Libro de Actas Congreso Ingeacus 2017 by AcusticaUACh

ISBN 978-956-390-052-1

CINE PLANET SALA 5 INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional

Editado por

SOCAVÓN Alexandra Lyselott Astudillo Montenegro

CINE CINEASTA INVITADO

Ilustrado por Fernanda Cortés Zapata

LI CI

FUNCIÓN · 54’/ DCP KIRO RUSSO

Compilado por

Enterprisse · 8’

Eugenio Sotomayor Berlien, Juku · 18’ Sistema de Bibliotecas, Universidad Austral de Chile La Bestia · 13’

Comisión Organizadora Nueva Vida · 15’ Ximena Alarcón Echaveguren Esteban Alarcón Mercado FUNCIÓN · 61’/ DCP Alexandra Astudillo Montenegro Iván Cea Rojas CARLOS PIÑEIRO Sebastián Escribano Ruiz Felipe Orellana Ramos Martes de Ch’alla · 12’ Tatiana Pereira Vergara Max Jutam · 11’

Comisión Colaboradora Plato Paceño · 10’ Amazonas. Bolivia · 12’ Dr. Jorge P. Arenas Dr. Felipe Otondo Ruíz Dr. Víctor Poblete Ramírez PABLO PANIAGUA Dr. Enrique Suárez Silva Uno · 8’ Ing. Rodrigo Torres Alarcón Despedida · 8’

FUNDADORA Y ORGANIZADORA

PRODUCE

INVITAN

2017

Congreso Internacional de Acústica y Audio profesional Escuela de Ingeniería Civil Acústica, Facultad de Ciencias de la Ingeniería, Universidad Austral de Chile. ALIADOS PRINCIPALES Contacto: contacto@ingeacus.cl - https://www.acusticauach.cl © Universidad Austral de Chile, 2018. ISBN 978-956-390-052-1

Patrocinadores International Institute of Acoustics and Vibration, IIAV Federación Iberoamericana de Acústica, FIA Sociedad Española de Acústica, SEA Audio Engineering Society – Chile, AES Chile Sociedad Chilena de Acústica, SOCHA Colegio de Ingenieros en Acústica, A.G., CIAC Facultad de Ciencias de la Ingeniería, UACh Universidad Austral de Chile Ministerio del Medio Ambiente, MMA Ministerio de Vivienda y Urbanismo, MINVU Dirección de Investigación y Desarrollo UACh, DID Dirección de Asuntos Estudiantiles UACh, DAE Vicerrectoría de Gestión Económica y Administrativa UACh Relaciones Públicas UACh, Rectoría Vicerrectoría Académica UACh Dirección de Estudios de Pregrado UACh

Auspiciadores Gfai-tech Nicolaides Silentium Sonoflex Spevi Volcan PROACUS Knauf Control Acústico

Obra editada en Valdivia, el año 2017 4

ISBN 978-956-390-052-1

Palabras de la Organización La Escuela de Ingeniería Civil Acústica y el Instituto de Acústica, pertenecientes a la Facultad de Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Austral de Chile, representan a las unidades académicas con más trayectoria en la especialidad de Acústica en el país y Latinoamérica. Ambas unidades siempre han velado por la formación de profesionales íntegros y capacitados para desempeñarse en la resolución de problemas y diseño ingenieril de alto nivel. La organización de INGEACUS 2017 comenzó cuando junto a algunos compañeros de carrera, asistimos al Congreso Internacional de Acústica realizado en septiembre del año 2016 en Argentina. Entre todas las actividades que realizamos para poder ir al congreso, la versión 2015 del festival Yankeelandia, varias tocatas en el CAF, nos dimos cuenta de que éramos un grupo con potencial para hacer algo más importante. Así es que cuando volvimos a Valdivia, hicimos un llamado entre nuestros compañeros de Ingeniería Civil Acústica para formar una nueva comisión organizadora de la versión 2017. Se unieron algunos compañeros, otros se fueron, también invitamos a los profesores del Instituto de Acústica, para que nos guiaran en la planificación del congreso. Luego comenzamos a reunirnos una vez por semana para exponer nuestras ideas, investigar lo que se hizo las versiones pasadas de INGEACUS y para definir los objetivos y la estructura general de esta nueva versión. Al principio nos costó poder asignar las tareas específicas de cada uno, pero luego de varios meses de reuniones continuas y conversaciones con la comisión colaboradora, logramos conocer e identificar las aptitudes de cada uno de nosotros, hasta que logramos ser un grupo consolidado, creativo, muy proactivo y responsable. Quisiera reconocer el gran trabajo de Tatiana Pereira; encargada de todos los temas financieros del congreso, a Ximena Alarcón; responsable de las inscripciones y becas, a Iván Cea; coordinador del área científica y académica; a Sebastián Escribano; quien gestionó todas nuestras instalaciones y permisos, a Felipe Orellana; productor general, a Esteban Alarcón; estudiante de primer año de Ingeniería Civil Acústica quién esperamos sea el líder de la próxima versión de nuestro congreso y a todo nuestro equipo de ayudantes. Finalmente agradecemos a José Luis Barros; por la confianza y el apoyo de parte de la Escuela de Ingeniería Civil Acústica, a Enrique Suárez por ayudarnos en la organización y por corregirnos cada vez que nos desviamos del objetivo, a Antonio Marzzano, presidente del Colegio de Ingenieros en Acústica, por su gestión con las empresas Auspiciadoras y a todos nuestros patrocinadores por creer en nosotros. INGEACUS 2017, Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional, es el esfuerzo materializado de estudiantes y académicos de la carrera de Ingeniería Civil Acústica, para generar un espacio único en donde se divulguen y compartan experiencias profesionales, siempre con la aspiración de generar lazos de colaboración entre nuestra disciplina e investigadores; empresarios y especialistas de múltiples áreas y ciencias, para así demostrar la transversalidad, inter y transdisciplinariedad que posee la acústica y sus innovaciones.

Alexandra Astudillo Montenegro. Coordinadora General INGEACUS 2017

ISBN 978-956-390-052-1

Comisiรณn organizadora. INGEACUS 2017

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Tabla de Contenidos

CONFERENCISTAS ACÚSTICA AMBIENTAL Y NORMATIVA Análisis de la influencia del transporte público en los niveles de ruido presentes en la ciudad de Talca, Chile. G.B., Pacheco, G., Rey-Gozalo ...........................................................................................................................................

Monitoreo de Ruido en el Marco de la Gestión Ambiental. V.H., Lobos, I., Valdebenito, J.R., Flores, E., Suárez ..........................................................................................................

“Evaluación de Códigos para la Predicción del Ruido de Aerogeneradores y Parques Eólicos” Y su aplicación en la Gestión del Impacto Acústico producido por Parques Eólicos en Chile. J.D. Parra, E. Suárez, J.P. Arenas, R. Burdisso, S. McBride ..............................................................................................

El Ruido en las Políticas Públicas. I., Valdebenito, V.H., Lobos ................................................................................................................................................

Análisis Estadístico de un Mapa de Riesgo Cualitativo Según la Normativa Chilena y Comparaciones con Mediciones In Situ. L., Corral & P., Aumond ......................................................................................................................................................

Resultados in situ de la Implementación del PREXOR en la Industria del Salmón. G., Carrillo, C., Schmalz .....................................................................................................................................................

ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA Búsqueda de la geometría óptima de un tubo acústico 1D para la obtención de la equipartición modal, a través del método de los elementos finitos y algoritmos genéticos. M.A., González, J.E., Sommerhoff & C.A., Ramos ...........................................................................................................

Restauración Acústica de la Arquitectura Patrimonial. J.R. Aguilar, P.C. Gross & F.G. Herrera ......................................................................................................................................

CONTROL DE RUIDO Y VIBRACIONES Errores comunes en la selección e instalación de aisladores de vibración para equipamiento mecánico en países sísmicos. N.A., Bastián-Monarca, H., Fuentes ...................................................................................................................................

Control de ruido y vibraciones para proyectos hospitalarios en Chile. N.A., Bastián-Monarca, G., Sepúlveda , H., Fuentes ..........................................................................................................

Caracterización de Radiación Sonora de Maquinaria Pesada para Construcción Mediante Cámara Acústica. R. L., Cifuentes, J. L., Barros & G.R., Gozalo ...................................................................................................................

Monitoreo de condiciones de maquinado en base a emisión sonora. F.D., Figueroa, A. A., Aguilera, J.L., Barros, J., Cárdenas ..................................................................................................

Diseño y desarrollo de una cámara acústica para localización de fuentes de ruido CALFUR. J., Stevens, C., Salas, C., Gerard .........................................................................................................................................

Modelación de Barreras Acústicas con Louvers Para control de Ruido en Torres Enfriadoras. G.H., Moreira, H. P., Montoya, M. E., Vera ........................................................................................................................

Desarrollo De Dispositivo De Control De Ruido Tipo Cumbrera Acústica En Base A Polímeros. V. Romeo, M. Almarza, J.L.Barros .....................................................................................................................................

Atenuación de vibración de un sistema de un grado de libertad con amortiguadores de partículas de elastómero. M.A., Bustamante ...............................................................................................................................................................

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DSP E INGENIERÍA EN AUDIO Sobre una mirada acústica de la convolución basada en la respuesta impulso de una sala. A. Astudillo, I. González, T. Pereira, F. Orellana, L. Alvarado, R. Briones, F. Figueroa, J. L. Barros & V. Poblete .........

PSICOACÚSTICA Y ACÚSTICA BIOMÉDICA Evaluación Clínica de la Voz por medio de Mediciones Aerodinámicas y Acústicas. V. M., Espinoza & M., Zañartu ...........................................................................................................................................

103

Influencia de la variación tonal de la voz hablada en el contexto de un proceso de enseñanza-aprendizaje: experimento piloto. M.A., Benavente, V. M., Espinoza ......................................................................................................................................

107

Evaluación de la Exposición a Vibración de Cuerpo Entero que Contiene Múltiples Choques según ISO2631-5:2004 y Comparación con Evaluación según ISO2631-1:1997, Directiva 2002/44/CE y Legislación Nacional D.S. Nº594/1999. A.E. Carrillo, J.L. Urnía ......................................................................................................................................................

111

Determinación de la Efectividad de Sistemas de Refuerzo Sonoro de la Voz mediante el Indice STI (Speech Transmission Index), para la Prevención de la Disfonía Funcional en Profesores de Aula. A.E. Carrillo, R.A. Zúñiga ..................................................................................................................................................

115

TECNOLOGÍA MUSICAL Y ACÚSTICA MUSICAL Segmentación y expectación en música acusmática. Un estudio multi-modal. F. Schumacher, C. Fuentes, A. Pérez ...................................................................................................................................

121

Caracterización Acústica del Bombo Chinchinero. E., Floody, L., Núñez ...........................................................................................................................................................

125

Composición Sonora Interactiva con Danza: Prácticas desde Proyecto Emovere. J. Jaimovich, F. Morand ......................................................................................................................................................

129

Control de imagen y sonido cuadrafónico en una instalación interactiva con uso de sensores de movimiento. S.A., Acevedo .....................................................................................................................................................................

135

Evaluación perceptual de métodos de grabación de música docta en una sala de concierto. N.I., Ide ...............................................................................................................................................................................

139

ULTRASONIDO Y ACÚSTICA SUBACUÁTICA Fuentes de Ruido Antropogénico en los Ríos de la Ciudad de Valdivia, Centro Sur de Chile. A., Yori ................................................................................................................................................................................

145

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CONFERENCISTAS

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Dr. George Sommerhoff H. Doctor Ingeniero Industrial (Acústica), Universidad Politécnica de Madrid (UPM), España. Partícipe en la creación del Instituto de Acústica y de la carrera de Ingeniería Acústica de la Universidad Austral de Chile. Máximo exponente en áreas tales como Acústica Arquitectónica y Acústica Forense a nivel latinoamericano. Ha sido investigador responsable y coinvestigador de 8 proyectos de Investigación. Ha escrito 16 trabajos científicos en extenso, publicados en revistas indexadas y en actas de congresos realizados en países de América y Europa. En el año 2006 crea el programa CIVA (Certificación e Investigación de la Vivienda Austral de la UACh), donde se desempeña como Director. Conferencia plenaria: “Algunas consideraciones importantes en el diseño Acústico de salas de espectáculo” La importancia de establecer con claridad los objetivos acústicos. Las implicancias de un volumen inadecuado. Efectos en la Sonoridad y Factor de Fuerza G. Algunos ejemplos de la práctica.

Gonzalo “Chalo” González. Profesional del Audio desde 1990, con vasta trayectoria en las áreas de refuerzo sonoro, producción discográfica y musical. A lo largo de su carrera ha trabajado con artistas de la talla de: Los Tres, Inti Illimani Histórico, Gondwana, Joe Vasconcellos, Chancho en Piedra, Los Prisioneros, Astro, Tiro de Gracia, Makiza, Mon Laferte, Gepe, Los Tetas, Américo, Queen, Incubus, Slayer, Simply Red, Motorhead entre otros. Actualmente se desempeña como sonidista de sala de Francisca Valenzuela, 31 Minutos, Manuel García, Los Vásquez y además cuenta con su propio espacio denominado CHT estudios. Conferencia plenaria: “Difusión de la industria musical en Chile” Historia de la industria discográfica en Chile. Grabación discográfica en los últimos 30 años. Cambios radicales de consumo con la llegada de internet a la música. Grabación en el siglo 21 - Audio digital. Cambios en las formas de difusión fin a los sellos iTunes, Spotify, Youtube, etc. Mercado actual del sonido en vivo y presentaciones musicales. Charla (Estudio de grabación): “Producción musical de estudio” Técnicas de grabación, microfonía, preamplificación, EQ y compresión. Mezcla análoga y digital. Uso de plugins. Mastering. Producción musical.

