Potencia acústica en salas de ensayo pequeñas (ISO 3743)

Un secador de pelo, una batidora, una impresora de sobremesa, un taladro: fuentes pequeñas que se pueden llevar a una sala pensada para ellas. ISO 3743 mide su potencia acústica con grado de ingeniería 2 en dos salas de ese tipo. La Parte 1 casi no pide nada a la sala, una sala corriente de paredes rígidas, y lo paga con una fuente sonora de referencia calibrada en cada determinación: la fuente y la fuente de referencia se escuchan en los mismos micrófonos, y la sala desaparece en la diferencia. La Parte 2 construye la sala en su lugar, una sala de ensayo reverberante especial cuyo tiempo de reverberación sigue una curva prescrita, de modo que la potencia acústica se lee solo a partir del nivel medio en la sala; conserva además un método de comparación. Esta guía cubre la cualificación de la sala de ambas partes, las correcciones por ruido de fondo, los sondeos de ubicaciones de la fuente, las determinaciones, la reproducibilidad de las Tablas 3 y 5 y las condiciones meteorológicas de referencia. Qué vía encaja con qué trabajo se sopesa en Potencia acústica.

Las dos salas en planta, cada una la del ejemplo resuelto de la guía. La Parte 1 pide poco a la sala y lleva una fuente de referencia a donde estuvo la fuente; la Parte 2 construye la sala para que su tiempo de reverberación siga una curva, y lee la potencia solo a partir del nivel en la sala.

La sala. El apartado 4 pide una sala de al menos 40 m³ y de al menos cuarenta veces la caja de referencia, la menor caja que encierra la fuente y su mesa; en una sala de hasta 100 m³ la mayor dimensión de la caja es como mucho 1,0 m, y 2,0 m por encima de ese volumen (4.2). Ninguna porción de las paredes, del suelo o del techo puede tener un coeficiente de absorción mayor que 0,20 a ninguna frecuencia de interés (4.3): el modelo es una sala casi vacía de hormigón, ladrillo, yeso o azulejo lisos. Lo que la cualifica acústicamente es 4.4: una fuente de banda ancha muy directiva, con índice de directividad de al menos 5 dB por encima de 500 Hz, se gira por cuatro orientaciones horizontales y cuatro verticales, y en cada banda de octava de 125 Hz a 8 kHz la mayor diferencia entre los ocho niveles medios no puede superar la desviación típica de reproducibilidad de la Tabla 3.

import numpy as np
from phonometry import emission

# Una batidora de encimera sobre una mesa de ensayo pequeña, en una sala de
# 5,0 m x 4,0 m x 3,0 m con paredes de hormigón pintado y suelo de terrazo. La
# caja de referencia, mesa incluida, mide 0,5 m x 0,4 m x 0,9 m.
freqs = np.array([125.0, 250.0, 500.0, 1000.0, 2000.0, 4000.0, 8000.0])
orientations = np.array([  # 4.4: una fuente directiva, nivel medio por orientación
    [71.2, 74.0, 76.1, 77.3, 76.0, 73.1, 68.2],   # cuatro horizontales ...
    [72.4, 73.1, 75.4, 76.6, 75.2, 72.6, 67.4],
    [70.3, 74.6, 76.3, 77.0, 76.4, 73.5, 68.9],
    [71.9, 73.6, 75.7, 76.2, 75.5, 72.4, 67.8],
    [72.8, 74.3, 76.8, 77.1, 76.3, 73.6, 69.0],   # ... y cuatro verticales
    [70.8, 73.3, 75.9, 76.5, 75.6, 72.9, 68.1],
    [71.5, 74.9, 76.2, 77.5, 75.9, 73.3, 68.6],
    [72.1, 73.9, 75.5, 76.8, 76.2, 73.0, 67.9],
])
room = emission.check_hard_walled_room(
    orientations, freqs, volume_m3=60.0, reference_box_m=[0.5, 0.4, 0.9],
    absorption_coefficients=[0.02, 0.03, 0.05, 0.08, 0.12],
)
print(np.round(room.level_range_db, 1))           # [2.5 1.8 1.4 1.3 1.2 1.2 1.6]
print(room.limit_db)                              # [3.  2.  1.5 1.5 1.5 1.5 2.5]
print(room.passes)                                # True
print(round(room.minimum_microphone_distance_m, 2))  # 1.17 m desde la fuente (7.3)

La Tabla 3 imprime su fila central de octavas como «400 to 5 000», un intervalo de tercios de octava que conservó de la tabla de ISO 3744 de la que se convirtió; la biblioteca lee la fila como las octavas que abarca, de 500 Hz a 4 kHz (véanse las erratas). La última línea es la $d_{\min }=0,3V^{1/3}$ de 7.3 que mantiene cada micrófono en el campo reverberante, declarada para el montaje y no juzgada.

Cuántas ubicaciones de la fuente. Una fuente con tonos audibles o bandas estrechas de ruido se sondea primero (7.4): al menos seis posiciones fijas registran su nivel sin corregir, y la desviación típica por banda respecto a su media aritmética (Ec. 7 y 8) fija el número de ubicaciones de la fuente de la Tabla 2: una hasta 2,5 dB, dos en la misma sala hasta 4,0 dB y, por encima, otras dos en una segunda sala de dimensiones distintas.

survey = np.array([  # 7.4: seis posiciones, la batidora en marcha, dB
    [84.1, 86.0, 88.2, 90.1, 87.4, 83.2, 78.1],
    [82.6, 85.1, 87.5, 89.6, 88.0, 83.9, 77.5],
    [83.3, 86.8, 88.9, 90.8, 86.9, 82.8, 78.6],
    [85.0, 85.6, 87.8, 89.2, 87.7, 84.4, 77.9],
    [82.9, 86.3, 88.4, 90.5, 88.3, 83.5, 78.3],
    [84.4, 85.4, 87.1, 91.4, 87.2, 83.0, 77.6],
])
plan = emission.hard_walled_source_locations(survey, freqs)
print(np.round(plan.standard_deviation_db, 2))    # [0.93 0.63 0.65 0.8  0.52 0.6  0.42]
print(plan.required_source_locations)             # 1

