CAPÍTULO 9: RUIDO

Dentro de los agentes físicos que se consideran en higiene industrial, uno de los más importantes debido a su existencia en gran número de industrias es el ruido. Se suele definir el ruido como un sonido no deseado.

Si tenemos en cuenta el extraordinario funcionamiento del oído humano y la importancia de las relaciones sociales de todo tipo, resalta la importancia de la conservación del mismo. El ruido constituye uno de los problemas a vencer en una sociedad desarrollada, ya que produce una progresiva pérdida de la capacidad auditiva del hombre.

Mientras que la necesidad de contar con un órgano auditivo en perfectas condiciones es cada día mayor, puesto que las máquinas son cada día más rápidas y exigen tiempos de reacción menores, la realidad es que el oído pierde capacidad por efecto de la edad (presbiacusia), deterioro que aumenta aceleradamente cuando, además, el sujeto está sometido o ruidos excesivos.

TEORÍA FUNDAMENTAL DEL SONIDO

El sonido consiste en una variación de presión sobre la presión atmosférica, producida por la vibración de un cuerpo, y que el oído humano puede detectar como una sensación percibida a través del órgano auditivo. Dado que tiene su origen en un movimiento vibratorio que se transmite en un medio, ya sea sólido líquido o gaseoso, podemos definirlo como una vibración acústica capaz de producir una sensación auditiva. El ruido industrial, la música y la conversación son tres manifestaciones del sonido.

El sonido se puede considerar pues bajo dos puntos de vista:

Subjetivamente, nos referimos a la sensación auditiva en el cerebro. Un bailarín puede encontrarse en su elemento en una discoteca cuya música ambiental alcanza niveles de 100 dBA; para él la música será un sonido agradable. Pero a un vecino del mismo edificio, que pretende conciliar el sueño, y que le llega ese ruido, amortiguado, con un nivel de 40 dBA le parecerá un ruido insoportable.

En mayor o menor grado estamos continuamente expuestos al ruido, cada persona se desenvuelve en varios ambientes acústicos a lo largo de su jornada que oscilan normalmente entre 20 dBA y 110 dBA.

Como ilustración de la incultura del ruido podemos citar el walkman o equipos musicales cuyos altavoces van insertos en el oído, frecuentemente utilizados con un volumen excesivo, las condiciones acústicas inadecuadas de comedores de restaurantes, aulas de formación, etc. que hace que sean auténticas «pocilgas acústicas».

Objetivamente, nos referimos a los aspectos físicos del movimiento ondulatorio como frecuencia, longitud de onda, etc., magnitudes que se pueden medir todas ellas con toda precisión.

NOCIONES FUNDAMENTALES DE ACÚSTICA

Los movimientos de un cuerpo vibrante, los golpes, remolinos producidos por un escape de gas, etc. perturban la atmósfera circundante y originan contracciones y dilataciones de volúmenes de aire elementales que, en ciertas condiciones, impresionan el sentido del oído produciendo en éste una sensación que entendemos por sonido.

El sonido, por tanto, es producido por una serie de vibraciones que se propagan en los sólidos, los líquidos y los gases. Se necesita pues un medio elástico para que el sonido pueda originarse y transmitirse; ningún sonido puede ser transmitido en ausencia de materia (en el vacío).

Un cuerpo al vibrar comprime las moléculas cercanas y crea perturbaciones (ondas) que se propagan a una determinada velocidad, en función de la densidad y elasticidad del medio; en el aire esta velocidad es de 340 m/seg. A la presión atmosférica normal.

Para una fuente de sonido determinada, la propagación tiende a ser esférica u omnidireccional si el sonido que se emite es de baja frecuencia, y plana o direccional cuando tal sonido es de alta frecuencia. En la práctica las ondas planas se dan en las tuberías y en las cercanías de fuentes sonoras de gran tamaño, pero incluso en este caso, a partir de cierta distancia el sonido tiende a propagarse esféricamente.