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Dr. Samir N.Y. Gerges. Doctor en Ingeniería, Institute of Sound and Vibration Research, Universidad de Southampton. Becario de investigación postdoctoral en la Universidad de Southampton y la Universidad de Sussex en el Reino Unido. Cinco años de experiencia en la industria Aeronáutica. Profesor de Ruido y Vibración en la Universidad Federal de Santa Catarina (UFSC), Brasil, donde se ha dedicado a la enseñanza de cursos en fundamentos de la acústica, control de ruido, procesado de señal y ruido ambiental e instrumentación, a estudiantes de pregrado y posgrado. Conferencia plenaria: “Beamforming techniques for sound sources identification with applications” Acoustic parameters and sound propagation. Effects of noise and vibration on humans. Noise measurement equipment. Sound radiation from vibrating structures. Sound Isolation. Materials for sound absorption. Sound propagation in rooms and open air. Noise Control technology and Machinery Noise control. Noise control strategies. Noise control at the source, path or trajectory, and workers or receivers. Enclosures calculation. Noise control for fans and exhaust systems, motors, pumps, compressed air, values, cooling towers, etc. Curso tutorial: “Noise control and hearing protectors”. Hearing protectors. Types of performance of hearing protectors. Noise attenuation characteristics measured at the laboratory, and real world attenuation. Double protection. Effect of hearing protector usage time over total daily dose reduction. Selection of hearing protectors.

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PhD. Frits van den Berg. Frits van den Berg se graduó en física aplicada. Desde 1985, trabajó en el Science Shop de Física de la Universidad de Groningen, apoyando a grupos residenciales y ambientales con problemas de acústica y radiación sonora. Sus temas principales han sido el ruido de baja frecuencia y ruido de parques eólicos, en el que obtuvo un doctorado en 2006. Desde junio de 2007 hasta septiembre de 2017 trabajó como asesor principal en salud ambiental en el Servicio de Salud Pública de Amsterdam. Sus principales temas en este servicio fueron el ruido ambiental y el desarrollo de un ambiente saludable en comunidades. Ha realizado importantes contribuciones a la investigación del ruido de aerogeneradores y parques eólicos, principalmente enfocando su análisis en el impacto social producto de este tipo de ruido. Actualmente se desempeña como consultor privado en Mundonovo Research. Conferencia plenaria: “Wind turbine sound and its effects” Ruido de aerogeneradores Fuentes de ruido y espectro sonoro Influencia del viento Características del ruido Efectos en residentes Audibilidad y molestia Trastornos del sueño y otros efectos en salud

Dr. Wade A. Matthews. Doctor of Musical Arts por la Columbia University of New York. Estadounidense de origen francés, su fuerte es la improvisación. Cofundador de INTERMEDIA 28. Ha presentado trabajos en los 5 continentes, incluyendo actuaciones en el Museo de Arte Moderno de Nueva York, el Centro Nacional de las Artes en la Ciudad de México, el Teatro Colón de Buenos Aires, entre otros; además de festivales, seminarios, cursos, talleres, etc. Ha visitado como profesor invitado el Conservatorio de París, Universidad de California, San Diego; El Instituto de Arte de California, Universidad de Columbia. Es autor del libro “Improvisando, la libre creación musical”, en el cual profundiza temas como la composición y la improvisación. Charla: “Una poética del lugar, la libre improvisación musical ante el entorno acústico” El ser humano ante su entorno: una historia de dominación. La coexistencia con el medioambiente sonoro. La composición, la improvisación y sus relaciones con el entorno. La coherencia en la composición musical y en la improvisación. La improvisación site-specific y sus implicaciones musicales. Rítmo y tempo, planos y protagonismo. La escucha guiada: el papel del improvisador ante los oyentes, contexto y significado.

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Msc. Alfredo Dättwyler. Ingeniero Civil Acústico de la Universidad Austral de Chile, Master en Higiene Ocupacional de la Universidad Politécnica de Catalunya, España. Se ha desempeñado como asesor en el área de higiene en agentes físicos y/o químicos en diversos proyectos a lo largo de su carrera. Ha sido encargado de ejecución y supervisión de los protocolos establecidos por el Ministerio de Salud del Gobierno de Chile (PLANESI, PREXOR, TMERT, MMC, RUC, etc.) y normativas internacionales OSHA en distintas empresas. Actualmente se desempeña en BHP Billiton – Minera Escondida Ltda. Charla: “Mirada de un Acústico a la industria minera” El progresivo desarrollo económico de nuestro país y su consecuente expansión industrial, plantean un gran desafío a las empresas en materia medio ambiental y de salud para sus trabajadores. En particular la industria minera requiere de un adecuado sistema de seguridad e higiene, debido a las características de sus actividades, que muchas veces generan una serie agentes de origen físico, químico y/o biológico, de alto riesgo en el ambiente laboral. En este contexto, las empresas mineras suscriben tratados que comprometen una producción limpia y libre de riesgos para sus trabajadores, además de acogerse a las normativas nacionales de cada país. Dentro de las enfermedades profesionales, la hipoacusia por exposición a ruido laboral, presenta desde tiempos remotos una alta prevalencia, principalmente en países industrializados. El número estimado de personas afectadas por esta patología en el mundo, ha aumentado de 120 millones en el año 1995 a 250 millones en el año 2004. El ruido y vibraciones en la industria minera es uno de los contaminantes con mayor presencia y sus fuentes son diversas y muchas veces de naturaleza compleja.

Dr. Alfio Yori. Ingeniero Acústico de la Universidad Austral de Chile. Experto profesional en prevención de riesgos ocupacionales. Doctor en Ciencias de la Ingeniería de la Universidad Técnica de Berlín, Alemania. Profesor del Instituto de acústica, responsable de asignaturas como Electroacústica y Ultrasonido, y con amplia experiencia en control de ruido industrial. El trabajo que se expondrá es parte de una nueva línea de investigación que el doctor Yori ha comenzado en el Instituto de Acústica, que tiene como objetivo principal la evaluación de fuentes de ruido submarinas de origen antropogénico, con un fin de protección del medio ambiente, en especial de los seres vivos afectados. Charla: “Fuentes de ruido submarino antropogénico en el estuario del río Valdivia, centro sur de Chile” Sistema de registro sonoro implementado. Diseño de boya de transporte. Calibración del sistema en sala anecoica. Descriptores de ruido empleados en mediciones bajo el agua. Corrección por distancia. Factor de conversión para mediciones de niveles de ruido bajo y sobre el agua. Análisis y discusión de resultados obtenidos.

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Ing. Claudius Rieth. Ingeniero Acústico de la Universidad Austral de Chile, se mueve entre la música y la producción de discos. Es compositor y ha tocado con varias bandas nacionales. Bajo en Los Ex, Batería y Piano con Carolina Nissen entre otros. Fue productor musical y jefe técnico de Cuerpos Pintados con exposiciones en Chile, Argentina y Brasil. El 2005 creo Estudios Triana, lugar en el cual han grabado importantes exponentes de la música chilena. Desde Chico Trujillo, Inti Illimani histórico hasta Francisca Valenzuela y Miss Garrison. Desde el 2008 es ingeniero de Inti Illimani histórico con los cuales ha recorrido el mundo y Chile. Además, se ha especializado en amplificación de conciertos sinfónicos al aire libre. Charla: “Producción musical: desde la sala de ensayo al estudio de grabación” Preproducción en Sala de ensayo: Comprender que es un proceso holístico. Condiciones en sala de ensayo. El metrónomo como guía para todos. Grabaciones de referencia en sala de ensayo. Ensayos por grupos de músicos. Planificación: La elección del productor. La elección del ingeniero. La elección del lugar. Músicos invitados. ¿Grabar con los mismos músicos que se toca en vivo? Caso cantautores/ Caso Banda Reunión previa a entrar al estudio. La conexión humana entre las partes. Planificación de horarios y tabla de tareas pendientes (pizarra). Referencias musicales. En el estudio (Grabación): Elección de instrumentos, amplificadores, preamplificadores y micrófonos. Orden de grabación. Cantidad de tomas. Interfaces y calidad. Revisión de Instrumentos comunes del mercado. Revisión de Monitores y Preamplificadores. Mezcla Selección de tomas. Herramientas digitales. Procesamientos. Mezcla digital (In-box), Mezcla análoga o híbrida. La plantilla como base para empezar. Compresión paralela. Métodos de mezcla, retoques y procesos. Elección de DAW. En el estudio (Mastering): Conceptos básicos de masterización. Respeto a la mezcla. Unidades de Loudness en medios actuales Análogo o Digital LUFS.

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Ing. Ángel Navarrete. Jefe de la Sección Habitabilidad y Eficiencia Energética del Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU). Ingeniero Civil con especialización y post-títulos en; Acústica, Investigación Desarrollo e Innovación, Diseño de Edificaciones Energéticamente Eficientes, Diseño Contra Incendios y Diseño de Hormigones de Alto Desempeño. Profesional con experiencia en; docencia, diseño, gestión y desarrollo de proyectos y estudios en el campo de la Física de la Construcción. Charla: “Proyecciones de la Reglamentación Acústica en la Edificación” Reglamentación Nacional de Habitabilidad y Eficiencia Energética en la Edificación. Avances y actualizaciones reglamentarias. Actualizaciones Normativas. Proyecciones en la evaluación Acústica de Edificios.

Dr. José Luís Barros. Doctor en Ciencias de la Ingeniería (Acústica), Technische Universität Berlin, Alemania. Ha participado como profesor en el programa de Doctorado en Ingeniería Acústica de la Universidad Politécnica de Madrid. Coautor del libro “Ingeniería Acústica” con el Prof. Dr. Michael Möser. Sus líneas de investigación se relacionan con el Control de Ruido, Acústica Arquitectónica, Análisis de Señales de Acústica, Localización de Fuentes Mediante Beamforming (Cámara Acústica) y Modelación Matemática de fenómenos Acústicos. Curso: “Análisis y localización de fuentes sonoras con Acoustic-Camera y NoiseImage” Los asistentes al curso conocerán los fundamentos de las técnicas de localización de fuentes y el diseño de arreglos de micrófonos. Además, se explicarán mediante ejemplos las aplicaciones típicas, ventajas, posibilidades y limitaciones de la utilización de este tipo de instrumental. Se presentará el sistema Acoustic Camera y el software NoiseImage incluyendo demostraciones de instalación y uso tanto para aplicaciones de mapeo en 2D como 3D. Los participantes en el curso interesados, tendrán la posibilidad de practicar el uso del software NoiseImage en días y horarios a acordar al finalizar el curso. Fundamentos de la técnica de localización. 2D&3D Mapping. Arreglos de micrófonos. Software y algoritmos avanzados. Aplicaciones típicas. Demostración de la utilización de Hardware y Software.

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Dr. Antonio Marzzano R. Ingeniero Acústico de la Universidad Austral de Chile. Doctor en Ingeniería Acústica por la Universidad Politécnica de Madrid. Ha realizado estudios de Especialización en Contaminación Ambiental en la Universidad de Chile y becado por la Agencia de Cooperación Internacional de Japón en el curso Environmental Administration. Docente en Acústica Ambiental en la Universidad Tecnológica Pérez Rosales (actual INACAP) y en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Desde 1995 es Jefe de la Unidad de Acústica Ambiental de la Secretaría Regional Ministerial de Salud Región Metropolitana de Santiago. Ha realizado estudios de ruido ambiental y sus efectos en la salud de la población. Ha colaborado en la elaboración y discusión de las principales regulaciones de ruido ambiental actualmente vigentes en Chile. Curso: “SoundPLAN como herramienta para la confección de mapas de ruido ambiental” Módulos para la confección de escenarios a estudiar. Módulo de cálculo de niveles de ruido. Utilización de fuentes puntuales y lineales. Dispositivos, motores, maquinaria y vías de tráfico vehicular. Herramientas gráficas para la confección de mapas de ruido. Mapa de ruido de fachadas. Uso de barreras acústicas. Mapas de ruido dinámicos (ruido de trenes).

Daniel Ferreira. Títulado de Post-productor de imagen y sonido en la Escuela de Cine de Chile y Sound Designer of Visual Media en la Vancouver Film School, Canadá. Se ha especializado en el diseño de sonido para películas, animaciones y videojuegos. Uno de los fundadores de Merced, con los que ha desarrollado películas interactivas como Lais con la cual se modifica el sonido con el cuerpo. Además, ha trabajado para varios cortometrajes de animación como Isolated (Tomás Vergara) y Here’s The Plan (Fernanda Frick). En sus últimos proyectos está la película para RV llamada Harem (Leonardo Medel), la que contará con spatial sound. Se ha desempeñado como editor de efectos, artista de foley, mezclador, editor de imagen y docencia en Instituto DGM y U. de Chile. Curso: “Diseño de sonido para medios visuales” El rol del sonidista para medios visuales. Diseñando para películas, animación y videojuegos. Partes de la post-producción. Edición. Edición de diálogos. Edición de efectos. Edición de Foley. Mezcla. Plantillas de mezcla. Ejemplos prácticos de películas, animación y videojuego.