La comparación. Funciona la fuente, luego la fuente sonora de referencia donde estuvo la fuente (7.2), y ambas se leen en las mismas tres o más posiciones, con el ruido de fondo justo antes o justo después (7.3, 7.5). Cada conjunto se promedia energéticamente sobre las posiciones (Ec. 10 a 12), y antes sobre las ubicaciones de la fuente cuando hay varias (Ec. 9). El ruido de fondo se corrige una vez por banda, sobre las medias y no posición a posición (8.1.3):

sin nada que corregir por encima de 15 dB y, por debajo de 6 dB, un valor fijo de 1,3 dB, el de 6 dB, con la banda declarada como cota superior: la corrección fija es menor que la que tomaría la Ec. 13, así que el nivel sale alto. La misma regla da $K_{1(\mathrm{RSS})}$ a partir de la media de la fuente de referencia, y 4.5 exige los dos márgenes de al menos 6 dB, pero un margen corto de la fuente de referencia no es una cota superior. $K_{1(\mathrm{RSS})}$ entra en la Ec. 14 con signo más, así que su valor fijo de 1,3 dB rebaja el nivel, y 8.1.3 reserva la lectura de cota superior al margen de la fuente bajo ensayo. La biblioteca marca las dos bandas con background_requirement_met y solo la primera con upper_bound. El nivel de potencia acústica en cada banda de octava es entonces

y $L_{W\mathrm{A}}$ el total del Anexo B con las correcciones por octava de la Tabla B.1.

st = survey[:5]  # cinco posiciones: una a cada lado de la caja y otra encima (7.3)
rss = np.array([  # la fuente de referencia donde estuvo la batidora, mismas posiciones
    [87.8, 83.9, 86.8, 87.9, 87.1, 85.2, 81.8],
    [87.1, 83.1, 86.1, 87.3, 86.6, 84.7, 81.2],
    [88.5, 84.4, 87.2, 88.4, 87.6, 85.8, 82.4],
    [87.7, 83.6, 86.5, 87.8, 87.0, 85.1, 81.6],
    [88.2, 83.8, 86.9, 88.1, 87.4, 85.4, 82.0],
])
lw_rss = np.array([94.0, 89.9, 92.8, 94.1, 93.2, 91.3, 87.9])  # calibrado
background = np.array([  # un conducto de ventilación en el techo, fuerte en graves
    [78.5, 71.0, 64.0, 58.0, 52.0, 45.0, 40.0],
    [79.5, 71.5, 64.5, 58.5, 52.5, 45.5, 40.5],
    [78.0, 70.5, 63.5, 57.5, 51.5, 44.5, 39.5],
    [79.0, 71.0, 64.0, 58.0, 52.0, 45.0, 40.0],
    [79.5, 71.5, 64.5, 58.5, 52.5, 45.5, 40.5],   # encima de la caja, más cerca del conducto
])
res = emission.sound_power_hard_walled(
    st, rss, lw_rss, freqs, background_levels=background, sigma_omc_db=1.0,
)
print(np.round(res.sound_power_level, 1))         # [89.1 92.2 94.3 96.3 93.7 89.6 84.2]
print(round(res.sound_power_level_a, 1))          # 100.1 dB(A)
print(np.round(res.background_correction, 2))     # [1.3  0.14 0.   0.   0.   0.   0.  ]
print(np.round(res.background_correction_ref, 2)) # [0.59 0.24 0.   0.   0.   0.   0.  ]
print(res.background_requirement_met)             # [False  True  True  True  True  True  True]
print(res.upper_bound)                            # [ True False False False False False False]
print(round(res.expanded_uncertainty_a, 1))       # 3.6 dB (k = 2)

En 125 Hz el conducto queda a 4,7 dB de la batidora, así que $K_1$ toma su valor fijo de 1,3 dB donde la Ec. 13 tomaría 1,8 dB, la llamada avisa, y los 89,1 dB que da la banda son una cota superior, que es lo que dicen el False y el True de upper_bound. La fuente de referencia, más ruidosa, conserva ahí 8,9 dB sobre el conducto, dentro del intervalo de la Ec. 13, así que sus 0,59 dB son exactos. Si hubiera sido la fuente de referencia la que se quedara corta, la banda incumpliría 4.5 igual, pero upper_bound seguiría en False: su corrección limitada daría un nivel bajo.

La comparación en una sala de paredes rígidas. Arriba, la batidora y la fuente de referencia en las cinco posiciones de micrófono, con el ruido de fondo que decide $K_1$; abajo, la Ec. 14 banda a banda, con la cota superior de 125 Hz rayada y la incertidumbre expandida de la Tabla 3 con ${\sigma }_{\mathrm{omc}}$ = 1,0 dB en cada barra.

import matplotlib.pyplot as plt

# res es el HardWalledSoundPowerResult calculado arriba. Una línea:
res.plot(language="es")   # barras de LW, LWA en el título, la cota superior rayada, U como barras de error
plt.show()

# A mano: las dos fuentes y el ruido de fondo por posición arriba, la Ec. 14 abajo.
x = np.arange(freqs.size)
fig, (axt, axb) = plt.subplots(2, 1, figsize=(10, 8.6))
for i, offset in enumerate(np.linspace(-0.24, 0.24, st.shape[0])):
    axt.plot(x + offset, st[i], "o", color="#1f77b4")
    axt.plot(x + offset, rss[i], "s", color="#2ca02c")
    axt.plot(x + offset, background[i], "x", color="#9e9e9e")
axt.plot(x, res.mean_source_level, "-", color="#1f77b4", label="media, batidora")
axt.plot(x, res.mean_reference_level, "-", color="#2ca02c", label="media, fuente de referencia")
axt.plot(x, res.mean_background_level, ":", color="#9e9e9e", label="ruido de fondo medio")
axt.set_xticks(x, [f"{f:g}" for f in freqs])
axt.set_ylabel("Nivel de presión acústica [dB]")
axt.legend()
res.plot(ax=axb, language="es")
plt.show()

La función devuelve un HardWalledSoundPowerResult: sound_power_level (Ec. 14), mean_source_level, mean_reference_level y mean_background_level (Ec. 10 a 12), reference_power_level, background_correction y background_correction_ref por banda, background_requirement_met, upper_bound, c2, sigma_r0 por banda (Tabla 3) y sigma_r0_a, sigma_omc, coverage_factor, sound_power_level_a, microphone_positions y source_positions; lo completan las propiedades sigma_tot, expanded_uncertainty (y sus formas _a) y sound_power_level_ref.

