Técnicas avanzadas de medida en intensimetría acústica para la caracterización de materiales aislantes

Abstract

[SPA] La medida del Índice de Reducción Sonora (R) de un material aislante se determina en recintos especiales, diseñados según la norma UNE EN ISO 140-1. La construcción de una sala de ensayo que cumpla con los criterios normalizados requiere de una inversión económica importante, no siempre al alcance de las empresas fabricantes de máquinas en general. Los equipos de uso al aire libre se tienen que diseñar considerando los límites de emisión sonora establecidos en la Directiva Europea 2000/14, siendo necesario el montaje de materiales aislantes en los cerramientos de las máquinas.Los suministradores de materiales aislantes para uso industrial normalmente no aportan las propiedades aislantes de sus productos, que suelen obtenerse a partir de lana de roca, polietileno, poliuretano, caucho sintético, etc. Resulta difícil ensayar estos materiales que se caracterizan por su baja densidad superficial en una sala normalizada, cuyo procedimiento de ensayo está basado en la medida de la presión sonora. El problema principal es conseguir la validación de las medidas cuando el Índice de Reducción Sonora es relativamente bajo, como es el caso de estos materiales. En la presente Tesis Doctoral se plantea un procedimiento alternativo, basado en la medida de la intensidad sonora. El carácter vectorial de este parámetro permite medir solamente el flujo de energía que fluye a través de una superficie definida. La validación de las medidas se consigue aplicando los criterios establecidos en la norma UNE EN ISO 9614 con el mayor grado de precisión. Para la realización de los ensayos se ha diseñado una caja de chapa acero de 6 milímetros de espesor donde se introduce una fuente sonora que amplifica una señal de ruido rosa. Frente a la fuente se coloca una probeta del material a ensayar, se conecta y se mide la intensidad sonora transmitida con una sonda formada por dos micrófonos enfrentados. Previamente se ha determinado el flujo de energía acústica que incide sobre la probeta. La diferencia entre las dos medidas es directamente el Índice de Reducción Sonora. La principal ventaja de este procedimiento de ensayo radica en que se puede realizar en una sala de dimensiones normales y sin acondicionamiento específico. Otro aspecto importante a tener en cuenta es el comportamiento vibroacústico de la caja de ensayo y su influencia en las medidas. Para ello, se ha realizado un ensayo de análisis modal sobre una probeta de acero de características semejantes a los cerramientos de la caja. También se ha realizado un modelo matemático basado en el Análisis Estadístico de Energía SEA, para estimar los caminos de transmisión de la energía desde la fuente sonora hasta el punto de medida con la sonda de intensidad acústica. El software comercial utilizado es AUTOSEA2 LT. Tras el análisis de resultados se han obtenido conclusiones generales respecto del método alternativo de medida y conclusiones específicas relacionadas con la capacidad aislante de los materiales ensayados. En cuanto a las conclusiones generales: se han comprobado las limitaciones de medida de la sonda de intensidad a baja y alta frecuencia, se ha conseguido validar las medidas con una precisión de 0,5 dB según los criterios establecidos en la norma UNE EN ISO 9614 parte 3, en definitiva, se ha establecido un procedimiento de ensayo novedoso y sencillo para determinar el Índice de Reducción Sonora de un material aislante de baja densidad superficial. Por último, el procedimiento ideado permitirá futuros desarrollos en el campo de la vibroacústica, tales como, la aplicación del principio de reciprocidad y la determinación de la impedancia acústica de materiales por técnicas de intensimetría acústica.

[ENG] The measurement rate of acoustic reduction (R) in an insulating material is determined in special designed enclosures according to UNE EN ISO 140-1 standard. The construction of a testing room that complies with the standards requires a significant financial investment, that too often can not be provided by general machinery manufacturers. The outdoor machines have to be designed considering the noise emission limits established in the European Directive 2000/14, making the installment of insulating materials in enclosures of machines necessary. Suppliers of insulating materials for industrial use does not normally provide the insulating properties of their products, which are often obtained from rock wool, polyethylene, polyurethane, synthetic rubber, etc. It is difficult to test these materials that are characterized by low density surface in a room standardized test procedure that is based on the measurement of sound pressure. The main problem is getting the validation of the measurement when the rate of acoustic reduction is relatively low, as in the case of materials mentioned above. An alternative procedure is proposed in this Doctoral Thesis based on the measurement of sound intensity. The vector nature of this parameter allows just the flow of energy through a given surface to be measured. The validation of the measurement is achieved with the highest degree of accuracy by applying the criteria included in the standard UNE EN ISO 9614. A steel plate 6 mm thick incorporated with a sound source for amplification of a pink noise signal is designed for carrying out the tests. Faced with the source is placed a piece of material to test. The source is connected and the transmitted sound intensity is measured with a probe consisting of two microphones located opposite one another. Previously it has been determined the flow of acoustic energy that impinges on the piece. The difference between the two measures provides directly the rate of acoustic reduction. The main advantage of the described test procedure is that it can be done in a room with normal dimensions and without specific conditioning. The vibroacoustic behaviour of the testing box and its influence on the measures is another important aspect to be considered. A test of modal analysis has been carried out with a steel plate similar to the enclosures of the box. A mathematical model based on the Statistical Energy Analysis SEA has been developed to estimate the paths of energy transmission from the sound source to the point of measurement with the sound intensity probe. The commercial software AUTOSEA2 LT is used. General conclusions regarding the alternative method of measurement and specific ones related to the capacity of insulation of the tested materials have been obtained. As for the general conclusions, the limitations of measuring with the intensity probe at low and high frequencies have been proved, validating measurements with an accuracy of 0.5 dB according to the criteria set forth in the standard UNE EN ISO 9614 Part 3 have been obtained, and a new test procedure for easy determination of the rate of acoustic reduction of an insulating material with low density surface has been established. Finally, the devised procedure allows future developments in the field of vibroacoustic, such as the application of the principle of reciprocity and the determination of acoustic impedance of materials by application of techniques for measuring of acoustics intensity.