Potencia acústica: Cantidad de energía bajo forma acústica que emite un foco sonoro en la unidad de tiempo. Se mide en watios (W). Esta energía se transmite inmediatamente y
se reparte, teóricamente, según una superficie esférica envolvente cada vez mayor, lo que explica la disminución del sonido a medida que nos alejamos de la fuente sonora.

La potencia acústica es una característica consustancial a cada fuente sonora, independientemente de cómo y dónde esté situada. Es el criterio idóneo para comparar las características acústicas de diferentes fuentes sonoras.

Por lo general, estamos continuamente rodeados de varias fuentes sonoras que emiten ruido simultáneamente, dándose el caso de que la fuente más potente es la que predomina sobre las más débiles. Por lo tanto, para reducir el ruido, como primera medida debemos actuar siempre sobre las fuentes sonoras de mayor potencia acústica.

Cuando la fuente sonora es una máquina compuesta de diversas piezas, en la fase de rodaje es más ruidosa y luego el ruido va disminuyendo en el periodo óptimo de la máquina; posteriormente, al envejecer, comienzan a aparecer holguras y desajustes con lo que aumenta su potencia acústica hasta sobrepasar el valor inicial.

La potencia acústica oscila en un campo amplísimo de 10.000 billones de picowatios (10 -12 watios) , desde el tic-tac de un reloj de pulsera hasta el estruendo de un volcán en erupción (10.000 watios).

Es de destacar que la energía acústica que se presenta habitualmente es muy pequeña, en relación por ejemplo con la energía lumínica. La potencia acústica de un avión a reacción puede ser de 100 w., que equivale a la potencia lumínica de una lámpara doméstica. Sin embargo su «agresividad» es elevada pues puede romper el tímpano de una persona situada a unos metros de distancia.

Como quiera que el margen de variación de la potencia acústica es muy amplio se utiliza normalmente el nivel de potencia acústica Lw de acuerdo a la siguiente fórmula:

siendo Lw el nivel de potencia acústica en decibelios (dB) y Wo la potencia acústica de referencia e igual a 1 picowatio (10-12 watios). Esta potencia se corresponde con el nivel 0 dB de la escala de decibelios.

El nivel de potencia acústica ponderado A (Lwa) de una fuente sonora se expresa en decibelios A (dBA) y puede calcularse a partir de la medición del nivel de presión acústica en dBA. Esta es una unidad muy útil para estimar la magnitud del problema del ruido y para comparar diversas fuentes sonoras en lo que se refiere a su agresividad acústica.

Intensidad acústica (I): Es la cantidad de energía que, en la unidad de tiempo atraviesa una unidad de superficie situada perpendicularmente a la dirección de propagación de las ondas sonoras. Se mide en watios/m2. La intensidad acústica es la propiedad del sonido que hace que éste se oiga fuerte o débil. Cuanto más fuertes sean las compresiones y dilataciones de las capas de aire, más intenso será el sonido. En la escala de intensidades el umbral auditivo es 10 -12 w/m2 y el umbral doloroso 25 w/m2.

A medida que una onda sonora se va alejando de su fuente de origen ha de cubrir una mayor superficie, con lo que su intensidad disminuye hasta hacerse imperceptible.

Se puede demostrar, por consideraciones de mecánica de fluidos y cálculo diferencial que la intensidad de sonido vale:

Donde “p2” es el valor eficaz (r.m.s.) de la presión sonora, es la densidad del medio y “c” la velocidad del sonido. Como en otros conceptos se utiliza también el nivel de intensidad acústica, que se define mediante la expresión:

La intensidad de referencia comúnmente utilizada es 10-12 watios/m2.

Duración del sonido: El sonido desaparece rápidamente en el tiempo cuando cesa la causa que lo produce, pero no así sus efectos. Por ejemplo, el ruido de una explosión, aproximadamente 140 dBA, dura menos de tres segundos pero puede producir efectos desastrosos y permanentes sobre los oídos de las personas que han sido alcanzadas por la onda sonora; por no mencionar los propios efectos destructivos de la explosión.