Una grapadora, un pestillo o una perforadora de papel no tienen una potencia estacionaria. El apartado 7.6 mide su nivel de suceso aislado en cada posición, al menos cinco sucesos de uno en uno o una vez sobre una serie de $N_{\mathrm{e}}$ sucesos, y 8.2 los reduce al nivel de un suceso (Ec. 15 o 16), los promedia sobre las ubicaciones de la fuente y las posiciones (Ec. 17 y 18), los corrige con la misma regla (Ec. 19) y devuelve el nivel de energía acústica $L_J$ en dB re 1 pJ con la Ec. 20, la comparación de la Ec. 14 con $\overline{L_{E(\mathrm{ST})}^{\prime }}$ en lugar de $\overline{L_{p(\mathrm{ST})}^{\prime }}$. La Ec. 19 resta el ruido de fondo promediado en el tiempo de un nivel de suceso integrado en el tiempo, como hace ISO 3744; la biblioteca compara el ruido de fondo como su exposición sobre el mismo intervalo $T$, $\overline{L_{p(\mathrm{B})}}+10{\log }_{10}(T/T_0)$, y por eso pide integration_time_s cuando hay ruido de fondo (véanse las erratas).

# Una grapadora eléctrica de escritorio en la misma sala: cinco grapados medidos
# de uno en uno en las mismas cinco posiciones, cada uno sobre T = 2 s.
strokes = st + 12.0
events = np.stack([strokes + d for d in (-0.4, 0.1, 0.3, -0.2, 0.2)])
energy = emission.sound_energy_hard_walled(
    events, rss, lw_rss, freqs,                  # (5 sucesos, 5 posiciones, 7 bandas)
    background_levels=background, integration_time_s=2.0, sigma_omc_db=2.0,
)
print(np.round(energy.sound_energy_level, 1))     # [102.2 104.4 106.3 108.3 105.7 101.6  96.2]
print(round(energy.sound_energy_level_a, 1))      # 112.1 dB(A) re 1 pJ
print(round(energy.expanded_uncertainty_a, 1))    # 5.0 dB: el EJEMPLO de 9.5

Los 5,0 dB son el ejemplo del apartado 9.5, reproducido porque las entradas son las mismas: ${\sigma }_{R0}$ = 1,5 dB de la Tabla 3, ${\sigma }_{\mathrm{omc}}$ = 2,0 dB y $k$ = 2.

Primero se cualifica la sala: su volumen frente a la caja de referencia, sus superficies frente a 0,20 y las ocho orientaciones de una fuente directiva frente a la Tabla 3; una fuente del mismo tipo que la que se va a ensayar puede sustituir a la directiva, pero la sala queda entonces cualificada solo para ese tipo. Se usan instrumentos y filtros de clase 1 y un calibrador de clase 1 antes y después de cada serie, y la serie se descarta si las dos lecturas difieren en más de 0,5 dB (5.2). La fuente se instala como se usa, a 1 m como mínimo de cada pared y del techo, con los lados de su caja no paralelos a las paredes (6.3), y una fuente directiva se orienta de modo que su componente más fuerte llegue a cada micrófono por reflexión. Se sondean seis posiciones si tiene tonos, y se usa el número de ubicaciones de la fuente que da la Tabla 2. Se colocan al menos tres micrófonos, a $0,3V^{1/3}$ de la fuente, a 0,5 m de las paredes y del techo y separados media longitud de onda de la banda más baja; cinco, uno a cada lado de la caja y otro encima, donde la sala lo permita (7.3). Se lee la fuente, la fuente de referencia donde estuvo durante unos 30 s y el ruido de fondo durante el mismo intervalo, y se declaran los niveles por banda y ponderado A con 0,1 dB de resolución junto con la incertidumbre expandida.

La sala. Al menos 70 m³, y como mucho 300 m³ cuando las octavas de 4 kHz y 8 kHz se miden con el método directo (6.2 y su NOTA). Su tiempo de reverberación está prescrito banda a banda: entre $0,9R{T}_{\mathrm{nom}}$ y $1,1R{T}_{\mathrm{nom}}$ (0,8 y 1,2 por encima de 6,3 kHz), con

o, para una sala que no sea casi cúbica, $R=1+cS/(8Vf)$ (NOTA de 6.3), y un tiempo de reverberación nominal $T_{\mathrm{nom}}$ entre 0,5 s y 1,0 s. La forma de la NOTA es el argumento del término de Waterhouse de ISO 3741: donde ISO 3741 corrige la energía que se acumula junto a las paredes, esta sala la incorpora, con un tiempo de reverberación que sube a bajas frecuencias y los 13 dB de la fórmula 9 en lugar de 14 dB (NOTA de 10.2). La norma obtiene $T_{\mathrm{nom}}$ centrando los valores medidos entre las curvas límite (6.3, B.5) y no imprime ninguna regla para ese centrado; la biblioteca toma el $T_{\mathrm{nom}}$ que deja más margen, el que minimiza la mayor desviación de cualquier banda respecto a la curva ideal medida contra la tolerancia de esa misma banda. Cuando la curva se sigue exactamente, B.5 da la fórmula (B.2), $T_{\mathrm{nom}}=T_{1000}/1,06$ para su sala de 70 m³, con 1,06 el valor de $R$ a 1 000 Hz, y la biblioteca devuelve $T_{1000}/R(1000\mathrm{Hz})$ para una sala así con cualquier volumen. El EJEMPLO de B.5 centra la curva medida de su Figura B.4 y lee $T/T_{\mathrm{nom}}$ = 1,09 a 1 kHz, de modo que $T_{\mathrm{nom}}$ = 0,8 s/1,09 = 0,73 s; sobre la misma curva la regla de la biblioteca da 1,05 y 0,76 s, que separan en 0,17 dB el $L_W$ de la fórmula 9. El 1,09 es el punto medio de las razones extremas tomadas solo frente a 0,9 y 1,1, y pone la banda de 250 Hz de la Figura B.4 en 1,13 $R$, fuera de los límites entre los que el ejemplo dice que la curva queda centrada, así que la biblioteca mantiene su regla; un $T_{\mathrm{nom}}$ dado en nominal_reverberation_time_s, los 0,73 s impresos entre ellos, se comprueba tal cual (véanse las erratas). Después, 6.6 pide que el clima se mantenga: $H(\theta +5{}^{\circ }\mathrm{C})$ durante el ensayo dentro de ±10 % de su valor cuando se midió el tiempo de reverberación. El apartado 5 añade una recomendación sobre la fuente: su volumen no debería superar el 1 % del de la sala, 0,7 m³ en una sala de 70 m³. Con source_volume_m3, la comprobación lo lee como source_size_recommended y avisa si lo supera, pero deja passes a 6.2, 6.3 y 6.6, porque el apartado dice «debería».