ISBN 978-956-390-052-1

SESIONES TÃ&#x2030;CNICAS

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ACÚSTICA AMBIENTAL Y NORMATIVA

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Análisis de la influencia del transporte público en los niveles de ruido presentes en la ciudad de Talca, Chile a

G.B., Pachecoa, G., Rey-Gozalob

Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, gonn.pacheco@gmail.com Universidad Autónoma de Chile, Talca, Chile, guillermoreygozalo@gmail.com

Abstract—La contaminación acústica es uno de los principales problemas medioambientales presente en las ciudades y el tránsito rodado es considerado como la principal fuente de ruido. El transporte público constituye una parte importante del tránsito y en la ciudad de Talca, el 60% de los viajes diarios son realizados por estos medios. Debido a esto, el presente estudio analizó la contribución sonora producido por distintos tipos de transporte público, para lo que fueron ubicados diferentes puntos de muestreo de ruido al azar en vías con distintas funciones en la conectividad urbana. Los resultados muestran relaciones significativas entre niveles de ruido registrados y tanto el flujo de transporte público como con el número de pasajeros. También se encontraron diferencias significativas en las firmas sonoras y en la contribución de ruido en el tipo de vía Servicio entre los distintos modos de transporte público. El transporte público produce incrementos de ruido por tipo de vía desde 0,37 dB(A) en el tipo de vía Autopista, a 2,05 dB(A) en el tipo de vía Servicio. Por lo tanto, estos resultados pueden tomarse en consideración al momento de realizar mejoras a la situación acústica o planificación de conectividad urbana en ciudades como Talca. Keywords—transporte público; ruido de tránsito; ruido ambiental; clasificación vial

I. INTRODUCCIÓN El desarrollo económico del país ha traído consigo un incremento de la población urbana y de las infraestructuras de transporte [1]. A su vez, esto ha producido un aumento de los niveles de ruido presente en las ciudades, entre otros contaminantes ambientales, siendo el tráfico rodado la principal fuente de dichos ruidos [2]. El Ministerio de Medio Ambiente ha implementado el realizar mapas de ruido como estudios de diagnóstico en diversas ciudades, para así llevar a cabo medidas preventivas y/o correctoras [3]. ruidos. Estos mapas de ruido fueron realizados con modelos de predicción sonora, los cuales utilizaron la clasificación vial realizada por el Ministerio de Vivienda y Urbanismo de Chile [4] para la obtención del flujo y tipo de vehículos. Sin embargo, para la calibración o verificación de dichos mapas se recomienda la realización de mediciones de ruido in situ [5]. Las políticas de transporte del país, así como ocurre en otros países, han fomentado el uso de transporte público en las ciudades debido a las ventajas que otorga en cuanto a optimización del espacio vial y menores emisiones de contaminantes por pasajero frente a otros medios de transporte motorizados [1], lo que sumado a sus bajos costos, provoca que la mayor parte de los viajes y un mayor porcentaje de

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población utilice estos medios de transporte, lo que en el caso de Talca es un 60% de viajes diarios en vehículos motorizados [6]. Sin embargo, ciertos modos de transporte público pueden emitir mayores niveles de ruido y generar más molestias, como son los buses interurbanos o microbuses, provocando un mayor impacto ambiental [7]. Es por lo expuesto anteriormente que el presente estudio apunta a analizar el impacto acústico del transporte público como un todo, tanto microbuses como taxis colectivos, en la ciudad de Talca, para poder estudiar su aporte a los niveles de ruido, y así ser considerado en las planificaciones viales y urbanas en las ciudades chilenas. II. METODOLOGÍA A. Ciudad estudiada La ciudad de Talca, Chile, fue escogida como escenario de esta investigación. Tiene una población de 242.473 habitantes proyectados para el año 2013 y una red vial de una longitud de 771 km [6]. Existen dos clasificaciones viales en esta ciudad, una propuesta por el Plan Regulador Comunal, según las directivas del Ministerio de Vivienda y Urbanismo (MINVU), y otra por el Ministerio de Transporte y Telecomunicaciones (MTT). Para efectos de este estudio, se seleccionó la red vial básica propuesta por el MTT [8], puesto a que presenta un escenario ya existente. Se presentan los distintos tipos de vías en la ciudad de Talca en la Figura 1:

Fig.1: Tipos de vías y localización de los puntos de muestreo: Autovía (amarillo), Troncal (rojo), ▲Servicio (azul), Colectora (verde), Local.

En la ciudad se realizan 363.566 viajes diarios en promedio, de los cuales 219.794 (un 60%) se efectúan a través de transporte público (TP) [6], el cual consta principalmente de dos modos de transporte: Microbuses (TPp) y Taxis Colectivos (TPl).

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional B. Estrategia de Medición Se repartieron aleatoriamente un total de 52 puntos de medición teniendo en cuenta la longitud total de cada uno de los tipos de vía y la disponibilidad técnica del lugar seleccionado. En la Figura 1 se muestra la localización de los puntos de muestreo. Con respecto al tipo Autovía, sólo se seleccionó un punto de muestreo pues las características de flujo de tráfico y urbanísticas eran similares en toda la longitud próxima a la ciudad de Talca. En cada punto se realizaron 3 mediciones de 15 minutos de duración en distintos horarios del día siguiendo las recomendaciones de la norma ISO 1996-2 [9]. Para ello, se utilizó un sonómetro de clase 1 (Brüel & Kjaer 2250) el cual fue calibrado antes y después de cada jornada de medición. En cada medición se registró el nivel de presión sonora equivalente (Leq) en banda ancha (ponderación A, LAeq) y en bandas por octava. También, para cada medición, se llenó una ficha con las diferentes características urbanísticas del punto de medida, condiciones meteorológicas, flujo de tránsito rodado y un registro temporal detallado de la firma sonora de los distintos tipos de vehículos de transporte público. Este registro detallado permitió eliminar la energía de los eventos sonoros de los distintos tipos de transporte público liviano y pesado y, por lo tanto, determinar su aporte al nivel sonoro registrado en los distintos tipos de vías como la diferencia aritmética entre ambos niveles. Al extraer los pasos de transporte público, en ninguno de los casos, el tiempo total de registro del transporte privado fue inferior a 10 minutos. III. RESULTADOS A. Relación entre el flujo vehicular y nivel de presión sonora En la figura 2 (a) se muestra la relación entre los LAeq y el flujo vehicular total registrados en promedio en cada uno de los distintos puntos de muestra. (a)

obtiene una relación más adecuada, como evidencia la figura 2 (b), en que el flujo vehicular equivalente (N*) explica una variabilidad de un 94% del NPSeq. La función que más se ajusta a los datos se presenta en la ecuación (2). 

LAeq = 44,9 + 10,9 log10(N*15 min)



B. Tipos de vías En la sección anterior se ha determinado la importancia del flujo de vehículos en la determinación de los niveles de ruido. Una estratificación significativa del flujo de vehículos podría estar relacionada con una estratificación del LAeq, sin embargo, hay otras variables asociadas a la fuente que están relacionadas significativamente con la variabilidad del LAeq, por ejemplo, el tipo de vehículos, visto anteriormente, y la velocidad, así como variables urbanísticas pueden determinar un porcentaje importante de dicha variabilidad. Estas variables, si estuviesen estratificadas en instrumentos de planificación, supondría ventajas tanto en el tiempo de muestreo como en la precisión en la determinación de niveles de ruido, siendo además una importante herramienta en la planificación urbana. Para este estudio se utilizó la estratificación propuesta por el MTT [7], así como otros estudios previos han utilizado herramientas de estratificación administrativa de vías urbanas para sus evaluaciones acústicas [3][11][12][13] Se puede observar, al analizar la estratificación de flujo vehicular según tipo de vía, solapamientos entre los tipos Troncal y Servicio, y Colectora y Local. Al analizar los niveles de ruido por tipo de vía, estos solapamientos son más evidentes, sin embargo, estos análisis se presentan en la figura 3. (a)

(b)

Fig.3: Distribución del flujo vehicular total (a) y del LAeq medidos (b) en los puntos de los distintos tipos de vía.

Fig.2: Relación entre LAeq con respecto al flujo vehicular total (a) y flujo vehicular equivalente (b).

Se verificó una relación logarítmica entre el flujo y el nivel de presión sonora, encontrándose que este explica un 92% de la variabilidad de LAeq, con un p-valor < 0,001, según la ecuación (1), con N como el flujo vehicular total. 

LAeq = 45,5 + 11,3 log10(N15 min)



A continuación, se tuvo en cuenta el tipo de vehículo a partir del cálculo del flujo vehicular equivalente, tomando en cuenta la equivalencia utilizada por Suárez et al. [10], en la cual 7 vehículos livianos equivalen a uno pesado y 2 vehículos livianos a una motocicleta. Al ocupar dicha equivalencia, se

La falta de estratificación de esta característica asociada a la fuente de ruido, como de las posibles otras características no analizadas, pueden ser las responsables de que los tipos de vías administrativas puedan presentar problemas de estratificación en niveles de ruidos medidos. Estudios previos realizados recientemente corroboran estos resultados y las posibles consecuencias en la estimación de la población expuesta y de las molestias por ruido [14][15]. C. Aporte del transporte público a los niveles de ruido El aporte del transporte público a los niveles de ruido en las distintas vías fue calculado a partir del registro temporal detallado de sus firmas sonoras obtenidos para cada medición, a los cuales se eliminó la contribución energética sonora del transporte público y se analizaron los niveles resultantes. La

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diferencia entre el LAeq registrado en el periodo de medida y aquel obtenido con la ausencia de transporte público, determinó el aporte sonoro. En la figura 4 se muestra la correlación lineal significativa (p-valor < 0.05) entre el aporte sonoro del transporte público, tanto por modo liviano (TPl), pesado (TPp), o total (TP), con el porcentaje que este presenta en el flujo vehicular, con coeficientes de correlación de 0,91, 0,95 y 0,85 respectivamente.

Fig.4: Relación entre el LAeq y el porcentaje de flujo de transporte público según modo: liviano (a), pesado (b) y total (c).

En otro análisis de flujo de transporte público (y no porcentaje) con los aportes al LAeq, se observaron correlaciones positivas, pero con coeficientes más bajos (0,80, 0,24, y 0,56 respectivamente) y menos significativas para el caso del transporte público pesado (p-valor > 0,05). A partir del aporte sonoro estimado para los modos de transporte público en cada punto de muestreo se calculó el aporte promedio para los distintos tipos de vías, cuyos resultados se muestran en la tabla I. TABLA I. Tipo de vía

INCREMENTOS DE LAEQ PRODUCIDOS POR TIPOS DE TRANSPORTE PÚBLICO AL TIPO DE VÍA Aporte promedio TPl [dB(A)]

Aporte promedio TPp [dB(A)]

Aporte promedio TP [dB(A)]

Autovía

0,03

0,33

0,37

Troncal

0,47

0,66b

1,26

Servicio

1,60

0,37

2,05c

Colectora

0,66

0,54

1,37

Local

0,39

0,68

1,18

bien los niveles de ruido producido por microbuses pueden ser mayores que el de taxis colectivos, como lo evidencia la figura 5, su aporte a los niveles de ruido promedio no presenta diferencias significativas e incluso puede ser significativamente menor en el caso del tipo de vía Servicio. Por lo tanto, hay que considerar además del impacto del transporte público pesado, el generado por el transporte público ligero.

Fig.5: Distribución de descriptores SEL, LAFmax y LCpeak medidos en firmas sonoras producidas por el paso de los modos de transporte público liviano y pesado.

Por último, se realizó un muestreo de pasajeros por modo de vehículo, ya sea en transporte público liviano, pesado, o por vehículos privados. Con estos datos, se logró analizar la incidencia del flujo de pasajeros en los niveles de ruido medidos, en los distintos escenarios según la presencia de los distintos modos de transporte público obtenidos al eliminar la contribución energética de sus modos liviano, pesado y total. En la figura 6 se observa la relación entre el LAeq medido u obtenido por la extracción del aporte energético del transporte público, con el logaritmo de flujo de pasajeros.

p-valor < 0.05 con respecto al tipo de vía Local (U de Mann-Whitney) b. p-valor < 0.05 con respecto al tipo de vía Servicio (U de Mann-Whitney) c. p-valor < 0.05 con respecto al tipo de vía Local (U de Mann-Whitney)

Los valores de aporte promedio mostrados en la tabla I, aunque no son elevados en dB, en algunos casos, como por ejemplo en el tipo de vía Servicio, el transporte público puede llegar a aportar hasta un 37% de la energía sonora. En un análisis de estos aportes por tipo de vía, con respecto a los aportes promedio del transporte público liviano, se observa que sólo la vía servicio presenta diferencias significativas con otros tipos de vía, pero con respecto al tipo de vía Local (el tipo Autovía se excluyó de estas comparaciones puesto que se ubicó sólo un punto de muestreo). Un resultado similar se obtiene si se tiene en cuenta el transporte público total. En relación al transporte público pesado, la vía Troncal es la única que presenta diferencias significativas, pero con respecto a la vía Servicio. Es importante resaltar que, si se comparan los valores medios del aporte de los modos de transporte dentro de un mismo tipo de vía, sólo el tipo de vía Servicio presenta diferencias significativas, siendo el modo de transporte público liviano el cual presenta un mayor incremento. Por lo tanto, si

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Fig.6:LAeq medido y obtenido por extracción de aporte del transporte público según logaritmo del flujo de pasajeros.

La correlación de los niveles de ruido con el logaritmo del flujo de pasajeros es estadísticamente significativa (p-valor < 0.05) para cada análisis. En la tabla II se muestran estos resultados, con la ecuación respectiva a la regresión lineal para cada análisis.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional TABLA II.

ANÁLISIS DE CORRELACIÓN DE PEARSONN Y ECUACIONES OBTENIDAS POR CONTRIBUCIÓN DE PASAJEROS A LOS NIVELES DE RUIDO. R

p-valor

Ecuación (P: pasajeros)