El ruido de la sirena de un vehículo que circula en la ciudad, de noche, a gran velocidad, 60 dBA a 50 metros, puede oírse durante unos pocos segundos, pero desvelará a unos cuantos miles de personas.

Frecuencia (f): Número de varia­ciones de presión de la onda sono­ra, en un segundo. Se mide en her­cios (Hz) o ciclos por segundo.

La frecuencia principal de un sonido es lo que determina su tono característico, por ejemplo, el estruendo de un trueno lejano tiene una frecuencia baja, mientras que un silbido tiene una frecuencia alta.

Un sonido puede no tener más que una sola frecuencia, tratándose en tal caso de un «sonido puro»; lo más frecuente es que los sonidos que oímos en la práctica y sobretodo los ruidos, sean una amplia mezcla de distintas frecuencias.

El tono de un sonido compuesto está determinado por la frecuencia principal, que normalmente va acompañada de un cierto número de armónicos que determinan su timbre.

Longitud de onda (k): Es la distancia que separa dos estados iguales de una onda sonora. Conociendo la velocidad y la frecuencia del sonido podemos calcular su longitud de onda mediante la fórmula:

Longitud de onda k = velocidad del sonido / frecuencia

Los sonidos de baja frecuencia tienen longitudes de onda largas que les permiten bordear mejor los obstáculos, por lo que son más difíciles de aislar.

Presión acústica: Energía acústica bajo forma de variación de presión (N/m2), es decir la variación de la presión atmosférica en un punto como consecuencia de la propagación
a través del aire de una onda sonora. El margen de presión acústica capaz de oír una persona joven y normal oscila entre 20 N/m2 y 2 10-5 N/m2 (umbral auditivo).

Como vemos, dado el amplísimo margen, las medidas acústicas se representan en escala logarítmica. Se define así el decibelio como una unidad adimensional relacionada con el logaritmo de una cantidad medida y de otra que se toma como referencia.

Para la presión acústica se toma como referencia P0 = 2 10-5 N/m2 (1 Pascal = 1 N/m2) , que se corresponde con la menor presión acústica audible que puede detectar un oído joven y sano a una frecuencia de 1.000 Hz. Se define entonces:

Nivel de presión acústica (en dB) = 10 log (P/P0)2

También se puede definir el nivel de potencia acústica, nivel de intensidad acústica, etc. de manera similar mediante el empleo de los logaritmos.

La suma de niveles de presión acústica

Cuando existen varios ruidos que presentan presiones acústicas distintas, medidas en dB, la suma de todas ellas debe realizarse teniendo en cuenta la definición de nivel de presión acústica, y por tanto no se corresponde con la suma aritmética.

Es necesario tener en cuenta que, al utilizar la escala logarítmica, pequeñas diferencias en el número de decibelios representan una diferencia importante en la energía de un ruido y por tanto en su agresividad. Si en un local existe una máquina que emite una determinada cantidad de ruido, y colocamos una segunda máquina que emita el mismo ruido que la primera, podemos suponer que se duplicará la intensidad sonora en el ambiente. Si aplicamos la fórmula que define el concepto de nivel (Level) tendremos:

Aproximadamente, cada 3 dB significa el doble de nivel de ruido

Utilizando la expresión de nivel L anterior el margen de presión acústica habitual varía entre 0 y 120 dBA, margen más cómodo y más fácil de manejar. En general podemos decir que los ruidos hasta 60 dBA resultan soportables, entre 60 y 80 dBA son fatigosos, entre 80 y 115 dBA pueden producir sordera y superiores a 120 dBA resultan dolorosos e insoportables.

Ruido de impacto: aquel en que el nivel de presión acústica decrece exponencialmente con el tiempo y las variaciones entre dos máximos consecutivos de nivel acústico se efectúan en un tiempo superior a un segundo, con un tiempo de actuación inferior a 0,2 segundos.

Ruido continuo: es aquel en el que el nivel de presión acústica se mantiene constante en el tiempo y si posee máximos, éstos se producen en intervalos menores de un segundo. Pueden ser estables o variables, cuando en este último caso oscila en más de 5 dB(A) a lo largo del tiempo.