# Una sala reverberante especial de 4,8 m x 5,0 m x 3,0 m, 72 m3, medida en
# bandas de tercio de octava con un 52 % de humedad y 21 °C.
thirds = np.array([
    100.0, 125.0, 160.0, 200.0, 250.0, 315.0, 400.0, 500.0, 630.0, 800.0, 1000.0,
    1250.0, 1600.0, 2000.0, 2500.0, 3150.0, 4000.0, 5000.0, 6300.0, 8000.0, 10000.0,
])
t = np.array([
    1.30, 1.13, 1.14, 1.01, 0.99, 0.90, 0.94, 0.86, 0.87, 0.82, 0.83,
    0.83, 0.79, 0.83, 0.79, 0.80, 0.77, 0.81, 0.74, 0.71, 0.67,
])
room2 = emission.check_special_room_reverberation(
    t, thirds, volume_m3=72.0,
    relative_humidity_percent=48.0, temperature_c=22.0,          # durante el ensayo
    reverberation_relative_humidity_percent=52.0, reverberation_temperature_c=21.0,
)
print(round(room2.nominal_reverberation_time_s, 2))  # 0.77 s, centrado
print(room2.passes)                                  # True
print(round(room2.climate_product_change, 3))        # -0.041: dentro de +/-10 % (6.6)
print(np.round(emission.reverberation_parameter([100.0, 1000.0], 72.0), 3))  # [1.618 1.062]

6.3 con la disposición de la Figura B.3: el $T/T_{\mathrm{nom}}$ medido dentro de las curvas límite de esta sala de 72 m³, con el $T_{\mathrm{nom}}$ centrado en el título. Las curvas se ensanchan por encima de la banda de 6,3 kHz, como dice el texto de 6.3; la Figura B.3 ya las dibuja anchas en 6,3 kHz (véanse las erratas).

import matplotlib.pyplot as plt

room2.plot(language="es")   # T/Tnom, las curvas límite y la R ideal
plt.show()

Las superficies y la evaluación de idoneidad. El suelo es reflectante, con un coeficiente de absorción menor que 0,06, y cada pared y el techo absorben entre 0,5 y 1,5 veces la media de las paredes y el techo (6.4); el apartado no dice cómo se forma esa media, y con las áreas dadas la biblioteca pondera por ellas. Antes de usar la sala, 6.7 determina en ella, según esta norma, la potencia por octavas de una fuente de referencia de banda ancha calibrada según ISO 3741, o según ISO 6926 e ISO 3745, y la compara con la calibración: dentro de ±5 dB en 125 Hz, ±3 dB de 250 Hz a 4 kHz y ±4 dB en 8 kHz (Tabla 1). Un certificado guarda sus niveles en las condiciones de referencia, 23,0 °C y 101,325 kPa, y pasados como niveles valen por los niveles en el ensayo: esta primera comparación supone que la fuente de referencia se ensayó en la sala en esas condiciones.

walls = np.array([  # 6.4: cada pared y el techo, bandas de octava
    [0.16, 0.14, 0.12, 0.11, 0.10, 0.10, 0.11],
    [0.18, 0.15, 0.13, 0.12, 0.11, 0.11, 0.12],
    [0.13, 0.12, 0.11, 0.10, 0.09, 0.09, 0.10],
    [0.17, 0.15, 0.12, 0.11, 0.10, 0.10, 0.12],
    [0.12, 0.11, 0.10, 0.09, 0.09, 0.09, 0.10],   # el techo
])
floor = np.array([0.02, 0.02, 0.02, 0.03, 0.03, 0.04, 0.05])
surfaces = emission.check_special_room_surfaces(
    walls, floor, freqs, surface_areas_m2=[15.0, 14.4, 15.0, 14.4, 24.0]
)
print(surfaces.passes)                               # True
print(np.round(surfaces.surface_ratio.min(), 2), np.round(surfaces.surface_ratio.max(), 2))  # 0.81 1.21

tnom = round(room2.nominal_reverberation_time_s, 2)
bg2 = np.array([48.0, 45.0, 42.0, 40.0, 38.0, 36.0, 35.0])
lw_r = np.array([80.0, 83.5, 86.2, 86.9, 86.4, 84.3, 80.7])  # calibrada según ISO 3741
rss2 = np.array([  # la fuente de referencia en el suelo, a 1,5 m de las paredes
    [74.5, 76.8, 79.8, 80.0, 80.2, 77.2, 73.7],
    [73.6, 77.3, 79.3, 80.3, 79.7, 77.5, 73.3],
    [74.3, 77.5, 79.7, 79.9, 80.0, 77.7, 73.8],
    [73.8, 76.9, 79.5, 80.4, 79.6, 77.3, 73.7],
    [74.2, 77.2, 79.9, 80.2, 80.1, 77.2, 73.4],
    [74.1, 76.9, 79.4, 79.8, 79.8, 77.5, 73.6],
])
in_room = emission.sound_power_special_room(
    rss2, freqs, volume_m3=72.0, nominal_reverberation_time_s=tnom, background_levels=bg2,
)
suitability = emission.check_special_room_suitability(in_room.sound_power_level, lw_r, freqs)
print(np.round(suitability.difference_db, 1))   # [ 0.8  0.3  0.1 -0.1  0.2 -0.2 -0.4]
print(suitability.passes)                       # True

