minitab Inc, “Soporte de Minitab® 18.” [Online]. Available:

https://support.minitab.com/es-mx/minitab/18/.


ANEXOS

Anexo 1. Resultados de los dieciocho experimentos y graficas de coeficientes de absorción

Resultados de inspección de máximos y mínimos (Materiales TIPO 1,2 y 3)

KUNDT INSITU -TIPO 3

Frecuencia (Hz) Referencia Mínimo 1 Máximo 1 Mínimo 2

SPL (dB) SPL (dB) X (cm) SPL (dB) X (cm) SPL (dB) X (cm)

500 120,3 103,2 16 120,2 32 102,7 51

1000 121,4 120,7 4,5 123,4 14,5 106,6 22,5

2000 117,8 102,8 6,5 110,6 8 103,3 13,5

4000 11,4 96,1 2 103,2 4 98 6,5




500 129,2 116 16 125,8 34,5 115,8 51

1000 118,5 107,7 6,5 112 15,5 108,4 25,5

2000 113,9 105,5 4,5 115,5 7,5 105,1 12,5

4000 102,2 96 2,5 100,7 4,5 104,1 6,5




500 128,4 116 15,6 125,5 33 116 51

1000 118,1 107,5 6,9 112,1 15,5 107,5 25,5

2000 113 105,3 4,5 115,5 7,5 105,3 12,5

4000 103 96 2,5 100,5 4,5 104,1 6,5

KUNDT-TIPO 3



500 104,5 82,6 11 100,2 31 82,7 48

1000 111 110 6 112 15 92,5 23

2000 103,3 94,5 1,5 106,8 5,5 99,9 10

4000 85,9 84 2,5 89 5 79,3 7,5

Tabla 14. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfnica (KUNDT INSITU -TIPO 3).

Tabla 15. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INSITU -TIPO 1).

Tabla 16. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INSITU -TIPO 1).

Tabla 17. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT -TIPO 3).


KUNDT-TIPO1



500 97,5 91,2 12,5 98,5 29,5 91,3 45,5

1000 107,9 105 9 107,9 17 104,2 26

2000 106,3 99,4 4,5 106,4 8,5 101,1 13,2

4000 78,7 77,5 2,5 82,1 5 70,8 7,5

KUNDT-TIPO 1



500 97,8 91,4 11,5 98,9 28 91,6 46

1000 106,7 103,2 8 106 17 102,7 25

2000 106,3 99,6 4,2 106,8 8,3 101,7 13

4000 79,9 77,3 2,5 81,1 5 72,8 7




500 129,5 109,8 15 129,8 32,8 120,3 50,5

1000 117,6 112 7,5 126,7 15 110,2 23,5

2000 114,2 115,1 3,8 120,3 8 108,3 12

4000 101,7 106,4 1,3 112,9 8 101,5 10

KUNDTINSITU - TIPO 1



500 130,4 116 15,8 125,7 33 115 51

1000 119,7 107,3 7 112,4 16 107,4 25

2000 113,7 105,9 4,5 115,9 7,5 104,3 12

4000 104,3 96 2,5 100,5 4,5 107,2 6,5

Tabla 18. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT-TIPO 1).


Tabla 20. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INSITU-TIPO 2).

Tabla 21. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INISITU-TIPO 1).