Indice y factor de directividad: En general, una fuente sonora no emite radiación acústica en todas las direcciones por igual; es por tanto conveniente saber en qué dirección emite más energía y en qué magnitud. Para este cometido se utilizan dos parámetros, relacionados entre sí.

El índice de directividad DI en un punto determinado es la diferencia entre el nivel de presión acústica en un punto dado y el nivel promedio que correspondería a ese punto si la fuente sonora fuera omnidireccional:

DI =Lpa1 – LpA (dBA)

El factor de directividad Q en una determinada dirección es el cociente entre la energía acústica emitida a un punto dado A1 y la energía que correspondería a ese punto si la fuente sonora fuera omnidireccional.

Vemos entonces, que según esté situada una máquina, sujeta del techo en el aire, en el suelo, junto a dos paredes, etc., el factor de directividad puede ser 1,2,4 y hasta 8 veces. Así, por ejemplo, una máquina situada el suelo y que en el aire daría un ruedo de 80 dBA, al reflejar el sonido y emitirse a través de una semiesfera emitirá un sonido de hasta 83 dBA.

Imaginemos que el fabricante de una máquina especifica 75 dBA de nivel de presión acústica para el punto donde se situará el operador. Si el comprador instala la máquina en una esquina del local, el nivel soportado por el trabajador será de 84 dBA (75+3+3+3), a lo que habría que añadir el ruido reverberado y el ruido de fondo. Es evidente, por tanto la importancia de la situación de la fuente sonora para reducir el ruido en el puesto del operador.

OTRAS CARACTERÍSTICAS DEL RUIDO

Cuando examinamos un ruido industrial desde un punto de vista higiénico pretendemos en primer lugar valorar el riesgo de la exposición al ruido en el puesto de trabajo; además, conocer las características del ruido al objeto de arbitrar medidas para su control. En general cuando nos refiramos a porcentajes de ruido debemos precisar muy bien que queremos decir, si nivel sonoro, potencia acústica, etc. pues los valores pueden diferir notablemente.

Suma de niveles sonoros

La escala en decibelios varía de forma logarítmica por lo que no es posible sumar aritméticamente los niveles de ruido. Por ejemplo, dos máquinas que producen 80 dBA de nivel de presión sonora cada una producirán, en combinación, 83 dBA.

Si hemos medido por separado los niveles de presión acústica de dos fuentes de ruido, el nivel resultante cuando ambas actúan simultáneamente se obtiene sumando al mayor valor de los valores, la corrección obtenida de la tabla 9-1:

Diferencia 0 1 2 3 4 5 6 7 8 910  
Incremento 3 2,6 2,2 1,8 1,5 1,2 1 0,8 0,6 0,5 0,4

Tabla 9-1: SUMA DE NIVELES SONOROS

Por ejemplo: máquina n.° 1 86 dBA, máquina n.° 2 80 dBA, diferencia 6 dBA. Luego debemos sumar a 86 dBA 1 dBA obteniendo como resultado final 87 dBA

De forma matemática se puede calcular mediante la fórmula:

Resta de niveles sonoros

Cuando medimos en un punto dado el ruido que produce una máquina en funcionamiento, estamos en realidad midiendo el ruido que produce la máquina más el ruido de fondo del lugar donde está instalada.

Por tanto para conocer el ruido emitido por la máquina deberemos realizar dos medidas: una del ruido de fondo (con la máquina parada) y otra del «ruido total» (con la máquina en funcionamiento), para realizar después la resta de los dos valores obtenidos que, como es sabido y tratándose de decibelios, no será una resta aritmética. La operación se lleva a cabo utilizando la tabla 9-2:

Diferencia entre mediciones < 3 3 4 y 5 6 a 9 > 10
Corrección K1 > 3 3 2 1 0

Tabla 9-2: RESTA DE NIVELES SONOROS

Por ejemplo, ruido de fondo medido 80 dBA, ruido total 87 dBA, diferencia 7 dBA la que, según la tabla corresponde una corrección de 1 dBA por lo tanto el ruido imputable a la máquina será 87 – 1 = 86 dBA. Si la diferencia es superior a 10 dBA no es necesario efectuar la corrección.