La propia calibración, leída en el ensayo. La fórmula 9 da la potencia que radió la fuente en las condiciones meteorológicas del ensayo (Anexo E), y una calibración ISO 6926 la guarda en las condiciones de referencia, 23,0 °C y 101,325 kPa. check_special_room_suitability toma la ReferenceSourceCalibration en lugar de los niveles, con la temperatura y la presión estática de la sala durante el paso 2, y la lee allí, como hace el método de comparación de 10.3: cada octava es la suma energética de sus tres bandas de tercio de octava, menos el $C_2$ de la fórmula del Anexo A que usó la calibración, que el apartado 8.4 de la ISO 6926 pide que compartan el laboratorio y el usuario. Los niveles que se pasan como tales se toman como ya llevados al ensayo, y entonces las condiciones solo tienen que ser válidas. Los niveles de la sala que se pasan son sound_power_level, el nivel en el ensayo, y no sound_power_level_ref, que el Anexo E ya ha llevado a las condiciones de referencia y que entonces contaría $C_2$ dos veces. Aquí los mismos niveles de la sala se leen como un ensayo a 22 °C y 97,5 kPa, frente a una calibración ISO 6926 de la misma fuente hecha en una sala semianecoica: allí la fuente radia 0,16 dB menos que en las condiciones de referencia, así que cada diferencia sale 0,16 dB mayor que frente al certificado tal como está impreso.

# La misma fuente calibrada según ISO 6926 en una sala semianecoica: 20
# posiciones fijas en la semiesfera de 2 m, tercios de octava de 100 Hz a
# 10 kHz (por brevedad, los niveles se toman iguales en todas las posiciones).
hemisphere = np.tile(np.repeat(lw_r, 3) - 10.0 * np.log10(3.0 * 2.0 * np.pi * 2.0**2), (20, 1))
calibration = emission.reference_source_calibration(
    hemisphere, frequencies_hz=thirds, arrangement="fixed",
)
print(np.round(calibration.sound_power_level_at(freqs, bandwidth="octave"), 2))
# [79.87 83.37 86.07 86.77 86.27 84.17 80.57] dB en las condiciones de referencia
suitability2 = emission.check_special_room_suitability(
    in_room.sound_power_level, calibration, freqs, temperature_c=22.0, static_pressure_kpa=97.5,
)
print(np.round(suitability2.calibrated_power_level_db, 2))  # [79.72 83.22 85.92 86.62 86.12 84.02 80.42]
print(np.round(suitability2.difference_db, 1))   # [ 1.1  0.6  0.4  0.2  0.5  0.1 -0.1]
print(suitability2.passes)                       # True

Las octavas del certificado quedan 0,13 dB por debajo de los niveles con los que se construyó la semiesfera: es $C_1$, la corrección por las magnitudes de referencia de la fórmula (2) de la ISO 6926, de −0,13 dB en las condiciones de referencia.

El apartado 6.7 frente a la calibración ISO 6926 leída a 22 °C y 97,5 kPa: la diferencia por banda de octava dentro de los límites ± de la Tabla 1.

import matplotlib.pyplot as plt

suitability2.plot(language="es")   # la diferencia por banda, con los límites de la Tabla 1
plt.show()

El sondeo. Seis posiciones en una ubicación de la fuente dan $s_{\mathrm{M}}$ por banda y para el nivel ponderado A (fórmula 4), respecto a la media aritmética cuando los seis niveles abarcan 5 dB o menos y respecto a su media energética (fórmula 5) cuando abarcan más. La Tabla 3 lo convierte en el número mínimo de ubicaciones de la fuente para 3, 6 o 12 posiciones de micrófono, y 9.5 lee las mismas clases como el carácter del espectro: banda ancha por debajo de 2,3 dB, componentes de banda estrecha hasta 4 dB y un tono discreto por encima, que el informe debe mencionar.

# Una impresora de sobremesa cuyo ventilador zumba en la octava de 500 Hz:
# el sondeo de 9.4, seis posiciones en una ubicación de la fuente, y ponderado A.
survey2 = np.array([
    [62.1, 65.4, 63.2, 64.2, 61.5, 58.1, 52.3],
    [60.4, 66.2, 69.1, 64.9, 61.1, 57.7, 51.8],
    [63.0, 64.1, 64.0, 63.8, 62.0, 58.6, 52.9],
    [61.2, 66.8, 68.7, 64.6, 61.7, 57.9, 52.1],
    [62.6, 64.7, 62.9, 63.5, 61.3, 58.4, 52.6],
    [60.9, 65.9, 67.8, 64.1, 61.9, 58.0, 52.0],
])
survey2_a = np.array([68.4, 70.1, 68.5, 70.0, 68.1, 69.5])
plan2 = emission.special_room_source_locations(survey2, freqs, a_weighted_levels=survey2_a)
print(np.round(plan2.standard_deviation_db, 2))  # [1.02 0.99 3.   0.51 0.35 0.33 0.41]
print(plan2.spectral_character[2])               # narrow-band
print(plan2.source_locations, plan2.a_weighted_source_locations)  # [1 1 2 1 1 1 1] 1

Los métodos directo y de comparación. Cada nivel se corrige por ruido de fondo con los escalones de la Tabla 4 en su propia posición (9.8): 2 dB con un margen de 4 dB o 5 dB, 1 dB de 6 dB a 8 dB, 0,5 dB con 9 dB y 10 dB, y nada por encima; la tabla da decibelios enteros y la biblioteca lee un margen en el entero más próximo. Los niveles corregidos de todas las posiciones y ubicaciones de la fuente se promedian energéticamente (fórmula 8), y el método directo lee la potencia a partir de la sala (10.2):

en cada banda de octava y, a partir de los niveles ponderados A, para el nivel ponderado A directamente, que es como describe el método el apartado 4. El método de comparación mantiene una fuente de referencia en no menos de seis posiciones (10.3) y lee $L_{W\mathrm{e}}=L_{p\mathrm{e}}+(L_{W\mathrm{r}}-L_{p\mathrm{r}})$ (fórmula 10), con el nivel ponderado A a partir de las bandas según el Anexo F.

