En la acústica aplicada, el ruido blanco y el ruido rosa desempeñan un papel muy importante. Se utilizan en los ensayos como señales de excitación controladas. Lo fundamental es su espectro de frecuencias, que garantiza una energía uniforme en una banda determinada.
El ruido resulta útil en las mediciones de recintos, altavoces y elementos de separación de los edificios, en particular cuando el sonido registrado es el resultado de la interacción de la fuente sonora con el sistema en estudio. Conociendo las características de la fuente, podemos determinar con precisión cómo modifica el sistema en estudio la distribución de la energía acústica.
En los ensayos acústicos, cuando conocemos la señal de prueba, podemos evaluar en qué medida se atenúan o se amplifican frecuencias concretas en un recinto determinado. Además, como el ruido abarca la banda de frecuencias completa, permite estudiar todas las frecuencias con una sola emisión de la señal de prueba.
Entre las señales de prueba más habituales están el ruido blanco, el ruido rosa, la señal sinusoidal, el barrido sinusoidal (sweep) y la MLS. En acústica aplicada se utilizan distintas señales de prueba según el objetivo de la medición. La elección de la excitación depende de si estudiamos la respuesta en frecuencia, la respuesta al impulso, el aislamiento u otros parámetros.
La señal sinusoidal es una señal de una sola frecuencia. Resulta muy útil para determinar la distorsión armónica y los desfases entre dos sistemas.
El barrido sinusoidal es una sinusoide de frecuencia variable que se utiliza en las mediciones de la respuesta al impulso de recintos y de la respuesta de altavoces y cadenas de audio.
La MLS (secuencia de longitud máxima, del inglés maximum length sequence) es una secuencia pseudoaleatoria similar al ruido blanco. A diferencia del ruido blanco, la MLS se repite de forma exacta, lo que supone una gran ventaja cuando se necesita sincronización y un promediado sencillo de los resultados.
El ruido blanco es un tipo particular de señal en el que cada intervalo de frecuencias de igual anchura tiene la misma potencia de señal. Es un ruido aleatorio con densidad espectral de potencia constante.
Un ruido blanco ideal tiene la misma potencia media de 100 a 200 Hz que, por ejemplo, de 1000 a 1100 Hz. Cada uno de estos intervalos tiene una anchura de 100 Hz, por lo que su potencia media también es idéntica. En el dominio del tiempo, la forma de onda del ruido blanco es irregular, pero sus valores medios esperados están definidos con precisión.
El ruido rosa es una señal aleatoria cuya densidad espectral de potencia disminuye de forma inversamente proporcional a la frecuencia. A medida que aumenta la frecuencia, a cada intervalo de anchura constante le corresponde cada vez menos potencia.
Lo más importante de este ruido es que cada banda de octava contiene la misma potencia. Esto significa que las octavas de 125–250 Hz y de 1000–2000 Hz tienen la misma potencia media.
El ruido rosa se presta especialmente al análisis en bandas de octava y de tercio de octava, porque su espectro en esas bandas es plano. En intervalos de frecuencia de igual anchura, el ruido rosa presenta una mayor proporción de bajas frecuencias que de altas; en el ruido blanco, el reparto es uniforme.
El ruido rosa es especialmente útil en las mediciones acústicas basadas en el análisis en bandas de octava y de tercio de octava. Si la fuente sonora genera ruido rosa y el sistema en estudio tiene una respuesta en frecuencia plana, a la salida deberíamos obtener niveles similares en las sucesivas bandas de octava.
Si el espectro a la salida no es plano, refleja la respuesta en frecuencia del sistema en estudio (una vez tenidas en cuenta la respuesta de la fuente y la de la cadena de medición). Cuando conocemos la señal de entrada y medimos la de salida, podemos determinar la respuesta en frecuencia del sistema.
Conviene recordar que los niveles de las bandas solo son iguales con una ponderación frecuencial plana. Con la ponderación frecuencial A, que es la de uso habitual, las bandas no tienen niveles iguales. Además, el ruido generado no es ideal: el altavoz y los demás elementos de la cadena influyen en la señal.