Total pasajeros

Escenario

0,94

< 2,2 × 10-16

LAeq = 43,7 + 10,1 log10P

Sin TPl

0,96

< 2,2 × 10-16

LAeq = 44,5 + 10,3 log10P

Sin TPp

0,93

< 2,2 × 10-16

LAeq = 44,0 + 10,4 log10P

Sin TP

0,96

< 2,2 × 10-16

LAeq = 44,0 + 11,4 log10P

Se observa levemente que la presencia de transporte público incide en disminuir el nivel de presión sonora producido por viaje diario de pasajero. IV. CONCLUSIONES El flujo de transporte público está significativamente relacionado con un aumento en los niveles de presión sonora, aunque el porcentaje de variabilidad explicada no supere el 32%. El porcentaje de transporte público en el flujo vehicular explica de mejor manera el aporte a los niveles de presión sonora medidos que el mismo flujo, para cualquiera de los modos de transporte público. En general, este porcentaje explica en un 72% la variabilidad de los incrementos de nivel de presión sonora producidos. Los tipos de vías administrativas pueden presentar problemas en la diferenciación estadística de los niveles de presión sonora debido a una falta de estratificación con respecto a las características urbanísticas y de la fuente sonora. Esto puede influenciar tanto en el análisis de determinadas fuentes sonoras como en la eficiencia de las posibles acciones de planificación urbana encaminadas a la mejora de la situación acústica en la ciudad. El efecto de los incrementos producidos por el transporte público liviano es similar al transporte público pesado e incluso superior en el caso del tipo de vía Servicio, donde incluso el aporte del transporte público total alcanza su mayor valor: 2,05 dB(A). Se observa que la incidencia de los viajes diarios de los pasajeros en los niveles de ruido presentes es reducida cuando se utilizan ambos modos de transporte público, por lo que su uso contribuye a la reducción de los niveles de ruido y de la contaminación acústica presente en la ciudad, puesto a que el número de viajes diarios no cambiaría. Sin embargo, si bien la contribución del transporte público a los niveles de ruido es estadísticamente poco significativa, la presencia de este explica en gran medida la molestia de la población ante el ruido [16], aunque esta molestia es mayor cuando existe una presencia en horarios nocturnos, inexistente en el modo de microbuses en la ciudad de Talca. AGRADECIMIENTOS Este proyecto se llevó a cabo gracias a la financiación realizada por la Comisión Nacional de Investigación Científica

y Tecnológica (CONICYT) a través del Fondo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (FONDECYT) para investigadores de iniciación (Nº 11140043). REFERENCIAS [1] Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones de Chile, “Conectando Chile”, Santiago, Ograma Impresiones, 2013. [2] World Health Organization, “Guidelines for Community noise”, Ginebra, Suiza, WHO, 1999. [3] Ministerio del Medio Ambiente de Chile, “Elaboración de Mapa de Ruido del Gran Santiago Mediante Software de Modelación”, Santiago, 2011. [4] Ministerio del Medio Ambiente de Chile, “Elaboración y Análisis de Mapas de Ruido de Tres Conurbaciones Mediante Software de Modelación”, Santiago, 2015. [5] European Commission Working Group Assessment of Exposure to Noise (WG-AEN), “Position Paper, Presenting Noise Mapping Information to the Public”, 2008. [6] Subsecretaría de Transportes del Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones de Chile, “Información estadística de transportes”, [en línea], disponible en: http://www.mtt.gob.cl/transporteurbano/, 2010. [7] M. Frost y S. Ison, “Comparison of noise impacts from urban transport”, Proceedings of the Institution of Civil Engineers. Transport, vol. 160, no. TR4, pp. 165-172, 2007. [8] Secretaría Regional Ministerial Región del Maule, Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, “Res. 221 Ex. Determina Red Vial Básica de la Comuna de Talca”, 1997. [9] ISO 1996-2, “Description, Measurement and Assessment of Environmental Noise, Part 2: Determination of Environmental Noise Levels”, International Organization for Standardization, Ginebra, Suiza, 2007. [10] E. Suárez, J.L. Barros, L. Báez, C. Saavedra, R. Romero, J.P. Álvarez, and C. González, “Informe final estudio elaboración de mapa de ruido del Gran Santiago mediante software de modelación", Reporte técnico, Subsecretaría del Medio Ambiente, Ministerio del Medio Ambiente, Santiago, 2011. [11] H. Doygun, D.K. Gurun, “Analyzing and mapping spatial and temporal dynamics of urban traffic noise pollution: A case study in Kahramanmaras”, Turquía, Environmental Monitoring and Assessment, Vol 142 (1), pp. 65-72, 2008. [12] J.H. Ko, S.I. Chang, B.C. Lee, “Noise impact assessment by utilizing noise map and GIS: A case study in the city of Chungju, Republic of Korea”, Applied Acoustics, Vol 72 (8), pp. 544-550, 2011. [13] E. Suárez, J.L. Barros, “Traffic noise mapping of the city of Santiago de Chile”, Science of the Total Environment, Vol 466-467, pp. 539-546, 2014. [14] G. Zambon, R. Benocci, G. Brambilla, “Cluster categorization of urban roads to optimize their noise monitoring”, Environmental Monitoring and Assessment, Vol 188 (26), pp. 1-11, 2016. [15] G. Rey, J.M. Barrigón, “Analysis of Sampling Methodologies for Noise Pollution Assessment and the Impact on the Population”, International Journal of Environmental Research and Public Health, Vol 13 (5), 490, 2016. [16] K. Paunovic, G. Belojevic, y B. Jakovljevic, “Noise annoyance is related to the presence of urban public transport”, Science of the Total Environment, no. 481, pp. 479-487, 2014.

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Monitoreo de Ruido en el Marco de la Gestión Ambiental Necesidades, iniciativas y desafíos V.H., Lobosa, I., Valdebenitob, J.R., Floresc, E., Suárezd a

Departamento Ruido, Lumínica y Olores, División de Calidad del Aire, Ministerio del Medio Ambiente, Santiago, Chile, vlobos@mma.gob.cl b Departamento Ruido, Lumínica y Olores, División de Calidad del Aire, Ministerio del Medio Ambiente, Santiago, Chile, ivaldebenito@mma.gob.cl c Unidad de I+D+i, Absentia SpA, Valdivia, Chile, robertoflores@absentia.cl d Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, enriquesuarez@uach.cl

Abstract— Cuantificar el problema de ruido ambiental es fundamental para estimar el impacto que genera sobre la población, y a partir de esto, ponderar el tipo y eficacia de las medidas de control que se requieran. Las redes de monitoreo son una de las herramientas que se utilizan para mejorar el diagnóstico y seguimiento del ruido ambiental en una zona, y permiten conocer con datos empíricos el comportamiento acústico, espacial y temporal, de un determinado lugar. En Chile, las redes de monitoreo continuo de contaminantes están ligadas principalmente a la verificación del cumplimiento de Normas Primarias de Calidad Ambiental, con el objetivo de definir si una zona se encuentra en estado latente o saturado por un determinado contaminante. El Ministerio del Medio Ambiente contará durante el año 2017 con una red piloto de ruido ambiental, que buscará, en primera instancia, identificar los desafíos y consideraciones que presenta diseñar, implementar y operar una red de monitoreo de ruido ambiental. En especial, los criterios técnicos a considerar, de acuerdo al marco legal aplicable, para obtener información validada, y fundamentalmente, que dicha información aporte a la protección de la calidad de vida y salud de la población. Keywords—monitoreo de ruido ambiental; niveles de ruido ambiental; gestión del ruido ambiental; estaciones de monitoreo de ruido.

INTRODUCCIÓN

De acuerdo al estudio “Actualización del Ruido Ambiental en el Gran Santiago Urbano” se estima que aproximadamente 1.200.000 personas están expuestas a niveles promedio de ruido sobre 65 dBA en periodo diurno, y 1.800.000 personas están expuestas a niveles promedio de ruido por sobre los 55 dBA en periodo nocturno [1]. Generar información de ruido ambiental es fundamental al momento justificar, diseñar, elaborar e implementar políticas públicas para el control del contaminante ruido. La generación de información de ruido ambiental, habitualmente, se realiza a través de herramientas como los mapas de ruido que entregan información sobre niveles de ruido en un sector, campañas de mediciones especificas a fuentes de ruido, estudios que analizan los de costos y beneficios que permite valorizar los impactos del ruido y de sus soluciones, y las encuestas o

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catastros de denuncias, que nos entregan información sobre la percepción de la comunidad al ruido ambiental. En Chile se ha levantado información sobre niveles de ruido ambiental presentes en el país a través de la elaboración de mapas de ruido de ciudades y mediciones puntuales de ruido en algunos estudios específicos. En algunos casos, se realizan mediciones continuas a fuentes de ruido específicas con el fin de verificar el cumplimiento de los compromisos ambientales adquiridos. Un ejemplo, de este tipo de casos, son la operación del Aeropuerto Internacional Arturo Merino Benítez y algunas autopistas del país. El monitoreo continuo de niveles de ruido se reconoce como una herramienta fundamental y complementaria, capaz entregar antecedentes en tiempo real. Además permiten comprender el comportamiento del ruido presente en determinado lugar de forma más detallada, tanto en los niveles de presión sonora como en su variación temporal. En Chile la medición de contaminantes está asociada legalmente a Normas de Calidad y de Emisión [2], las cuales, para verificar su cumplimiento deberá medir en terreno en aquellos lugares donde existan asentamientos humanos o en los medios cuyo uso previsto afecte, directa o indirectamente, la salud de la población. También se realizan mediciones continuas y discretas de niveles de ruido en el marco del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA) [3]. Aquí los proyectos que desean instalarse en el territorio (aeropuertos, carreteras, industria, etc.) son evaluados, y en caso de obtener una Resolución de Calificación Ambiental (RCA) favorable, deberán, dentro de sus requisitos de operación, monitorear sus niveles de ruido, según corresponda. Sin embargo, el monitoreo continuo de niveles ruido ambiental en zonas urbanas ha sido escasa en nuestro país, principalmente debido a los altos costos monetarios asociados a la adquisición, operación y mantención de una red de monitoreo. Además, influye que, a la fecha no se cuenta con una norma primaria de calidad ambiental, y por lo tanto, no existe la obligación legal de disponer de una red de este tipo. Así, este trabajo presenta la experiencia desarrollada durante el año 2017, a partir del diseño, instalación y operación

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional de una red piloto de monitoreo de niveles de ruido, que como principal característica es que se compone de equipos de bajo costo, armados en Chile y certificados por la normativa nacional [4]. Esta red piloto de monitoreo nace a partir del proyecto “Red de Monitoreo de Ruido Online, de bajo costo”, de la empresa ABSENTIA, la cual, en su postulación a la Corporación de Fomento de la Producción (CORFO) fue patrocinado por el Ministerio del Medio Ambiente (MMA), con el acuerdo de, una vez ejecutado el proyecto, contar con 4 estaciones de monitoreo de ruido online durante 3 meses. Actualmente la red piloto de monitoreo se encuentra instalada en cuatro puntos de la ciudad de Santiago y en periodo de marcha blanca de operación. II.

RED PILOTO DE MONITOREO DE RUIDO DEL MMA

Para definir qué, dónde y cuándo medir niveles de ruido, primero, se debe tener claro el objetivo de contar con una red de monitoreo. Esta red podrá verificar el cumplimiento normativo de una fuente en particular (industria, carretera, aeropuerto, etc.), o verificar el nivel de calidad de ruido ambiental presente en una ciudad o una zona urbana. También puede responder a la necesidad de hacer análisis de la eficacia de un plan de seguimiento, poner a disposición información ambiental a la ciudadanía, etc. La red piloto de monitoreo de ruido del MMA busca, en primera instancia, identificar las complejidades de instalación y operación que presenta una red de medición de niveles de ruido. Por lo tanto, en esta fase del proyecto los valores obtenidos, los perfiles horarios y temporales no son de primer análisis, sin perjuicio de que en este trabajo se presentan algunos datos referenciales obtenidos. A. Características de los equipos A continuación se describen las características técnicas de los equipos y software que componen la red de monitoreo. Además, se describe el diseño espacial y temporal definido para esta red. En este mismo sentido, se comentará el proceso de calibración al cual fueron sometidos los equipos. Básicamente la red está compuesta por un micrófono y un computador con internet. Esto permite la transmisión de los niveles de ruido medidos a un servidor, desde el cual, se calculan los descriptores acústicos que se requieran y una plataforma web que permite la visualización y descarga de datos desde cualquier dispositivo con conexión a internet. 1) Hardware Cada estación de monitoreo está compuesto principalmente por: un computador Raspberry Pi 3, procesador ARM Quad Core de 1.2 Ghz y 1 GB de RAM, tarjeta de sonido Codec de Audio WM5102, un micrófono Mini DSP Pmik-1, clase 2, de ½”, un protector de micrófono, filtro antiviento Aco Pacific WS3-80T de 3” de diámetro y 80ppi, internet móvil 4G Huawei E5573, interruptor GMS, batería, caja protectora de equipamiento y sistema de montaje. 2) Software

El sistema que utiliza la red de monitoreo para cada estación se divide en tres etapas: a) Cálculo de descriptores Las estaciones miden niveles de presión sonora sin ponderación de frecuencias, en bandas de tercio de octava y en respuesta temporal fast. A partir de lo anterior, se pueden calcular los descriptores necesarios para dar cumplimiento de la norma IEC 61672 [5], la que establece las especificaciones que debe cumplir un sistema de medición de niveles de presión sonora. Para este caso, los descriptores de ruido ambiental que se pueden visualizar en tiempo real, son: nivel de presión sonora instantáneo, máximo, mínimo, Cpeak y en nivel de presión sonora equivalente. Además, se pueden seleccionar las ponderaciones de frecuencia A, B, C y Z y las ponderaciones temporales fast y slow. b) Sincronización de datos con el servidor Los datos medidos son almacenados en cada equipo en fast por bandas de tercio de 25 a 20000 Hz, Esta base de datos tiene un tamaño de 4,5 GB por mes. La información es sincronizada, a tiempo real, con un servidor donde se aplican ecuaciones para reducir los datos a un almacenamiento en slow y valores globales A, C y Z. Esta base corresponde a 300 MB de datos por mes. c) Visualización de dato y descarga de archivos Para la visualización en tiempo real y descarga de datos se desarrolló la plataforma web CAPTA http://capta.absentia.cl. Para ingresar a la información que cada estación entrega, se debe contar con nombre de usuario y contraseña. Para la descarga de datos se debe seleccionar la estación a consultar y seleccionar el rango temporal (fecha y hora) que se desea consultar. El archivo se descarga en formato .xls, el cual contiene información global y para cada segundo del periodo consultado. d) Calibración Cada estación se sometió al proceso de verificación de calibración en el Laboratorio de Calibración Acústica del Instituto de Salud Pública de Chile. Lo anterior de acuerdo a la norma técnica N° 165 “Sobre certificado de Calibración Periódica para Sonómetros Integradores-Promediadores y Calibradores Acústicos de Terreno", del Ministerio de Salud (MINSAL) [4]. Cabe mencionar que el equipo utilizado en esta red de monitoreo realiza su verificación de calibración utilizando internet de por medio. Lo anterior, dado que, para este proceso se utiliza el siguiente esquema: Equipo con internet --> envío de datos al servidor --> procesos de cálculos en el servidor --> visualización de datos mediante un dispositivo con internet (PC, Celular, Tablet). Por lo cual, es posible tener la certeza que el dato visualizado online y aquel almacenado en el servidor cumplen con la Norma Técnica N°165 del MINSAL [4]. Esto lo transforma en un dispositivo 100% IoT (Internet de las cosas).