# Así que dos ubicaciones de la fuente, la segunda 1,2 m más allá sobre el suelo.
second = survey2 + np.array([
    [0.3, -0.4, 2.1, 0.2, -0.1, 0.2, 0.1],
    [-0.2, 0.3, -3.8, -0.1, 0.2, -0.1, 0.0],
    [0.1, 0.2, 3.3, 0.1, 0.0, 0.1, -0.1],
    [-0.3, -0.2, -3.1, 0.2, 0.1, 0.0, 0.2],
    [0.2, 0.1, 2.9, -0.2, -0.2, 0.1, 0.1],
    [-0.1, 0.0, -2.4, 0.0, 0.1, -0.2, 0.0],
])
levels = np.stack([survey2, second])                           # (2, 6, 7)
levels_a = np.array([survey2_a, [68.8, 69.0, 69.4, 69.2, 68.5, 68.9]])
direct = emission.sound_power_special_room(
    levels, freqs, volume_m3=72.0, nominal_reverberation_time_s=tnom,
    background_levels=bg2, a_weighted_levels=levels_a, a_weighted_background_levels=46.0,
    sigma_omc_db=0.5,
)
print(np.round(direct.sound_power_level, 1))     # [68.5 72.3 73.  70.9 68.3 64.8 59. ]
print(round(direct.sound_power_level_a_direct, 1), round(direct.sound_power_level_a, 1))  # 75.8 75.8
print(round(direct.expanded_uncertainty_a, 1))   # 4.1 dB (Tabla 5, k = 2)

comparison = emission.sound_power_special_room_comparison(
    levels, rss2, lw_r, freqs, background_levels=bg2, sigma_omc_db=0.5,
)
print(np.round(comparison.sound_power_level, 1))  # [67.7 72.  72.9 71.  68.1 65.  59.4]
print(round(comparison.sound_power_level_a, 1))   # 75.7 dB(A)
print(emission.special_room_background_correction([62.0, 62.0, 62.0], [57.6, 54.5, 50.0]))  # [2. 1. 0.]

Los dos métodos se separan por la desviación de la propia sala respecto a su modelo, los mismos 0,8 dB en 125 Hz que encontró la evaluación de idoneidad: el método directo lee la sala y el de comparación la cancela.

9.4 y 10 en una sola vista. Arriba, la $s_{\mathrm{M}}$ del sondeo frente a los límites de clase de la Tabla 3, con el zumbido del ventilador en 500 Hz pidiendo dos ubicaciones de la fuente; abajo, la fórmula 9 banda a banda con la incertidumbre expandida de la Tabla 5, y la fórmula 10 como rombos.

import matplotlib.pyplot as plt

fig, (axt, axb) = plt.subplots(2, 1, figsize=(10, 8.6), height_ratios=(0.85, 1.0))
plan2.plot(ax=axt, language="es")
direct.plot(ax=axb, language="es")
axb.plot(np.arange(freqs.size), comparison.sound_power_level, "D",
         color="#d62728", label="Método de comparación, fórmula (10)")
axb.legend(loc="lower right")
plt.show()

sound_power_special_room_comparison() recibe levels, levels_ref (al menos seis posiciones, 10.3), lw_ref (los niveles o una ReferenceSourceCalibration, como en la Parte 1), frequencies, background_levels, background_levels_ref y los mismos cuatro últimos argumentos. Ambas devuelven un SpecialRoomSoundPowerResult: sound_power_level, mean_pressure_level, background_correction, background_requirement_met, el mean_reference_level y el reference_power_level de la fuente de referencia (comparación) o el volume_m3 y el nominal_reverberation_time_s de la sala (directo), c2, sigma_r0 (Tabla 5), sound_power_level_a (Anexo F), sound_power_level_a_direct y mean_a_weighted_level, con las mismas propiedades de incertidumbre que en la Parte 1.

Se construye o se trata la sala para que siga la curva: absorbentes de membrana para los graves y paneles perforados rellenos de lana mineral para las frecuencias medias y altas, repartidos al azar por las paredes y el techo en parches de no más de 1,5 m², y un suelo de hormigón vertido pintado (Anexo B). Se mide el tiempo de reverberación en bandas de tercio de octava con cualquier soporte absorbente de la fuente colocado, se centra, y se mantienen la humedad y la temperatura de esa medición dentro de 6.6 en cada ensayo. Se comprueba la sala una vez con una fuente de referencia calibrada (6.7), anotando la temperatura y la presión estática de la sala mientras funciona, que son las condiciones en las que se lee su calibración. Se usa un micrófono plano para incidencia aleatoria, dentro de las tolerancias de la Tabla 2 de la norma. La fuente se instala como se usa o, si no, sobre el suelo a 1 m como mínimo de la pared más cercana (8.2), y sin superar el 1 % del volumen de la sala (apartado 5). Se sondean seis posiciones, a $\lambda /4$ como mínimo de las superficies de la sala para la banda más baja, a $0,3V^{1/3}$ de la fuente y separadas $\lambda /2$ ($\lambda$ = 3,5 m para la ponderación A, 9.3), y se toman las posiciones y ubicaciones que da la Tabla 3. Con un micrófono móvil se promedian al menos 10 s por banda, y 30 s en 160 Hz y por debajo y para la ponderación A (9.2).