Análisis en bandas de octava

Para decidir las medidas de atenuación que deben adoptarse ante un problema de ruidos, es necesario conocer no sólo el nivel de presión acústica, sino que es preciso conocer además cómo la energía acústica se distribuye en cada uno de los rangos de frecuencia que componen el sonido o ruido problema.

El análisis de frecuencias de un sonido complejo permite dividir la gama de frecuencias audibles, que va de 20 a 20.000 Hz en secciones o bandas.

Este análisis se realiza mediante un sonómetro que mide los niveles de presión acústica equipado con filtros electrónicos, cada uno de los cuales no deja pasar más que los sonidos cuyas frecuencias están dentro de la banda seleccionada previamente y que rechazan todos los demás sonidos.

Estas bandas tienen un ancho de banda de octava o de tercio de octava.

Una octava es una banda de frecuencia en la que, la frecuencia más alta es dos veces la frecuencia más baja. El nombre de octava se deriva del hecho de que una de estas divisiones abarca las ocho notas de la escala diatónica musical. Se denomina frecuencia central de la banda a la media geométrica de las frecuencias extremas, y que se utiliza para denominar la banda. Así la banda con frecuencias extremas de 707 Hz y 1.414 Hz se la denomina banda de octava de 1.000 Hz.

Un tercio de octava cubre una gama en la que la frecuencia más alta es 1,26 la frecuencia más baja.( raíz cúbica de dos)

En un sonido cualquiera el nivel de presión acústica total es la suma logarítmica de los niveles de las distintas bandas de frecuencia.

Para representar un sonido se puede representar la variación de presión con el tiempo; suele utilizarse más la representación de una magnitud característica, por ejemplo el valor eficaz, con respecto a la frecuencia, obteniéndose los clásicos gráficos de barra en función de la frecuencia.

Atenuación del sonido con la distancia

En el aire, en campo libre sin obstáculos, el sonido va disminuyendo a medida que aumenta la distancia a la fuente sonora, al distribuirse en una mayor superficie hasta hacerse imperceptible.

Cuando la fuente sonora puede considerarse puntual (ventilador, avión lejano…) el nivel de presión acústica disminuye en 6 dBA cada vez que se duplica la distancia y en 20 dBA cada vez que la distancia se multiplica por diez.

Si la fuente sonora es lineal (tubería, autopista.) el nivel de presión acústica se reduce en 3 dBA cada vez que duplicamos la distancia y en 10 dBA cada vez que la distancia se multiplica por diez.

Ponderación «A».

La percepción del sonido por el oído humano es un complejo proceso, porque depende del nivel de precisión acústica y de la frecuencia del sonido. Dos ruidos pueden tener un nivel de presión acústica similar y presentar una distribución de frecuencias diferentes, siendo tanto más molesto e irritante en las altas frecuencias. Para poder

establecer los riesgos de lesión, es necesario que la medida del ruido se realice con un equipo (Sonómetro) que lo registre de forma similar a como lo percibe el oído humano, es decir, que pondere el nivel de presión acústica en función de la frecuencia.

El comportamiento del oído, basándose en las curvas de igual sensación sonora hace pensar en esta necesidad y con este objetivo, al Sonómetro se le acoplan unos filtros de medición desiguales con las letras A, B, C … Tales filtros producen una ponderación (reducción o aumento) de la medida en función de la frecuencia.

Utilizando un filtro A se logra registrar el sonido de forma casi idéntica a como el oído humano lo percibe.

El nivel de presión acústica ponderado A, registrado con un Sonómetro equipado con el filtro se expresa en dB ( A ).

La escala A está pensada como atenuación similar al oído cuando soporta niveles de presión sonora bajos a las distintas frecuencias o lo que es lo mismo, cuando se aproxima a las curvas de igual intensidad para bajos niveles de presión sonora.