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B. Estaciones de monitoreo de ruido La red piloto de monitoreo consta de tres estaciones, las que miden niveles de ruido que genera el tránsito vehicular en distintos tipos de vías y para distintos entornos. Una cuarta estación se instaló en un barrio turístico de Santiago, que combina actividades de residencia, equipamiento hotelero, actividades de ocio en locales establecidos y actividad en la vía pública. 1) Elección de descriptores En esta etapa de marcha blanca de la red se ha establecido hacer seguimiento a los principales descriptores acústicos. Tales indicadores son el nivel día equivalente (Ld), que corresponde al periodo horario comprendido entre las 7:00 a 19:00 horas, el nivel equivalente tarde (Le), que corresponde al periodo horario comprendido entre las 19:00 a 23:00 horas y el nivel equivalente noche (Ln), que corresponde al periodo horario comprendido entre las 23:00 a 7:00 horas. El objetivo es de conocer una aproximación general del comportamiento diario de los niveles de ruido presentes en los sectores monitoreados. 2) Ubicación de las estaciones Unos de los temas fundamentales y complejos a resolver para la instalación de una red de monitoreo es la ubicación de las estaciones. Dependiendo de lo que se busque medir, dicha ubicación podrá responder a diferentes criterios. Para la red piloto, uno de los criterios considerados relevantes para la ubicación de las estaciones, es la disponibilidad de instalación expresada por los propietarios de los sitios escogidos. Además se consideraron los siguientes criterios: 

Fácil acceso diurno para verificaciones y ajustes del equipamiento.



Acceso a red eléctrica y presencia de señal 3G/4G para conectarse a internet.



Condiciones de seguridad para el equipamiento.

A continuación se presenta la caracterización espacial de cada estación de monitoreo. TABLE I. Código de Estación 1.CC 2.TC 3.SS 4.SC

ESTACIONES DE MEDICIÓN Caracterización

Dirección

Altura (m)

San Martín N°74, Santiago

Av. Libertador Bernardo O'Higgins N°924, Santiago José Victorino Lastarria N°288, Santiago San Nicolas N°1320, San Miguel

III.

6 7 4

Tipo de vía que enfrenta

Colectora con buses del transantiago Troncal con buses del transantiago Servicio sin buses de transantiago Servicio con buses del Transntiago

RESULTADOS

A continuación se muestran algunos resultados referenciales obtenidos de la red piloto de monitoreo durante la marcha blanca del proyecto.

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A. Visualización de datos on line. Además de la visualización de los nivel de ruido cada 1 segundo y equivalente del periodo de observación, el sistema CAPTA entrega, para cada estación, un gráfico que permite visualizar el comportamiento temporal de los niveles de ruido registrados. dBA

Horario

Fig.1: Visualización de niveles de ruido en tiempo real, Estación 1.CC

B. Descarga de descriptores Ln, Ld y Le Como se mencionó anteriormente, el sistema CAPTA permite obtener registros de niveles de ruido para periodos seleccionados de forma arbitraria. A continuación, a modo de ejemplo, se muestran los niveles equivalentes correspondientes al periodo día, tarde y noche del día 16 de octubre de 2017. Además, se comparan con los niveles obtenidos en la actualización del mapa de ruido del Gran Santiago [1], estudio que representa los niveles de ruido característicos de un día laborable, y no incluye situaciones especiales (como festividades, marchas, etc.). TABLE II. Código de Estación

NIVELES DE RUIDO, ESTACIONES VS MAPA DE RUIDO Niveles de ruido dBA, Ln

Ln1

Ld1

Le1

1.CC

64,4

60 - 65

68,7

65 - 70

68.4

65 - 70

2.TC

65,5

60 - 65

65 - 70

70,2

65 - 70

3.SS

52,3

50 - 55

62,1

60 - 65

59,6

60 - 65

4.SC

51,7

55 - 60

60 - 65

Rango de valores obtenidos del mapa de ruido del Gran Santiago, 2016.

IV.

DISCUSIÓN

En esta etapa de la gestión del control de ruido ambiental en Chile, se discute sobre la necesidad de contar con una Norma Primaria de Calidad Ambiental para el contaminante ruido. Este instrumento de gestión ambiental permite generar acciones globales vinculantes para prevenir y controlar los niveles de ruido presentes en el territorio nacional. Cabe señalar que la verificación del cumplimiento de una Norma Primaria de Calidad Ambiental se debe realizar a través de mediciones de niveles de ruido, es decir, con una red de monitoreo establecida. Como se ha mencionado, esta red piloto de monitoreo tiene como objetivo identificar cuáles son las complejidades que deben ser previstas, como las resueltas, al

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional momento de diseñar, implementar y operar estaciones integradas de medición de niveles de ruido. A. Información validada Unos de los requisitos, técnicos y legales, más importantes para los equipos que componen una red de monitoreo, es su capacidad de certificar que el sistema de medición y cálculo de descriptores acústicos cumplen con los estándares nacionales e internacionales que validan la información que entregan. Como se describe en el documento, los equipos de medición de la red piloto cumplen con la norma técnica N° 165 del MINSAL. De esta manera, dichos equipos son válidos para mediciones de ruido realizadas en el marco de la Norma de Emisión de Ruido para Fuentes que Indica del MMA [6]. Una red de monitoreo debe ser capaz de garantizar el funcionamiento continuo y estable de sus distintas partes, desde la medición de niveles de presión sonora, trasmisión de datos, almacenaje y respaldo de la información, así como la visualización de los niveles de ruido en tiempo real o de cualquier tiempo pasado, según se requiera. Es importante también incorporar monitoreo de las condiciones climáticas (temperatura, humedad y velocidad de viento) para validar los datos acústicos. B. Consideración para la localización de estaciones Uno de los principales objetivos que debe considerar una estación de monitoreo de ruido es la representatividad de la información que obtiene. Se hace indispensable que la estación sea autónoma en alimentación eléctrica, transmisión de datos e infraestructura, de manera que su ubicación responda estrictamente a criterios y procedimientos que definan el lugar óptimo de medición. Durante el diseño de la red piloto de monitoreo, una de las principales dificultades se relacionó con las opciones disponibles de lugares para la instalación de los equipos. En esta oportunidad, se recurrió tanto a edificios públicos, como privados, donde la posibilidad de acceder a sus infraestructuras dependió básicamente de la voluntad de cada persona responsable de cada lugar. Esta condición puede dificultar la elección ideal del punto de medición y limita, en cierto grado, el acceso físico e inmediato a las estaciones de medición. Por éste motivo, es necesario presupuestar en el diseño de la red, la instalación en espacios propios e infraestructura propia de la red, de manera de garantizar la mejor ubicación de las estaciones. C. Desafios Actualmente se continua con el desarrollo de la red piloto de monitoreo. Se ha identificado que se debe mejorar la estabilidad de transmisión y almacenaje de datos ya que en la actualidad aún se presentan periodos sin registros. Se ha identificado la necesidad de ajustar algunos algoritmos de cálculo para una mejor automatización de la información que entrega la red y la implementación de grabación de audio. Cabe indicar que una vez que se resuelvan las mejoras identificadas en el periodo de marcha blanca, se dará inicio oficial a los tres meses de monitoreo de niveles de ruido. Así, se espera contar en el año 2018 con una red de monitoreo de niveles de ruido operativa y validada, que

permita generar antecedentes para el futuro diseño, elaboración e implementación de una Norma Primaria de Calidad Ambiental en el país. Para grandes aglomeraciones, como el Gran Santiago urbano, se debe contar con una red amplia de estaciones certificadas, que permitan representar fehacientemente la variedad de tipos de fuentes y los niveles de ruido presentes en dicho sector, y a la vez, ser representativa de la población potencialmente afectada. Esta última condición es justamente la que presenta mayores desafíos en el manejo de grandes bases de datos que deben ser analizadas. Por lo anterior, es fundamental complementar la información de niveles de ruido con grabaciones de audio y video para situaciones de alerta o incumplimiento normativo. Además, se debe avanzar en el desarrollo de herramientas tecnológicas como el Machine Learning, que permiten realizar trabajo automatizado, especialmente con grandes bases de datos, para la detección de diferentes fuentes de ruido en un lugar, pudiendo detectar que tipo de ruido es. V.

CONCLUSIONES

La experiencia generada a partir del diseño, implementación y operación de la red piloto de ruido ambiental del MMA ha sido positivamente valiosa, y será considerada en el desarrollo de futuras redes de monitoreo. Se ha comprobado que la autonomía de una estación es fundamental ya que permite que ésta sea localizada en lugares donde los criterios de representatividad sean óptimos. Si bien la certificación de la información que entrega una estación de medición es imprescindible desde el punto de vista legal, en instancia de marcha blanca y generación de experiencia no es fundamental contar con equipos certificados. AGRADECIMIENTOS A la empresa Absentia quien facilito los equipos y se ha encargado de la instalación y operación de la Red Piloto de Monitoreo. Al Ministerio de Vivienda y Urbanismo, al Instituto de Banca y Finanzas Subercaseaux, Barberia Lastarria y a Sr. Daniel Sánchez, quienes facilitaron sus infraestructuras para la instalación de las estaciones de medición de niveles de ruido. REFERENCIAS [1] Ministerio del Medio Ambiente, Actualización del Mapa de Ruido del Gran Santiago, 2016. [2] Ley N° 19.300 Sobre Bases Generales del Medio Ambiente, Gobierno de Chile. [3] Decreto Supremo N°40/2012 del Ministerio del Medio Ambiente: que “Aprueba Reglamento del Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental” [4] Decreto Exento N° 542/2014 del Ministerio de Salud: que "Aprueba Norma Técnica N° 165 Sobre Certificado de Calibración Periódica Para Sonómetros Integradores-Promediadores y Calibradores Acústicos de Terreno". [5] IEC 61672 – 2002. Electroacoustics. Sound level meters. Part 1: Specifications [6] Decreto Supremo N°38/2011 del Ministerio del Medio Ambiente. “Norma de Emisión de Ruido Generados por Fuentes que Indica”.

ISBN 978-956-390-052-1

“Evaluación de Códigos para la Predicción del Ruido de Aerogeneradores y Parques Eólicos” Y su aplicación en la Gestión del Impacto Acústico producido por Parques Eólicos en Chile a

J.D. Parraa, E. Suárezb, J.P. Arenasc, R. Burdissod, S. McBridee Departamento Ruido, Lumínica y Olores, Ministerio del Medio Ambiente, Gobierno de Chile, jparra@mma.gob.cl b Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, esuarez@uach.cl c Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, jparenas@uach.cl d Department of Mechanical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg Virginia, USA, rburdiss@vt.edu e Department of Mechanical Engineering, Virginia Tech, Blacksburg Virginia, USA,msterl6@vt.edu

Abstract— El ruido de parques eólicos es un tema muy complejo de abordar, sobre todo cuando se busca evaluar el impacto acústico de un proyecto que aún no está construido. Diferentes son las técnicas de predicción que permiten cuantificar dicho impacto, sin embargo, estas herramientas muchas veces contienen un alto grado de incertidumbre. El presente trabajo busca realizar una comparación entre diferentes códigos de modelación de ruido de parques eólicos bajo diversas condiciones, algunos frecuentemente utilizados en nuestro país. Se analizan códigos comerciales como ISO 9613-2, NORD 2000 y Códigos Daneses parametrizados para ruido de aerogeneradores. Además, se realiza una comparación de un escenario con el código de predicción avanzado desarrollado por Virginia Tech. Los resultados reflejan diferencias entre la aplicación de los códigos comerciales, entre otras variables que pueden presentarse como ventajas o desventajas en el uso de los mismos. Finalmente se desarrolla un breve análisis de la importancia de la predicción de ruido de parques eólicos en Chile y su utilidad como instrumento de gestión para el ordenamiento del territorio de este tipo de proyectos. Keywords— códigos de predicción; ruido de aerogeneradores; ISO 9613; parques eólicos; Nord 2000; modelación de ruido; gestión del ruido ambiental; impacto acústico.

I. INTRODUCCIÓN La modelación del ruido de parques eólicos es un proceso con grandes desafíos hoy en día. Un parque eólico puede considerarse como una mega fuente industrial, y las características propias de los aerogeneradores hacen que su definición acústica sea compleja de abordar. El ruido proveniente del roce de las aspas con el viento, junto con las componentes mecánicas internas a la góndola del aerogenerador, sistemas de giro y frenado, entre otros elementos, van sumando complejidad al momento de definir acústicamente la fuente. De esta forma, no es fácil establecer un modelo de predicción de ruido que caracterice la fuente de manera íntegra y con un alto grado de certidumbre. Este hecho desencadena una serie de desventajas que por un lado podrían subestimar los niveles de ruido, generando problemas importantes con la comunidad una vez que el proyecto entra en operación, o, por otro lado, sobreestimar dichos niveles generando dificultades para el desarrollo de la industria eólica. Muchos de los códigos de predicción están basados en ISO 9613-2 [1]. ISO 9613-2 está implementado en muchos softwares comerciales

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como CadnaA, SoundPLAN, WindPRO, entre otros. No obstante, este código presenta limitaciones importantes para predicciones en grandes distancias. Una de las desventajas más importantes es la reducida capacidad de considerar la variación de las condiciones atmosféricas. Por otro lado, ISO 9613-2 considera la fuente de ruido como una fuente monopolar, lo cual limita la definición certera de sus características de directividad y propagación. Adicionalmente, ISO 9613-2 presenta grandes complejidades para modelar fuentes de ruido en alturas mayores a 30 metros [2]. El modelo físicamente es válido para fuentes hasta 30 metros de altura, lo cual se define como una gran desventaja al momento de realizar una predicción del ruido de un aerogenerador o parque eólico, considerando que la altura de buje de los aerogeneradores puede alcanzar fácilmente hoy en día los 100 metros. Se han desarrollado múltiples investigaciones para el desarrollo de códigos de predicción de ruido de aerogeneradores. Una de las principales líneas de investigación corresponde a la definición de la fuente, en términos de sus características de radiación. Un monopolo, como es definido un aerogenerador en códigos comerciales, es muy diferente a un dipolo o a una fuente de características más complejas [3]. Sin embargo, los códigos comerciales simplifican el patrón de directividad de un aerogenerador a un monopolo en altura de buje, en el centro del rotor. Es importante destacar que, en un código de predicción, las condiciones meteorológicas del sistema son utilizadas para definir la trayectoria acústica de los rayos, por lo cual una simplificación importante de los perfiles climáticos generará a la vez un mayor grado de incertidumbre del modelo, más aún cuando se trata de ruido de aerogeneradores y parques eólicos, ya que usualmente se busca proyectar los niveles de ruido en grandes distancias, en donde la emisión de la fuente está fuertemente ligada a las condiciones meteorológicas (velocidad del viento, estratificación térmica, humedad relativa, etc.) y las condiciones del terreno, lo cual siempre debe ser considerado en un modelo de ruido de aerogeneradores [4]. De esta forma, es necesario estudiar constantemente los modelos de ruido más frecuentados en el país para mejorar las predicciones en vista también de mejorar la evaluación ambiental de este tipo de proyectos.