Incertidumbre (apartado 9 de ISO 3743-1, apartado 11 de ISO 3743-2). ${\sigma }_{\mathrm{tot}}=\sqrt{{\sigma }_{R0}^2+{\sigma }_{\mathrm{omc}}^2}$ y $U=k{\sigma }_{\mathrm{tot}}$, con ${\sigma }_{R0}$ la cota superior típica por banda: la Tabla 3 de la Parte 1 da 3,0 / 2,0 / 1,5 / 2,5 dB en 125 Hz / 250 Hz / de 500 Hz a 4 kHz / 8 kHz y 1,5 dB ponderado A, y la Tabla 5 de la Parte 2 da 5,0 / 3,0 / 2,0 / 3,0 dB y 2,0 dB. Los dos EJEMPLOS, con ${\sigma }_{\mathrm{omc}}$ = 2,0 dB y $k$ = 2, dan 5 dB (Parte 1) y 5,7 dB (Parte 2), y las Tablas C.1 y D.1 imprimen los totales para tres estabilidades de las condiciones de funcionamiento; el informe de conformidad fija todos ellos. Los balances de los Anexos C y D son informativos y no se modelan.

Ensayos interlaboratorio (Ec. 24 de la Parte 1). Un ensayo interlaboratorio da la desviación típica total de una fuente, que aún lleva la inestabilidad de esa fuente; ${\sigma }_{R0}^{\prime }=\sqrt{{{\sigma }_{\mathrm{tot}}^{\prime }}^2-{{\sigma }_{\mathrm{omc}}^{\prime }}^2}$ la elimina, y no debe usarse con ${\sigma }_{\mathrm{omc}}^{\prime }$ por encima de ${\sigma }_{\mathrm{tot}}^{\prime }/\sqrt{2}$. La Parte 2 imprime la misma relación como su fórmula (14) con un signo más, que su propio párrafo siguiente contradice; la biblioteca toma la diferencia en ambas (véanse las erratas).

Condiciones de referencia (Anexo A de la Parte 1, Anexo E de la Parte 2). Por encima de 500 m los niveles se llevan a 101,325 kPa y 23,0 °C con $C_2=-10{\log }_{10}(p_{\mathrm{s}}/p_{\mathrm{s},0})+15{\log }_{10}[(273,15+\theta )/296]$, la $C_2$ de ISO 3741 e ISO 3747, con la presión estática a partir de la altitud según $p_{\mathrm{s}}=p_{\mathrm{s},0}(1-a{H}_{\mathrm{a}}{)}^b$. Ambos anexos imprimen $C_2$ sola.

# Un laboratorio a 1 100 m sobre el nivel del mar, a 19 °C.
ps = emission.static_pressure_from_altitude(1100.0)
high = emission.sound_power_hard_walled(
    st, rss, lw_rss, freqs, background_levels=background,
    temperature_c=19.0, static_pressure_kpa=ps,
)
print(round(ps, 2), round(high.c2, 3))            # 88.79 kPa, 0.488 dB (Ec. A.2, A.1)
print(round(high.sound_power_level_a_ref, 1))     # 100.6 dB(A) en las condiciones de referencia
print(round(emission.reproducibility_from_round_robin(1.9, 1.1), 2))  # 1.55 dB (Ec. 24)

Totales ponderados A (Anexo B de la Parte 1, Anexo F de la Parte 2). $L_{W\mathrm{A}}$ es la suma energética de los niveles por banda más las correcciones por octava de la Tabla B.1 (las mismas que la Tabla F.1 y que la Tabla E.2 de ISO 3744): −26,2, −16,1, −8,6, −3,2, 0,0, 1,2, 1,0 y −1,1 dB de 63 Hz a 8 kHz.

Una determinación termina en un documento. Los dos resultados tienen un método .report() que escribe una ficha PDF de una página con la disposición de las demás hojas de potencia acústica: el método y su grado de exactitud, una cabecera opcional de ReportMetadata (cliente, fuente de ruido, sala de ensayo, instrumentación, clima, fecha), una tabla por banda de octava, el espectro, el nivel ponderado A en recuadro con la incertidumbre expandida y su factor de cobertura, y la cadena de fórmulas en la que se apoya el nivel, que es lo que el apartado 10.5 de la Parte 1 y el 12.5 de la Parte 2 piden que recoja el registro. La tabla de ISO 3743-1 lleva las dos fuentes: el nivel medio de la fuente, el nivel medio y la potencia calibrada de la fuente sonora de referencia, y $L_W$ (o $L_J$ para una ráfaga). La tabla de ISO 3743-2 lleva el nivel medio y $L_W$, con las columnas de la fuente de referencia en el método de comparación, e imprime $L_W$ al medio decibelio más próximo, como pide su apartado 12.5 d), donde la Parte 1 pide 0,1 dB (10.5 g). En la tabla de ISO 3743-1 una banda que el apartado 8.1.3 convierte en cota superior se marca con * y se nombra como tal debajo; una banda que incumple 4.5 por el margen de la fuente de referencia, o sin ruido de fondo medido, se marca con † y se nombra así. La tabla de ISO 3743-2 marca con * toda banda en la que no se demuestra el requisito de ruido de fondo, que es todo lo que dice de ella el apartado 9.8. La línea de base dice lo que da el factor de cobertura: el 95 % bilateral con $k$ = 2, el 95 % unilateral para una comparación con un límite con $k$ = 1,6. El método directo pone en el recuadro el nivel ponderado A que describe el apartado 4, la fórmula 9 sobre los niveles de presión acústica ponderados A, e imprime al lado el total de las bandas del Anexo F. requirement añade un veredicto CUMPLE o NO CUMPLE frente a un límite ponderado A declarado, verbose=True añade las columnas de ruido de fondo y language="es" escribe la hoja en español.

from phonometry import ReportMetadata

res.report(
    "batidora_iso3743_1.pdf",
    metadata=ReportMetadata(
        client="Fabricante de electrodomésticos de ejemplo",
        specimen="Batidora de encimera sobre mesa de ensayo, a plena velocidad",
        test_room="Sala de ensayo de paredes rígidas, V = 60 m3, hormigón pintado",
        requirement=102.0,
    ),
    language="es",
)   # LWA = 100,1 dB(A) re 1 pW, 125 Hz marcada con *: límite declarado 102 dB(A), CUMPLE
direct.report("impresora_iso3743_2.pdf", language="es", verbose=True)

Las fichas de ejemplo se regeneran con make reports y se mantienen renderizadas en el repositorio; pulsa una vista previa para abrir el PDF.