MEDIDAS DEL NIVEL SONORO

La evaluación de los niveles sonoros existentes es una operación necesaria e imprescindible para determinar la gravedad del problema y realizar un diagnóstico de la situación de partida como etapa previa a todo programa de reducción del ruido.

Para poder llevar a cabo la evaluación es imprescindible la medición de los niveles de ruido, para lo que se utilizan diversos equipos.

Sonómetros y dosímetros

Para medir el nivel total del ruido se utilizan el sonómetro y el dosímetro y para conocer el espectro de frecuencias el espectrómetro de audiofrecuencia y el registrador de nivel, aunque algunos sonómetros permiten realizar el análisis en bandas de octava o tercios de octava.

El espectro de frecuencias se logra por análisis del fenómeno sonoro con ayuda de filtros electrónicos que sólo dejan pasar las frecuencias comprendidas en una zona estrechamente delimitada. Los filtros más comúnmente utilizados son los de octava y los de tercio de octava. En el primero se analizan unas bandas de frecuencia tales que las frecuencias superiores e inferiores están en la relación de dos a uno, mientras que en los de tercio de octava proporcionan una banda con una anchura tal que las frecuencias están en la relación de raíz cúbica de dos.

El sonómetro es un instrumento electrónico capaz de medir el nivel de presión acústica expresado en decibelios, independientemente de su efecto fisiológico. Registra un nivel de energía sobre el espectro de 0 a 20.000 Hz.

Con objeto de tener en cuenta las distintas sensibilidades del oído humano, según su frecuencia, los sonómetros están dotados de filtros cuyas curvas de respuesta están tomadas aproximadamente de la red de curvas isosónicas.

Internacionalmente se han normalizado diferentes curvas de sensibilidad, siendo la curva de ponderación A la que da los niveles más próximos a los percibidos por el oído humano.

Para su correcto uso el sonómetro debe ser calibrado con un pistófono. El sonómetro da como lectura el valor eficaz que es una medida de la energía acústica del ruido. Proporciona el nivel de presión acústica promediado a lo largo del tiempo que dure la medición:

Slow (lento): valor eficaz a lo largo de 1 seg.

Fast (rápido): valor eficaz a lo largo de 125 mseg. ,

Impulse (impulso): valor eficaz a lo largo de 35 mseg.

Peak (pico): Valor máximo en menos de 100 ms.

El sonómetro integrador permite determinar el valor del nivel de presión acústico continuo equivalente ponderado A necesario para poder evaluar el riesgo de exposición al ruido de acuerdo con el R.D. 1316/89, determinando el nivel de presión sonora continuo equivalente en escala A.

El medidor de impacto mide las características del sonido de impacto: intensidad acústica y tiempo de duración del impacto.

El dosímetro es un aparato que integra de forma automática los dos parámetros importantes desde el punto de vista higiénico: el nivel de presión acústica y el tiempo de exposición, obteniéndose directamente lecturas de riesgo expresadas en porcentajes de la dosis máxima permitida legalmente para ocho horas diarias de exposición al riesgo.

Recomendaciones para realizar mediciones sonoras

Es conveniente determinar el método operativo siguiendo los siguientes pasos:

  • Recopilar con antelación la mayor información posible.
  • Acordar el objetivo de la medida, solicitar la colaboración en las mediciones de las personas participantes, estimar el tipo de ruido y su nivel, elegir el equipo de medida apropiado, etc.
  • Comprobar los equipos al comienzo y al final de la medición.
  • Decidir que red de ponderación se va a emplear. Normalmente la «A».
  • Seleccionar la respuesta del detector correcta. Normalmente para impactos «Peak»; para ruido estable, «slow»; para ruido variable «slow», «LAeq» o «SEL», según convenga o se disponga.
  • Durante la medida utilizar pantalla antiviento protectora de golpes, medir en el lugar adecuado, dirigir el Sonómetro en el sentido apropiado.
  • Realizar un informe de medida bien documentado.
  • Recordar que algunos informes, de acuerdo con la normativa, hay que conservarlos durante 30 años.