II. CÓDIGOS DE PREDICCIÓN El código de predicción principalmente utilizado en este trabajo es ISO 9613-2. El software de modelación para generar los cálculos es WindPRO [9], desarrollado por la empresa EMD International A/S. WindPRO es un software comercial con diferentes módulos de cálculo energético, entre los cuales se encuentran módulos de ruido. Dicho

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional software está desarrollado para la planificación y gestión de proyectos eólicos. El estándar ISO 9613-2: “Acoustics – attenuation of sound during propagation outdoors – Part 2: General method of calculation”, es uno de los códigos más utilizados en nuestro país, en la predicción del ruido de aerogeneradores. En un estudio de los proyectos eólicos que ingresaron al SEIA a marzo del 2017 [13], de un total de 106 proyectos, un 82% utilizaron ISO 9613-2 para la declaración del impacto acústico. De igual forma, en este trabajo se analiza el comportamiento del código Nord 2000 desarrollado por Delta Acoustics [5,6] y los códigos daneses para la predicción del ruido de aerogeneradores, de acuerdo a la regulación danesa “Statutory Order Nº 1284 Noise From Wind Turbines” [7]. Cabe destacar que tanto Nord 2000 como los códigos daneses, se encuentran integrados en el software WindPRO. El código avanzado utilizado para la comparación es el código desarrollado por Virginia Tech [8]. Los parámetros de entrada del código consisten en las características geométricas de la turbina y las palas del aerogenerador, condiciones de operación, datos meteorológicos, impedancia del suelo y otros parámetros de ejecución de control. Lo anterior define el primer módulo del código avanzado. El código cuenta con otros cuatro módulos, en donde se calculan los parámetros aerodinámicos (Aerodynamic Module), las fuentes de ruido aerodinámico (Noise Source Module), la propagación del ruido mediante teoría de rayos (Propagation Module) y la presentación de resultados mediante gráficos y mapas (Turbine Noise Module).

en software de modelación acústica, así como también algunas referencias geométricas del aerogenerador. V110 tiene una altura de buje de 95 metros y un diámetro de rotor de 110 metros. El modelo NREL5 se utilizará para las comparaciones de los códigos ISO 96132 y Nord 2000, con el código VT, ya que las características de este aerogenerador se encuentran disponibles en la literatura abierta, siendo uno de los únicos aerogeneradores con la geometría de las palas y otros parámetros definidos, lo cual permite el uso de este modelo para diferentes aplicaciones en la investigación. NREL5 es un aerogenerador de una altura de buje de 90 metros y un diámetro de rotor de 126 metros. Cabe destacar que NREL5 se encuentra integrado en el software de modelación WindPRO, con las características de potencia de la fuente. Para efectos de las modelaciones se utilizará una altura de buje de 100 metros en todos los modelos. Además, se considerará una velocidad de 10 m/s en altura de buje y una velocidad de giro del aerogenerador de 10 rpm. TABLA 1. ESPECTRO DE FRECUENCIAS Y VELOCIDADES DE VIENTO, AEROGENERADOR NREL 5 (WINDPRO). Frecuencia [Hz] 62,5 125 250 500 1.000,00 2.000,00 4.000,00 8.000,00

6 m/s 84 92 97,9 98,3 96,2 94,7 92,6 84,8

7 m/s 85,1 93,8 98,6 98 97,3 96,2 92,4 85,9

8 m/s 86,5 94,8 99 97,8 98,3 97,1 93,4 86,4

9 m/s 86,2 93,8 99,1 98,7 99,1 97 92,4 83,8

10 m/s 82,8 91,1 97,7 99,9 100,1 96,7 91,7 83,7

TABLA 2. ESPECTRO DE FRECUENCIAS Y VELOCIDADES DE VIENTO, AEROGENERADOR V110 (WINDPRO). Frecuencia [Hz] 62,5 125 250 500 1.000,00 2.000,00 4.000,00 8.000,00

Fig.1: Módulos de cálculo de ruido de un aerogenerador con el código Virginia Tech [8]. III. METODOLOGÍA PARA LA EVALUACIÓN DE CÓDIGOS El análisis comparativo de los Códigos se llevará a cabo mediante el software de modelación de ruido WindPRO [9]. Se evaluará un escenario específico que representará la operación de un parque eólico. Así también, se realizará un análisis comparativo de la modelación de la propagación de ruido de un aerogenerador realizada con el código desarrollado por Virginia Tech, generando un escenario comparable en software comercial para cuantificar el grado de certeza de los códigos comerciales en relación a un código avanzado. Esto permitirá identificar el grado de incertidumbre de los códigos comerciales para la modelación de ruido de parques eólicos.

A. Descripción de aerogeneradores Los aerogeneradores considerados para el desarrollo de este trabajo corresponden al modelo NREL 5MW [10], NREL5 en adelante, y el modelo VESTAS V110, V110 en adelante. El aerogenerador V110 es un aerogenerador instalado en algunos parques eólicos de nuestro país. Este modelo será utilizado para comparar el comportamiento de los códigos comerciales en la modelación acústica del parque eólico. Los parámetros acústicos de este aerogenerador se encuentran disponibles

6 m/s 88,7 95,7 99,1 101,7 101,5 98,6 93,8 84,3

7 m/s 88,9 95,9 99,3 101,9 101,7 98,8 94 84,5

8 m/s 89,1 96,1 99,5 102,1 101,9 99 94,2 84,7

9 m/s 89,1 96,1 99,5 102,1 101,9 99 94,2 84,7

10 m/s 89,1 96,1 99,5 102,1 101,9 99 94,2 84,7

El análisis comparativo con el modelo NREL5 será realizado con los valores de velocidad de viento de 10 m/s según lo presentado en la tabla anterior, en WindPRO. En relación a la modelación avanzada, Virginia Tech ha podido generar una simplificación para representar las emisiones acústicas de un aerogenerador mediante una fuente equivalente a la altura de buje, a partir de un arreglo de fuentes en los elementos de pala. Cada una de las fuentes varía en su fortaleza y directividad desde el buje a la punta de la pala. Esto es una consecuencia de las variaciones de flujo, giro y perfil aerodinámico a lo largo de las palas. Además, las fuentes puntuales pueden cambiar como función de la posición del rotor (azimut). El factor clave para realizar la suma de las fuentes a lo largo de la pala, es considerar una distancia adecuada entre los elementos y el buje. La fuente equivalente de ruido no se considera como una aproximación precisa del ruido de un aerogenerador en campo cercano. De todas formas, la necesidad de conocer el ruido de un aerogenerador radica en su incidencia en campo lejano. En este sentido, es recomendable realizar predicciones a una distancia de al menos 2 veces el diámetro del rotor [8]. La figura siguiente presenta la fuente equivalente de ruido para una posición azimut del rotor.

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definidos en cada código de modelación y los códigos considerados en este trabajo, se presentan en la siguiente tabla. TABLA 3. CONDICIONES METEOROLÓGICAS Y COMBINACIONES UTILIZADAS PARA LA COMPARACIÓN.

Fig.2: Arreglo de fuentes representando el ruido de un aerogenerador en una posición azimut de rotor en particular y fuente de ruido equivalente representando la suma de las fuentes. Es importante recordar que el modelo V110 se utilizará para la modelación del parque eólico en diferentes escenarios y con diferentes códigos comerciales. Se utilizarán en todo momento los niveles de potencia para una velocidad de viento de 10 m/s en altura de buje (100 metros).

IV. EVALUACIÓN DE CÓDIGOS Se realizará la predicción del ruido de un parque eólico en una zona con un alto potencial eólico de nuestro País, la cual corresponde a la región de la Araucanía. Se utilizarán las características del terreno disponibles en WindPRO. La configuración del parque será homologada a un parque instalado en dicha zona. Cabe destacar que la modelación sólo es válida para efectos de este trabajo ya que se utilizan condiciones controladas que no representan el comportamiento habitual de un parque en particular. Para la modelación del aerogenerador NREL5 se considerará un terreno plano en toda su extensión. Los receptores para la modelación serán ubicados en diferentes posiciones alrededor del parque. Se prestará especial atención a aquellos receptores ubicados en la zona norte de la siguiente figura, ya que representan el “peor caso”, de acuerdo a las características del viento de dicha zona (contra viento). A continuación, se presentan los escenarios de modelación del parque eólico y el aerogenerador puntual, respectivamente.

Código ISO 9613-2 ISO 9613-2 ISO 9613-2 ISO 9613-2 ISO 9613-2 ISO 9613-2 CÓDIGOS DANESES NORD 2000

Factor de suelo G=0 G = 0,5 G=1 G=0 G = 0,5 G=1 -1,5 dB (on-shore) Categoría D

Altura de inmisión 1,5 m 1,5 m 1,5 m 4m 4m 4m 1,5 m 1,5 m

Las condiciones de modelación anteriormente presentadas aplicarán tanto para la modelación del parque eólico como para la modelación de la situación puntual del aerogenerador NREL5. Para efectos de este trabajo, no se comparará la modelación de un parque eólico con el código VT ya que no se cuenta con la capacidad de modelar un parque eólico de esas dimensiones en el código avanzado, sin embargo, la modelación puntual permitirá identificar de igual forma la incertidumbre que presentan los códigos comerciales en relación a un código avanzado. Las condiciones meteorológicas del código VT consisten en perfiles no uniformes de viento y temperatura, como se muestra en la Fig.4. La línea negra en el perfil de viento, presenta el plano de la posición del rotor. Estos perfiles fueron generados a partir de datos experimentales medidos en investigaciones [11]. Es importante destacar que no existen componentes verticales de viento en las modelaciones.

Fig.4: Perfiles de viento (m/s) y temperatura (°C) considerados en la aplicación del Código VT [8].

V. RESULTADOS

Fig.3: Escenario de modelación del parque eólico, aerogeneradores V110. Particularmente, para la modelación del aerogenerador NREL5, se ubicará un receptor a una distancia de 150 metros y un receptor a una distancia de 400 m. Se considerarán condiciones climáticas estandarizadas, comúnmente utilizadas para la propagación del ruido de aerogeneradores ya que buscan generar la condición de mayor propagación. Usualmente esta condición se da con una humedad relativa de 70% y una temperatura de 10°C. Las condiciones que se aplicarán, en relación a los factores

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Se presentan a continuación los resultados de las predicciones de ruido. Las tablas 4 y 5 presentan los resultados de las predicciones de ruido realizadas con ISO 9613-2 en una altura de inmisión de 4 y 1,5 metros, respectivamente. La tabla 6 presenta la comparación entre Nord 2000 y los códigos daneses. Las tablas 7 y 8 entregan los resultados de la predicción realizada para la situación puntual de un aerogenerador NREL5 siendo comparados con el código VT. TABLA 4. PARQUE EÓLICO. ISO 9613-2, ALTURA DE INMISIÓN: 4 M Punto

Distancia (m)

A B C D E

500 (N) 250 (N) 250 (S) 800 (N) 600

G = 1; dB(A) 47,4 51,1 52,8 44,4 49,5

G = 0,5; dB(A) 49,2 52,8 54,5 46,2 51,2

G = 0; dB(A) 51,1 54,6 56,3 48,1 53,1

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional TABLA 5. PARQUE EÓLICO. ISO 9613-2, ALTURA DE INMISIÓN: 1,5 M Punto

Distancia (m)

A B C D E

500 (N) 250 (N) 250 (S) 800 (N) 600

G = 1; dB(A) 45 48,9 50,6 41,8 47,1

G = 0,5; dB(A) 47,8 51,5 53,2 44,7 49,8

G = 0; dB(A) 51,1 54,6 56,3 48,1 53,1

TABLA 6. PARQUE EÓLICO. CÓDIGOS DANESES Y NORD 2000. Punto

Distancia (m)

A B C D E

500 (N) 250 (N) 250 (S) 800 (N) 600

S.O. 1284 dB(A) 49,6 53,1 54,8 46,6 51,6

N2000 dB(A) 49,2 52,7 54,3 46,3 51

Diferencia dB(A) 0,4 0,4 0,5 0,3 0,6

Los resultados de las tablas 4 y 5 reflejan que existen diferencias importantes al considerar una altura de inmisión diferente, cuando se trata de un factor de suelo G =1 o G = 0,5. No existen diferencias al considerar un factor de suelo duro (G = 0). En comparación a los códigos más específicos para ruido de parques eólicos (Nord 2000 y códigos daneses), la mejor correlación de los datos es entregada por las predicciones realizadas con un factor G = 0,5 y una altura de inmisión de 4 metros (Tabla 4). Al observar la Tabla 6, se puede destacar una precisión importante entre las modelaciones realizadas con Nord 2000 y los códigos daneses, para todos los puntos receptores del parque. Las Tablas 7 y 8 presentan los resultados de la modelación puntual con NREL5. Es posible notar en la Tabla 8 que existen diferencias importantes (4,8 dB(A)) para el punto receptor ubicado a 400 metros del aerogenerador. No así para el punto ubicado a 150 metros. En comparación a ISO 9613-2 (Tabla 7), nuevamente la mejor aproximación corresponde al uso de un factor G = 0,5, con una altura de inmisión de 4 m. TABLA 7: AEROGENERADOR NREL5. ISO 9613-2, A.I.: 4M. Punto

Distancia (m)

A B

450 150

G = 1; dB(A) 40 48

G = 0,5; dB(A) 41,8 49,7

G = 0; dB(A) 43,5 51,4

TABLA 8: AEROGENERADOR NREL5. NORD 2000 Y CÓDIGO VT. Punto

Distancia (m)

N2000 dB(A)

VT dB(A)

A B

400 150

41,4 49,9

36,6 50,9

Diferencia dB(A) 4,8 -1,0

Se realizó además un análisis espectral de los niveles de presión sonora de la fuente para el cálculo con ISO 9613-2, factor G = 0 y altura de inmisión de 4 m, en comparación a los niveles de presión sonora entregados por el código VT. Los resultados se presentan en la Fig. 5. Es posible notar que existe una mejor relación entre los resultados obtenidos a una distancia de 150 metros del aerogenerador. El código VT presenta una atenuación importante en altas frecuencias en el punto receptor ubicado a 400 metros del aerogenerador.