Ficha de una página de determinación de la potencia acústica según ISO 3743-1: un encabezado con el cliente, la batidora de encimera como fuente de ruido, la sala de ensayo de paredes rígidas de 60 metros cúbicos, la instrumentación y el clima, la tabla en bandas de octava de 125 Hz a 8 kHz del nivel medio de la fuente, del nivel medio y del nivel de potencia acústica calibrado de la fuente sonora de referencia y del LW determinado, con el valor de 125 Hz de 89,1 dB marcado con un asterisco, el espectro de potencia acústica con su incertidumbre expandida y la cota superior de 125 Hz en la leyenda, el recuadro con el nivel de potencia acústica ponderado A LWA = 100,1 dB(A) re 1 pW con el LW total, el método de comparación y una incertidumbre expandida de 3,6 dB con factor de cobertura 2, un veredicto CUMPLE frente a 102 dB(A) declarados, y unas líneas de base con la cadena de las Ec. 10 a 14 y sus correcciones por ruido de fondo, la frase que declara cota superior la banda marcada, la incertidumbre según la Tabla 3 y la ponderación A del Anexo B.

Descargar el informe (PDF)

Ficha de una página de determinación de la potencia acústica según ISO 3743-2: un encabezado con el cliente, la impresora de sobremesa como fuente de ruido, la sala de ensayo reverberante especial de 72 metros cúbicos con un tiempo de reverberación nominal de 0,77 s, la instrumentación y el clima, la tabla en bandas de octava de 125 Hz a 8 kHz del nivel de presión acústica medio y del LW determinado al medio decibelio más próximo, el espectro de potencia acústica con su incertidumbre expandida, el recuadro con el nivel de potencia acústica ponderado A LWA = 75,8 dB(A) re 1 pW a partir de los niveles ponderados A por la fórmula 9, con el LW total, el total de las bandas del Anexo F de 75,8 dB(A), el método directo con el volumen de la sala y el tiempo de reverberación nominal y una incertidumbre expandida de 4,1 dB con factor de cobertura 2, un veredicto CUMPLE frente a 77 dB(A) declarados, y unas líneas de base con la fórmula 8 y las correcciones por ruido de fondo de la Tabla 4, la fórmula 9, la incertidumbre según la Tabla 5 y la ponderación A del Anexo F.

Descargar el informe (PDF)

• Cubierto

  ISO 3743-1:2010: los criterios de sala de 4.2 a 4.4 (check_hard_walled_room), el sondeo de 7.4 con la Tabla 2 (hard_walled_source_locations), las medias de las Ec. 9 a 12, la corrección por ruido de fondo de 8.1.3 sobre las medias con sus reglas de 6 dB, 15 dB y 1,3 dB, el nivel de potencia acústica de la Ec. 14 (sound_power_hard_walled), el nivel de energía acústica de las Ec. 15 a 20 (sound_energy_hard_walled), la reproducibilidad de la Tabla 3 con las Ec. 22 y 23, el ensayo interlaboratorio de la Ec. 24 (reproducibility_from_round_robin), el Anexo A y los totales del Anexo B. ISO 3743-2:2018: el parámetro de reverberación de la fórmula (1) y su NOTA (reverberation_parameter), las curvas límite de 6.3 con un $T_{\mathrm{nom}}$ centrado o dado, el volumen de 6.2, el clima de 6.6 y el tamaño de la fuente del apartado 5 (check_special_room_reverberation), las superficies de 6.4 (check_special_room_surfaces), la evaluación de idoneidad de 6.7 frente a los niveles calibrados o a una calibración ISO 6926 leída en las condiciones del ensayo (check_special_room_suitability), el sondeo de 9.4 con la Tabla 3 y el carácter espectral de 9.5 (special_room_source_locations), la Tabla 4 (special_room_background_correction), la fórmula directa 9 (sound_power_special_room) y la de comparación 10 (sound_power_special_room_comparison), la reproducibilidad de la Tabla 5, el Anexo E y los totales del Anexo F. Los dos resultados escriben la hoja de ensayo de una página con .report(), con las cotas superiores de la Parte 1 y las demás bandas que incumplen el requisito de ruido de fondo marcadas y declaradas por separado.

• No cubierto

  Los balances de incertidumbre del Anexo C (Parte 1) y del Anexo D (Parte 2) son informativos y no se modelan: ${\sigma }_{R0}$ es la cota superior típica de la Tabla 3 o de la Tabla 5, no un valor de un ensayo interlaboratorio ni de un modelo. Las reglas de colocación (ubicación de la fuente, distancias de los micrófonos a la fuente y a las superficies, recorridos y su velocidad) son decisiones del operador, tomadas antes de que existan los niveles, y las tolerancias de instrumentación de la Tabla 2 de la Parte 2 son del instrumento. La guía de diseño del Anexo B de la Parte 2 (las proporciones de sala de la Tabla B.1, el absorbente de membrana de la fórmula B.1) es un consejo para construir una sala, no un criterio con el que se juzgue. La Parte 2 deja las ráfagas aisladas a ISO 3744 e ISO 3745 por su objeto; la Parte 1 les da un nivel de energía acústica. La fuente sonora de referencia se toma como calibrada: sus características y sus tolerancias de calibración, el Anexo A de la Parte 2 (A.1 y la Tabla A.1: ±1 dB de 100 Hz a 160 Hz, ±0,5 dB de 200 Hz a 4 kHz, ±1 dB de 5 kHz a 10 kHz) y la ISO 6926 para la Parte 1, son cosa de su certificado de calibración y no se juzgan aquí. Una calibración ISO 6926 hecha en Campo libre y fuente de referencia, que juzga los requisitos de ISO 6926, la toman ambas comparaciones como lw_ref, y la evaluación de idoneidad de 6.7 como calibrated_power_levels, y la leen en las condiciones del ensayo.