KUNDT-TIPO 1



500 97,9 91,7 10 99,2 29 92,1 46

1000 108,5 105,5 9 106,3 17 105,1 24

2000 106,4 99,7 4 106,1 9 100,5 13

4000 86,5 78 2,4 81,9 5 86,1 7

KUNDT-TIPO 2



500 106,8 82,4 15,5 106,1 31 82,8 49,5

1000 110 95,7 6,5 109,8 15,3 95,2 24

2000 106,3 99,5 2,8 106,7 7 102 19

4000 86,7 86 1,5 91 5,3 89,5 6,5




500 127,6 110,6 15,3 127,8 33 116,2 49,5

1000 116,1 111,2 7,3 121,9 15 107,7 24

2000 112,1 114,8 4 119,6 8 104,1 11,8

4000 96,2 104,5 1,5 111,7 7 101 9

KUNDT-TIPO 2



500 106,1 81,6 15 106,5 32 81,8 50

1000 109 95,1 6,7 109,8 15,3 95,4 24

2000 104,4 99,2 3 105,3 7,5 99,3 12

4000 88,9 84,5 2,3 92,2 5,3 88 7,5






KUNDT-TIPO 3



500 97,2 83,9 10,3 100,6 28 84,2 45

1000 104,7 111,4 5,5 113 8,5 105,3 18

2000 107,9 95,2 1,4 106,4 9.5 95 13,5

4000 88,2 83,9 2,5 89,5 5 84,7 7,5

KUNDT- TIPO 2



500 106,6 83,5 15,3 106,6 32 83,8 50

1000 110 95,2 7 109,7 16 95,3 24

2000 105,7 98,6 3,5 106,2 8 100,4 12

4000 85 85,2 2,5 89,3 4,3 86,4 7,5




500 127,5 110,4 16 127,7 33,8 111,2 50

1000 117,5 115 5 118 16 105,1 23

2000 114,1 102,5 6 110,6 8 100,5 13

4000 106,3 96,1 1,8 103,5 3 101 6,3

KUNDT-TIPO 3



500 100,7 82,6 11 100,5 31 82,7 47

1000 108,3 110,7 6 112,6 15 92,5 19

2000 103,6 95 1,5 106,5 5,5 99,9 13,5

4000 86,8 84 2,5 89,7 5 79,3 7,5






Algunos Resultados de inspección de máximos y mínimos (Materiales no

convencionales)

KUNDT INSITU -CORCHO



500 126,5 99,4 13,6 127 33 101,3 48

1000 109,5 87,3 7,5 112,7 14,8 88,8 23,3

2000 107,6 90,5 8 115,4 12,8 91,3 16,8

4000 98,6 87 1 109 4 80,1 6

KUNDT IN SITU - TIERRA



500 125,6 112,9 16,5 125,8 35,3 112,9 52,5

1000 115,1 102,8 8,3 116,6 16 103,3 26

2000 111,7 100 4,5 108 8 96,9 13

4000 101,3 91,5 2,3 106,9 5 99,5 7




500 127,7 109,8 16 129,8 33 114,3 49,8

1000 116,4 111,7 7,3 121,5 15,3 106 25

2000 111,8 115,1 4 120,3 8,5 102,6 12

4000 103,8 106 1,8 112,9 4 93 6,5




500 127,5 110 15,8 127,7 34 110 50

1000 117,8 115 8 118,4 16 102,5 25

2000 113,3 102,9 3,7 110,9 8 100,6 12

4000 103,1 99,4 1,8 106,8 4 100 7



Tabla 32. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INSITU-CORCHO).

Tabla 33. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INSITU-TIERRA).


KUNDT INSITU - ACRÍLICO



500 126 104,5 17 127 33 101,7 50

1000 112,1 83,9 7 113,6 15 85 24

2000 106,2 90,6 9 114,8 14 80,9 17

4000 98,6 98,1 1 104,8 4 94 6

Tabla 34. Mínimos y máximos, inspeccionados con sonda microfónica (KUNDT INSITU-ACRÍLICO).


Anexo 2. Código de Matlab™ basado en la ISO 10534-1 para procesar resultados de medición

de onda estacionaria en el tubo de Kundt

Nota: Para ingresar los diferentes datos, usar Hoja en Excel, con el nombre DATOS.xlsx.

%% Calculadora de Absorcion (Tubo de Impedancia) function [freq, Abs] = TUBODEKUNDT() clear all %% Determinanción del centro Acústico

freq=[250;500;1000;2000;4000];

Ymin= xlsread('DATOS.xlsx', 1); %Valores medidos en terminación Rigida

delta=(1/2).*(3.*Ymin(:,1) - Ymin(:,2));%Valores de Corrección

Xmin=[Ymin(:,1)-delta Ymin(:,2)-delta];%Corregido para valores en terminacion

rigida

Yminmat=xlsread('DATOS.xlsx', 2)./100;%DATOS DISTANCIAS MÍNIMOS. PARA EL

MATERIAL

Xminmat=Yminmat-delta;

%% Longitud de ONDA Lambda0 (pag13)

n=2;

m=1;

lambda0=(2./(n-m)).*(Xmin(:,n)-Xmin(:,m));%TERMINACIÓN RIGIDA

c0=lambda0.*freq;