Fig. 5: Comparación ISO 9613-2 y Código VT en bandas de octava. Analizando las variaciones de ISO 9613-2 en comparación con Nord 200, es posible notar que la mayor diferencia se produce utilizando un factor G = 1 y una altura de inmisión de 1,5 m. La siguiente tabla presenta las diferencias de nivel en dB(A). TABLA 9: COMPARACIÓN ISO 9613-2 – NORD 2000. Punto A B C D E

Distancia (m) 500 (N) 250 (N) 250 (S) 800 (N) 600

G = 0; 1,5 - 4 m 1,9 1,9 2,0 1,8 2.1

G = 0,5; 1,5m -1,4 -1,2 -1,1 -1,6 -1,2

G = 1; 1,5m -4,2 -3,8 -3,7 -4,5 -3,9

G = 0,5; 4m 0 0,1 0,2 -0,1 0,2

G = 1; 4m -1,8 -1,6 -1,5 -1,9 -1,5

VI. RELEVANCIA DE LA MODELACIÓN DE RUIDO EN LA GESTIÓN DEL IMPACTO ACÚSTICO DE PARQUES EÓLICOS EN CHILE La experiencia nacional de modelación acústica tiene relación con lo establecido en la regulación vigente de ruido, el Decreto Supremo 38/11 MMA [12], en donde se establece que se podrá utilizar la técnica de predicción ISO 9613-2 en caso de no poder realizar mediciones de ruido. Lo anterior en el contexto de un proyecto que ya se encuentra en operación. Para este caso, el proyecto debe certificar que no existirá impacto acústico, una vez que entre el proyecto en operación, es decir, se realiza la evaluación de ruido en la fase de planificación del proyecto, por lo que es imperante utilizar un código de predicción de ruido, en este caso, ISO 9613-2. Es importante destacar que el Decreto Supremo 38/11 MMA no establece consideraciones especiales para ningún tipo de caso en relación a la modelación de ruido, es decir, no existen parámetros definidos para la metodología por lo que esta debe ser estudiada caso a caso por el consultor acústico, lo cual en muchos casos genera sub-estimaciones o sobre-estimaciones de la situación, al no considerar los parámetros más adecuados, según lo presentado en este trabajo. En términos de la planificación y gestión del territorio, la modelación acústica podría presentar los primeros antecedentes para identificar el área de estudio acústico de un proyecto eólico. Esta práctica podría ser adoptada por la regulación chilena y en un futuro podría incluso definir áreas no edificables en relación a los contornos de ruido identificados producto de la operación de un parque eólico. Uno de los grandes problemas hoy en día en Chile es la gestión del territorio. Por un lado, los proyectos eólicos tienen la posibilidad de instalarse en zonas rurales pobladas, a distancias que a veces pueden resultar críticas (<500 m). Esto dado que la regulación actual vigente no presenta un estándar acústico adecuado en relación a la regulación internacional, generando conflicto permanente con las comunidades cercanas a este

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tipo de proyectos. El siguiente mapa de ruido (Fig. 6) presenta un escenario de modelación de un parque eólico instalado en Chile. Las condiciones de modelación no corresponden a condiciones reales, sólo se realizó el ejercicio para efectos de aplicar la metodología de la definición de un contorno de ruido como herramienta de gestión del territorio. De esta forma, es posible identificar el contorno de 50 dB(A) y 45 dB(A) en el mapa. Es posible notar que posiblemente al tener un estándar de ruido de 50 dB(A), se podrían alojar fácilmente importantes grupos de receptores fuera de la zona de 50 dB(A), a distancias cercanas al parque eólico (< 500 m). Al reducir el nivel de ruido a un estándar internacional de 45 dB(A), el contorno de ruido es más amplio, por lo que los receptores deberían alojarse a distancias más alejadas de un parque eólico en este caso.

Los modelos de predicción avanzados para ruido de aerogeneradores presentan grados de complejidad elevados, demandando tiempos de cálculo relevantes. De esta forma, el estudio de los códigos comerciales y su parametrización para fuentes de ruido específicas como aerogeneradores presenta una importante línea de trabajo en vistas del desarrollo de la materia en nuestro país. Además, es posible considerar que una herramienta para la gestión del territorio en Chile podría pasar directamente por un modelo de predicción de ruido como los presentados en este trabajo, definiendo claramente las variables de entrada que deben ser utilizadas y el nivel de ruido que se busca identificar para cuantificar el área de estudio acústico del proyecto. Finalmente, es importante el análisis caso a caso de cada proyecto, teniendo en cuenta las recomendaciones que surgen de este trabajo. Es relevante identificar el escenario de modelación que mejor represente la acústica del parque, buscando por un lado permitir el desarrollo de la industria eólica en el país y, por otro lado, entregando la protección necesaria a las viviendas receptoras que colindan con el proyecto.

AGRADECIMIENTOS Este trabajo ha sido patrocinado por el Ministerio del Medio Ambiente y el Ministerio de Energía del Gobierno de Chile. Se agradece expresamente al Institute of Critical Technology and Applied Sciences (ICTAS) de Virginia Tech y al Instituto de Acústica de la Universidad Austral de Chile, programa de Magíster en Acústica y Vibraciones.

REFERENCIAS

Fig. 6: Modelación acústica de un parque eólico y contornos de ruido.

VII. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Es posible identificar diferentes herramientas para la predicción del ruido de parques eólicos, las cuales difieren en grados de complejidad. ISO 9613-2 califica como uno de los códigos más utilizados en Chile, sin embargo, para la modelación de ruido de parques eólicos, se deben tener en cuenta los parámetros de entrada. Es recomendable utilizar siempre una altura de inmisión de 4 metros en los modelos de parques eólicos, junto con un factor de suelo G = 0,5. En relación a códigos más avanzados, esta configuración presenta las mejores aproximaciones. De igual forma, es recomendable utilizar códigos más avanzados como Nord 2000 y los códigos daneses, en la modelación acústica de este tipo de proyectos. Los códigos comerciales más específicos para la fuente (Nord 2000 y los códigos daneses), presentan una variación mínima en las proyecciones de ruido al ser comparados. Nord 2000 se aproxima muy bien al código desarrollado por Virginia Tech en cortas distancias (150 m). En grandes distancias los niveles de ruido podrían ser sobre estimados de manera importante. De esta forma, es necesario tener en cuenta que las proyecciones a grandes distancias pueden resultar con un grado de incertidumbre importante.

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[1] ISO standard 9613-2 (1996). Acoustics – Attenuation of sound during propagation outdoors – Part 2: General method of calculation, Edition 1. [2] Kaliski, K., D. K. Wilson, S. Vecherin, and E. Duncan (2011). Improving Predictions of Wind Turbine Noise Using PE Modeling. Presented at NOISE-CON 2011 - Institute of Noise Control Engineers, Portland, OR. [3] Doolan C. (2011). Wind turbine noise mechanisms and some concepts for its control. School of Mechanical Engineering, University of Adelaide, Adelaide, SA, Australia. [4] Burdisso R.A. (2014). Acústica de turbinas eólicas: Medición, control e impacto ambiental. FIA2014, No 1702, IX Congreso Iberoamericano de Acústica, Valdivia, Chile. [5] Kragh, B. Plovsing, S.A. Storeheier, G. Taraldsen, H.G. Jonasson, Nordic environmental noise prediction methods, Nord2000 summary report. General Nordic sound propagation model and applications in sourcerelated prediction methods, DELTA acoustics & vibration report AV1719/01, (2002). [6] B. Søndergaard, Plovsing B. (2009). Noise and energy optimization of wind farms - Validation of Nord2000, DELTA acoustics report AV 1236/09. [7] Statutory Order on Noise from Wind Turbines, Order no. 1284. Translation of Statutory Order no. 1284 of 15 December 2011, Denmark (2011). [8] McBride S., Burdisso R.A., and Parra J.D. (2016). An efficient noise modeling tool for wind turbines including sound propagation in arbitrary weather conditions. 23rd International Congress on Sound & Vibration ICSV23, Athens, Greece. [9] EMD International A/S (2016). WindPRO 3.1 user guide (Ministerio del Medio Ambiente, licencia profesional). Denmark. [10] Jonkman, J., Butterfield, D., Musial, W., Scott, G. (2009). National Renewable Energy Laboratory, Technical Report NREL/TP-500-38060, Definition of a 5-MW Reference Wind Turbine for Offshore System Development. [11] Slawsky L., Zhou L., Roy S., Xia G., Vuille M., and Harris R., Observed Thermal Impacts of Wind Farms Over Northern Illinois, Sensors, 15 (7), 14981-15005, (2015) [12] Decreto Supremo Nº 38 del Ministerio del Medio Ambiente. Norma que regula la emisión de ruido de fuentes que indica. Ministerio del Medio Ambiente, Gobierno de Chile (2011)

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El Ruido en las Políticas Públicas Desafíos de la Gestión del Control del Ruido Ambiental en Chile I., Valdebenitoa, V.H., Lobosb a

Departamento Ruido, Lumínica y Olores, División de Calidad del Aire, Ministerio del Medio Ambiente, Santiago, Chile, ivaldebenito@mma.gob.cl b Departamento Ruido, Lumínica y Olores, División de Calidad del Aire, Ministerio del Medio Ambiente, Santiago, Chile, vlobos@mma.gob.cl

Abstract— La definición de políticas públicas ambientales responde a diversos factores que no siempre se basan en lo ambiental, sino que también contempla aspectos técnicos y jurídicos. Algunos aspectos técnicos que se consideran son, por ejemplo, las características y ciencia del problema ambiental que se desea cubrir, estudios en la materia y/o las alternativas técnicas viables de solución. En el ámbito jurídico se deben considerar principalmente el marco regulatorio existente y la institucionalidad asociada, además de considerar aspectos complementarios como un análisis político, el presupuesto disponible, la gestión y la implementación de las políticas públicas a definir. En ese sentido, el desarrollo de las políticas públicas en relación al ruido ambiental, tiene una historia en nuestro país y un desarrollo particular a partir de la dictación de la Ley de Bases Generales del Medio Ambiente el año 1994, en donde algunos factores específicos han sido fundamentales en el diseño, desarrollo y la implementación de políticas públicas de ruido ambiental en Chile. Así, en el presente trabajo se analizan estos factores y como han incidido en la inclusión del ruido ambiental en las políticas públicas del país. Keywords—palabras claves: políticas públicas; ruido ambiental, medio ambiente, instrumentos de gestión ambiental.

INTRODUCCIÓN

¿De qué hablamos cuando nos referimos a “políticas públicas? Existen variadas definiciones sobre el concepto de política pública, siempre vinculadas al quehacer del Estado o los Gobiernos. Por ejemplo, el profesor de ciencia política Thomas R. Dye dice que una política pública “es todo lo que los gobiernos deciden hacer o no hacer” [1]. En cambio en opinión del analista político Eugenio Lahera, una política pública “corresponde a cursos de acción y flujos de información relacionados con un objetivo público definido en forma democrática; los que son desarrollados por el sector público y, frecuentemente, con la participación de la comunidad y el sector privado” [2]. Una mirada más elaborada la tiene el cientista político Manuel Tamayo, que menciona que las políticas públicas “son el conjunto de objetivos, decisiones y acciones que lleva a cabo un gobierno para solucionar los problemas que en un momento determinado los ciudadanos y el propio gobierno consideran prioritarios. Desde este punto de vista, las políticas públicas se pueden entender como un proceso que se inicia

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cuando un gobierno o un directivo público detecta la existencia de un problema que, por su importancia, merece su atención y termina con la evaluación de los resultados que han tenido las acciones emprendidas para eliminar, mitigar o variar ese problema” [3]. Lo común en estas y otras definiciones del concepto de política pública, indican una acción indicativa por parte del Estado, principalmente establecidas por el Poder Ejecutivo, cuyo fin es establecer de qué forma la sociedad, chilena, en este caso, debe adecuarse frente a ciertos temas. Diseñar una política pública inherentemente presenta una complejidad, cual es establecer una posición, asimilando un acuerdo social, y que además debe ser implementada de forma adecuada para ser eficiente y eficaz. Así, una política pública puede ir desde declaratorias como una política migratoria o una política energética, hasta acciones específicas como un sistema de garantías de salud, la prohibición de tocar bocina o la entrega gratuita de textos escolares a un sector de la población. Inclusive la inexistencia deliberada de una acción, puede ser una política pública. También un aspecto destacable del concepto, es el objetivo de la política pública, la mayoría de las veces, el asegurar la protección de alguno de los derechos que como ciudadanos tenemos. Si hablamos de políticas públicas relacionadas con medio ambiente en Chile, estas toman forma a partir de la dictación el año 1994 de la Ley de Bases del Medio Ambiente [4], la cual crea la institucionalidad ambiental, establece sus principios y define los instrumentos de gestión ambiental, entre ellos, el Sistema de Evaluación de Impacto Ambiental (SEIA) y las Normas Ambientales. Esta Ley le da cuerpo al derecho constitucional de “(…) vivir en un medio ambiente libre de contaminación” [5]. Con la inclusión del ruido ambiental, como un aspecto más en la definición de “contaminante” que señala esta ley, se comienza a considerar la variable ruido de forma integral en la política ambiental, y no como un problema sectorial como había sido hasta esa fecha. Es así como a la luz de esta institucionalidad ambiental nacional se dictan 3 normas ambientales para el contaminante

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional ruido: para las actividades productivas emplazadas en un lugar fijo, las fuentes fijas [6]; para los buses de locomoción colectiva [7]; y para los vehículos livianos, medianos y motocicletas [8]. De igual forma, a través del SEIA, aquellas actividades productivas que por sus características deben evaluar el impacto ambiental que generan, la evaluación del contaminante ruido se hace declarando el cumplimiento de la regulación para fuentes fijas u otra norma internacional según el tipo de fuente de ruido que se trate. Esta estructura de regulaciones y exigencias es el núcleo de la política pública en el tema ruido ambiental, pero luego de un breve análisis de la implementación de estas regulaciones y del SEIA, vemos que esta estructura es insuficiente. Así, este trabajo busca analizar las variables que han incidido en la elaboración de políticas públicas para el ruido ambiental en Chile y propone algunas consideraciones a tomar en cuenta en pos del fin último de estas políticas: vivir en un ambiente libre de ruido ambiental. II.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ELABORACIÓN DE UNA POLÍTICA PÚBLICA PARA EL RUIDO AMBIENTAL