A diferencia del ruido rosa, el ruido blanco muestra en las mediciones niveles crecientes en las sucesivas octavas, porque el ancho de banda aumenta.
El ruido es idóneo para medir el tiempo de reverberación en la acústica de recintos. En la medición del tiempo de reverberación por el método de ruido interrumpido, se introduce en el recinto una energía acústica suficiente y, tras apagar la fuente, se registra el tiempo de caída del nivel de presión acústica. La rapidez de esa caída determina el tiempo de reverberación en las distintas bandas de frecuencias.
El ruido rosa resulta útil aquí porque su energía se reparte de forma uniforme entre las sucesivas octavas, lo que permite obtener niveles adecuados en muchas bandas a la vez. Debido al carácter aleatorio de la excitación, el procedimiento se repite muchas veces y los resultados se someten a un análisis estadístico.
El método de ruido interrumpido es uno de los dos métodos definidos en la norma ISO 3382-2 «Acústica. Medición de parámetros acústicos en recintos. Parte 2: Tiempo de reverberación en recintos ordinarios».
El ruido se emplea asimismo en las mediciones de aislamiento acústico. El aislamiento acústico de los elementos de separación depende en gran medida de la frecuencia. Una pared o una puerta puede atenuar el sonido con más eficacia en una banda de frecuencias y con menos en otra.
Para evaluar la eficacia en todo el rango de frecuencias, se excita el recinto fuente con una señal de ruido adecuada y después se miden los niveles de presión acústica en ambos recintos. Se utiliza ruido blanco o rosa y, cuando en el recinto receptor la relación señal/ruido es insuficiente a altas frecuencias, se puede dar al espectro de la señal la forma adecuada. La diferencia de niveles entre la señal en el recinto fuente y la señal en el recinto receptor caracteriza la eficacia con la que el elemento de separación entre ambos recintos atenúa el sonido.
La metodología se describe en detalle en la serie ISO 16283 «Acústica. Medición in situ del aislamiento acústico en los edificios y en los elementos de construcción», para mediciones in situ, y en la serie ISO 10140 «Acústica. Medición en laboratorio del aislamiento acústico de los elementos de construcción», para mediciones en laboratorio. Para las mediciones en laboratorio, la parte 5 de la serie ISO 10140 (ISO 10140-5) recomienda utilizar ruido blanco. Las clasificaciones por número único del aislamiento acústico se obtienen con procedimientos distintos según la norma. La ISO 717-1 define Rw (laboratorio) y R’w o DnT,w (in situ), mientras que en EE. UU. la ASTM E413 define STC (laboratorio) y NIC o ASTC (in situ); cada resultado se expresa en la clasificación de la norma con la que se realizó el ensayo y no se convierte.
Las señales de ruido se emplean, además, en los ensayos de altavoces y de sistemas electroacústicos. El ruido funciona muy bien para medir la respuesta en frecuencia. Para interpretar correctamente la respuesta del propio altavoz, hay que limitar o tener en cuenta otras influencias en los resultados de la medición. El ruido se utiliza también en los ensayos de durabilidad de altavoces.
El ruido blanco sirve también como ruido de fondo controlado. Al introducir ruido en el sistema, podemos evaluar la reacción de un dispositivo o de un algoritmo ante una perturbación acústica. Es uno de los métodos para evaluar sistemas de reconocimiento de voz, de reducción de ruido o de comunicación.
En los ensayos de inteligibilidad del habla se utiliza una señal especializada basada en componentes de ruido. El ruido sin modular no basta para estos ensayos, porque el habla natural contiene modulaciones de amplitud en el tiempo.
En las mediciones del índice de transmisión del habla (STI, Speech Transmission Index) se utilizan señales portadoras de ruido con un espectro adecuadamente conformado y modulaciones de amplitud conocidas. La señal base puede crearse a partir de ruido rosa, que después se divide en bandas de octava y se conforma para que corresponda al espectro del habla. En estas bandas se introducen modulaciones de amplitud, y el instrumento analiza en qué medida se conservan esas modulaciones tras atravesar el canal de transmisión del habla en estudio.