%% Determinación de la Atenuación del tubo por Viscosidad (pag26)

SPL=xlsread('DATOS.xlsx', 4);%min1 max1 min2 TERMINACIÓN RIGIDA %[84.7 105 85;79 119.6 83.2;74.8 118 82.6;82 120.3 83.4;82.5 108.8 83.9]; pref=20*(10^-6);

Presion=pref.*(10.^(SPL./20));

DELTAn=(Presion(:,3)-Presion(:,1))./Presion(:,2);

k0pp=(4./lambda0).*asinh(DELTAn./2);

%% Calculo de la Absorción


%SPLmat=[min(f1) max(f1);min(f2) max(f2);min(f3) max(f3);min(f4) max(f4)];

%min1,max1 SPLmat=xlsread('DATOS.xlsx', 3);

pref=20*(10^-6);

Presionmat=pref.*(10.^(SPLmat./20));

S1=[Presionmat(:,2)./Presionmat(:,1)];%(pag 21)

%Factor de Reflexión

r=(exp(2*k0pp.*Xminmat(:,1))).*((S1-exp(k0pp.*(lambda0./4)))./(S1+exp(-

k0pp.*(lambda0./4))));

Abs=1-r.^2;

tabla=[freq,Abs]; semilogx(freq,Abs); title("COEFICIENTES DE ABSORCIÓN") ylabel("Coef") xlabel("Frecuencia") grid on end


Anexo 3. Descripción del lugar de medición

Las mediciones se llevaron a cabo en un espacio acústicamente controlado, así evitando ruido de

fondo alto (Ruido de fondo estudio B =52,4 dB), que pudiera alterar los resultados con las dos

herramientas, a continuación se muestran algunas características del lugar ubicado en la

universidad de San Buenaventura.

Estudio B. REC Room

Para llevar a cabo las mediciones se escoge este recinto, el cual tiene tres cuartos, de estos se escoge

el cuarto de grabación o rec room, este estudio cuenta con alto aislamiento al ruido aéreo y ruido

de impacto dado que es construido tipo “box in a box”, diseño en el cual se construye un cuarto

dentro de otro, que mediante soportes antivibratorios son separados.

a)

b)

Fig 47.a) Plano 3D Rec room Estudio B, b) Dimensiones del Rec Room del Estudio B


Anexo 4. Tubo de Kundt basado en la ISO 10534-1, provisto por la Universidad de San

Buenaventura

Este tubo fue construido en el año 2013 por los egresados Juan Camilo Gómez y Gloria María

Montoya, de la Universidad de San Buenaventura, seccional Medellín, con rango de frecuencias

de trabajo de 172Hz-2500Hz, el diseño es mostrado a continuación en la Figura 48.

Fig 48. a) Construcción de tubo de Kundt, b) Diseño Isométrico del Tubo de Kundt Clásico, tomado de [4].

Algunas características de este tubo son que, el porta muestras es una unidad separada, la cual

consta de un pistón, el cual permite variación del volumen que se encuentra atrás de la muestra del

material en estudio, para el caso del transductor, este se encuentra en una caja que contiene dos

altavoces con las membranas frente a frente y dos aberturas para el ingreso de la onda y la sonda

microfónica al interior del tubo[4].

a)

b)


Anexo 5. Características del altavoz escogido

Tabla 35. Características parlante LS52W-6 R4

Parámetro Valor

Potencia continua 3[W] Potencia máxima 5[W]

S.P.L 85±3dB Impedancia 4Ω± %15

Rango de frecuencia 175- 20kHz Frecuencia de resonancia F0 140±20 %

Distorsión ≤ 5 % Tamaño del imán Φ40*19*8mm

Peso 90[g]±8 % Tamaño 52*68*31Hmm Bobina Φ13,28mm Pl+Cu Cono Pu y papel

Voltaje 3,46[V] Temperatura de operación -30oC a +75oc

Temperatura de almacenamiento -40oC a +85oC


Anexo 6. Certificado de calibración sonómetro CESVA SC310

Diseño y construcción de herramienta de medición in situ a...

Documents

Transcript of Diseño y construcción de herramienta de medición in situ a...