Gracias al espectro conformado y a las modulaciones, la señal de prueba reproduce tanto el espectro como las variaciones de la envolvente del habla natural y, por tanto, resulta muy adecuada para medir la inteligibilidad del habla. Los sistemas de alarma por voz y de comunicación de emergencia son una aplicación típica de la medición del STI según la norma IEC 60268-16.
Las normas de ensayo acústico para mediciones con señales de ruido tienen designaciones internacionales, europeas y nacionales. ISO e IEC publican los métodos internacionales, y las normas europeas (EN ISO, EN IEC) los adoptan de forma idéntica. BSI y DIN publican estas normas europeas en el Reino Unido y en Alemania con los prefijos BS EN y DIN EN. Estados Unidos utiliza sus propios métodos ASTM para el aislamiento acústico y adopta las especificaciones IEC para sonómetros y filtros como normas ANSI/ASA. La tabla recoge la norma internacional de cada medición y su publicación nacional o la norma correspondiente en cada región.
| Medición | Internacional y Europa | EE. UU. | Reino Unido | Alemania |
|---|---|---|---|---|
| Tiempo de reverberación en recintos ordinarios | ISO 3382-2 (método de ruido interrumpido o método de respuesta por impulsos integrado) | Sin equivalente en EE. UU.; ANSI/ASA S12.60 (escuelas) remite a la ISO 3382-2 como guía para las comprobaciones in situ | BS EN ISO 3382-2 | DIN EN ISO 3382-2 |
| Aislamiento a ruido aéreo, in situ | ISO 16283-1 (se recomienda ruido blanco o rosa); evaluación: ISO 717-1 (R’w, DnT,w) | ASTM E336 (método in situ); evaluación: ASTM E413 (NIC, ASTC) | BS EN ISO 16283-1; evaluación: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 16283-1; evaluación: DIN EN ISO 717-1 |
| Aislamiento a ruido aéreo, en laboratorio | ISO 10140-2 (método) e ISO 10140-5 (instalaciones y señal de prueba; se recomienda ruido blanco); evaluación: ISO 717-1 (Rw) | ASTM E90 (método de laboratorio); evaluación: ASTM E413 (STC) | BS EN ISO 10140-2 y BS EN ISO 10140-5; evaluación: BS EN ISO 717-1 | DIN EN ISO 10140-2 y DIN EN ISO 10140-5; evaluación: DIN EN ISO 717-1 |
| Inteligibilidad del habla (STI, STIPA) | IEC 60268-16 | IEC 60268-16 | BS EN IEC 60268-16 | DIN EN IEC 60268-16 |
| Sonómetro de clase 1 y filtros de octava | IEC 61672-1 e IEC 61260-1 | ANSI/ASA S1.4/Part 1 y ANSI/ASA S1.11/Part 1 (adopciones idénticas de IEC 61672-1 e IEC 61260-1) | BS EN 61672-1 y BS EN 61260-1 | DIN EN 61672-1 y DIN EN 61260-1 |
Abreviaturas: Rw: índice de reducción acústica ponderado; R’w: índice de reducción acústica aparente ponderado; DnT,w: diferencia de nivel normalizada ponderada; STC: clase de transmisión sonora (Sound Transmission Class); NIC: clase de aislamiento al ruido (Noise Isolation Class); ASTC: clase de transmisión sonora aparente (Apparent Sound Transmission Class).
El SVAN 979 es un sonómetro de clase 1 y analizador de vibraciones con generador de señal integrado. El generador produce ruido rosa, ruido blanco y una señal sinusoidal.
El generador trabaja junto con la función de tiempo de reverberación RT60: en el método de ruido interrumpido, el instrumento envía ruido rosa a la salida con la que se alimenta la fuente sonora y, tras apagar la señal, registra la caída del nivel en bandas de tercio de octava. El SVAN 979 también mide el tiempo de reverberación por el método de respuesta por impulsos. La aplicación BA Assistant guía paso a paso la medición del aislamiento acústico.
El distribuidor de SVANTEK le ayudará a elegir el sonómetro, la fuente sonora y la aplicación para medir el tiempo de reverberación y el aislamiento acústico.