La elaboración de políticas ambientales ha tenido una evolución natural hacia una mirada integral. La mirada ecológica de los comienzos de las conversaciones sobre sustentabilidad dio paso a otras múltiples visiones en donde muchas especialidades tienen participación: abogados, arquitectos, biólogos, sociólogos, médicos, etc. Si bien el análisis de un problema ambiental tiene una base técnica, la solución de este pasa además por otros aspectos: jurídicos, políticos y administrativos. En este trabajo se aplicara, en parte, la metodología utilizada en los Workshops del programa de Environmental Science and Policy de la School of International and Public Affairs de Columbia University of New York [9]. A. Factores Técnicos 1) ¿Cuál es el problema ambiental? La primera pregunta es ¿cuáles son las principales características del problema a resolver? Una correcta y detallada caracterización resultará en un adecuado análisis. Tomemos el caso del impacto del ruido de una carretera en las viviendas cercanas: ¿cuáles son las principales características del problema? ¿cuáles son las variables que inciden en este impacto: el flujo de vehículos de la carretera, la velocidad de los vehículos, la distancia de la carretera a las viviendas, el aislamiento acústico o materialidad de las viviendas, o la existencia o no de una barrera acústica? ¿cuáles son las características del receptor? 2) La importancia de la bibliografía La gestión del ruido ambiental internacionalmente data de mitades del siglo XX y el impacto del ruido de carreteras, en este caso, ha sido extensamente estudiado y regulado. Por esto, es muy relevante realizar una investigación exhaustiva del problema en la bibliografía literaria y/o académica. 3) La ciencia del problema La emisión del ruido, su propagación y su comportamiento frente los obstáculos y a las condiciones climáticas, son

variables a estudiar en un caso específico. Por ejemplo, sabemos que la propagación del sonido generado por una carretera, por ser una fuente lineal, no se comporta como otras fuentes. 4) Cuantificación y caracterización Indudablemente un diagnostico detallado debe incluir la cuantificación del problema, en este caso, del nivel de ruido que se emite y que se recibe. En este sentido, las técnicas de medición y modelación son esenciales para poder evaluar objetivamente el impacto. La utilización de softwares o aplicaciones específicas nos ayudaran a caracterizar espacialmente y temporalmente el ruido. En este caso, elaborar un mapa de ruido de la situación es una metodología de lograr en este punto. 5) Controversias científicas El ámbito técnico no esta fuera de controversias, ya que existen diversas miradas en la utilización de descriptores o parámetros para el diagnóstico de un problema. ¿Es el dBA la mejor ponderación para el ruido ambiental? ¿es posible pensar en un modelo de propagación nacional versus los modelos internacionales reconocidos? 6) Alternativas de solución Una vez analizado el problema puntual, será necesario evaluar alternativas de solución. En esta etapa del análisis es recomendable recurrir a la bibliografía internacional, pero también hay espacio para la innovación, no solo desde el punto de vista técnico sino que desde el punto de vista de la gestión. Si bien es cierto una barrera de árboles tiene muy baja atenuación del sonido, se ha comprobado que tiene resultado en la percepción de la comunidad, por lo que esa alternativa de solución puede coexistir con alguna medida técnica. B. Factores Jurídicos/Políticos/Administrativos 1) Marco regulatorio Al evaluar las posibilidades de solución de un problema se debe verificar el marco jurídico asociado a éste. Por un lado se tiene que en materia ambiental, se posee el dominio de la mencionada Ley 19.300 y sus instrumentos de gestión. Sin embargo, existen otras regulaciones que se pueden analizar, como lo son el Código Sanitario y la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones, OGUC, que en el caso de las carreteras, es el instrumento legal que define los criterios para la planificación y zonificación urbana. Cabe mencionar que se ha analizado una norma de emisión de ruido para el caso de las carreteras, pero este tipo de regulación solo permite el establecimiento de un límite máximo de emisión en un punto de referencia, y no permite incorporar otro tipo de restricciones como el establecimiento de zonas de amortiguamiento como tal o exigencias de aislamiento acústico a las viviendas aledañas a la carretera. Criterios de esa naturaleza debe ser incorporado a la OGUC, por ejemplo. 2) Marco normativo La existencia de estandarizaciones de procedimientos es también relevante a la hora de establecer el marco de acción del abordaje de una solución, desde normas IEC sobre

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requerimientos de instrumental, normas ISO u homologaciones nacionales de estándares internacionales.

Ministerio de Salud, Ministerio del Medio Ambiente, y la SMA, entre otros.

3) Institucionalidad asociada Las atribuciones de los organismos del Estado son limitadas, siempre definidas en sus leyes orgánicas que describen sus funciones y atribuciones de forma detallada. Una complejidad asociada al tema institucional es la inexistencia, en un organismo especifico, de la función o atribución que se requiere.

7) La importancia de la implementación La teoría de la implementación de políticas públicas está en sus inicios. Curiosamente una de las principales debilidades de la política pública es su implementación. Cabe mencionar que al hablar de implementación no sólo nos referimos al control y fiscalización de la política pública, si no que a todo el conjunto de acciones que se planifican en pos de la eficiencia y eficacia de esta. Sin duda incluye el control y la fiscalización, pero comprende aspectos como la creación de incentivos al cumplimiento, la capacitación, el establecimiento de indicadores, la difusión, la sensibilización a la comunidad, etc.

Además, la mera existencia de una atribución no asegura la existencia de un sistema de gestión asociado. Por ejemplo, si bien la certificación de la emisión sonora de una maquinaria pudiera entenderse como una atribución de la Superintendencia del Medio Ambiente (SMA), dentro de su ámbito de control y fiscalización, la inexistencia de un sistema de acreditación de laboratorios que realicen dicha certificación, se traduce en una complejidad asociada a la implementación de una política en ese sentido. 4) Mapa de actores y análisis politico Al buscar la solución de un problema complejo, como es el ruido ambiental, es necesario visualizar los actores o stakeholders que intervendrían en las decisiones relevantes. En este sentido es necesario tomar en cuenta que todos los actores tienen intereses y posiciones, desde los Ministerios y Servicios hasta las organizaciones de base o representantes de la comunidad. Este punto no busca calificar de alguna manera dichos intereses, si no que realzar la necesidad de visualizarlos, realizando un mapa de actores. En este sentido, es relevante entender la burocracia o cultura organizacional de las instituciones nacionales y así poder manejar las expectativas de todos los actores que participaran en la negociación de una posible alternativa de solución. 5) Top-down vs bottom-up Existen en política pública dos formas de planificar la estrategia de acción: top-down, la cual toma como punto de partida la teoría y desde la cual se va descendiendo hasta considerar la aplicación de la solución: y la bottom-up, que considera planificar la estrategia desde las bases, partiendo desde los actores que deberán implementar en la última instancia la política que se planea diseñar. 6) La gestión o “management” El concepto de gestión comprende la serie de acciones que realiza un actor, para diseñar, elaborar e implementar una estrategia o política pública. Incorpora funciones de coordinación y administración de temas públicos. En este sentido, el actor o “gestor” y su ámbito de acción deben estar definidos para poder ejercer sus funciones de forma adecuada. Según Cohen [10], el “manager” o “regulador” debe tener habilidades para coordinar múltiples disciplinas. Esto porque usualmente el actor que coordina el diseño de una política pública es de un área relacionada a la ingeniería ambiental, la administración pública o a las leyes. Singular es el caso chileno, en el cual la mayoría de las políticas públicas relacionadas a ruido ambiental, han sido coordinadas por Ingenieros Acústicos, es decir, técnicos específicos en la materia de ruido ambiental, los cuales han ingresado desde el año 1994 a las diferentes instituciones públicas como el

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8) Recursos: económicos y humanos Cualquier establecimiento de una política pública o una regulación requiere recursos. No es posible pensar en una acción del Estado frente a una materia, la cual no considere el personal asociado, por ejemplo a la fiscalización, o el costo asociado a una PYME para implementar una medida. La consideración de recursos a menudo es pensada para el diseño de la política, pero no así a su implementación. Además, el presupuesto del servicio público se administra de forma especial, con un año de planificación y bajo estrictas reglas de control de gestión, por lo que tiene una complejidad asociada. III. EL PROCEDIMIENTO DE DICTACIÓN DE NORMAS AMBIENTALES: UN EJEMPLO DE DISEÑO DE UNA POLÍTICA PÚBLICA El Reglamento de Dictación de Normas Ambientales [11] establece 3 etapas principales que estructuran plazos y acciones: etapa de anteproyecto o borrador de norma; etapa de consulta del borrador; y etapa de dictación final de la norma. Estas etapas de alguna manera diferencian las 3 discusiones que se contemplan: la técnica, la pública-ciudadana, y la política administrativa. En la primera etapa, en la cual se elabora el borrador de la norma, se caracteriza por ser una discusión mas bien técnica en dos comités, uno con actores públicos y otro con actores privados, en los cuales se analizan los antecedentes, se analizan las alternativas y se estructura la normativa. Al utilizar la palabra “técnica” no solo hablamos en el caso de ruido de la materia acústica, sino que la técnica en esta etapa incluye la técnica jurídica y económica. Esto último porque es en esta etapa en la cual debe realizarse un análisis costo beneficio de la futura regulación. La segunda etapa se caracteriza por ser de discusión pública-ciudadana, es decir, se somete a consulta pública el borrador de norma. Se realizan talleres informativos a la ciudadanía, pero también se realizan reuniones o discusiones especificas con sectores puntuales y con el Consejo para la Sustentabilidad, organismo asesor del Ministerio del Medio Ambiente. La tercera etapa es la confección final de la norma ambiental, etapa en la cual comúnmente se dan las últimas discusiones entre Ministerios y entre estos y la SMA, para darle cuerpo final a la implementación de la norma. Cabe mencionar que es la SMA quien debe elaborar los

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional procedimientos de medición asociados a la norma, así como sus protocolos de fiscalización. Esta etapa también considera una última revisión administrativa por parte de la Contraloría General de la República.

submetas a corto y mediano plazo, de forma de ir avanzando de acuerdo a nuestra realidad. V. CONCLUSIONES La gestión del control del ruido ambiental en Chile ha tenido un correcto inicio, de la mano de los instrumentos de gestión establecidos en la Ley 19.300. En ese sentido, es plausible pensar en utilizar otros instrumentos mencionados en la ley que no han sido utilizados para el ruido ambiental, como la elaboración de una Norma de Calidad y Planes de Prevención/Descontaminación.

Fig.1: Procedimiento de dictación de normas ambientales

IV. APRENDIZAJES A LA FECHA A. Sobre la negociación Un primer aprendizaje es el hecho que las discusiones de las políticas públicas relacionada a ruido ambiental son intersectoriales, en las cuales se busca el consenso pero que no siempre se logra. En este sentido se debe reconocer que los Ministerios y Servicios tienen intereses propios y legítimos, no siempre vinculados al medio ambiente, sino que mas bien al desarrollo de los mercados de servicios. A su vez, el sector a regular no siempre es propicio a ser regulado y en instancias de desacuerdo ejerce acciones relacionadas al poder particular que el sector posee. Es sabido que los sectores de transporte o los sectores inmobiliarios tienen un amplio ámbito de negociación. Finalmente, la participación de la ciudadanía es considerada de forma importante, pero existe una limitación en ella cuando las discusiones son más bien técnicas específicas. B. Sobre la “técnica” Un aspecto importante a destacar es que la elaboración de una política pública no es solo técnica. Se puede concluir que en este sentido el problema del ruido ambiental no solo es un problema acústico, sino que también es un problema urbanístico, económico y jurídico. C. Sobre el criterio de realidad Ya se ha mencionado la importancia de la implementación en el diseño de la política pública, y en este sentido uno de los factores a considerar, para bien o para mal, es la realidad nacional de nuestros organismos públicos y privados. Esto no significa de ningún modo una cierta conformidad con la actualidad, si no que un desafío en establecer una meta final y

Sin embargo, el tema ambiental no es solo materia de medio ambiente, sino que debe ser analizado desde una mirada transversal y probablemente la solución del problema del ruido ambiental no se circunscriba a la mencionada ley si no que, por un lado se debieran considerar modificaciones de otras regulaciones, como la OGUC o una modificación de la ley orgánica de la SMA, y por otro lado, la creación de una ley especial para el tema ruido, que incorpore instrumentos de gestión propios de la gestión del ruido utilizados internacionalmente, tales como los mapas estratégicos de ruido y los planes de acción de ruido, como se establece en la Directiva Europea. Considerar el establecimiento de exigencias vinculantes ha sido una de las vías de éxito internacional a la hora de luchar contra el ruido ambiental. Dicha experiencia no está exenta de altos y bajos, pero sin duda, considerar otras alternativas fuera de la Ley 19.300 llevara a la gestión del control de ruido en Chile, al nivel de madurez que todos esperamos. REFERENCIAS [1] Dye, Thomas R., Understanding Public Policies, 12th Edition, Pearson Prentice Hall, New Jersey, 2008. [2] Lahera, Eugenio, Introducción a las Políticas Públicas, Fondo de Cultura Económica, Santiago de Chile, 2002. [3] Tamayo, Manuel, El Análisis de las Políticas Públicas, en Bañón y Carrillo (Comps.) (1997): “La Nueva Administración Pública”, Alianza Editorial, Madrid, 1997, Pp.281-312. [4] Ley 19.300, Sobre Bases Generales del Medio Ambiente, Chile, 19942010. [5] Constitución Política de la República de Chile, Articulo 19, numero 8, 1980. [6] Norma de Emisión de Ruidos Generados por Fuentes que Indica, Decreto Supremo N38/2011, Ministerio del Medio Ambiente, Chile, 2011. [7] Norma de Emisión de Ruido para Buses de Locomoción Colectiva, Decreto Supremo N129/2002, Ministerio de Transportes y Telecomunicaciones, Chile, 2002. [8] Norma de Emisión de Ruido para Vehículos Livianos, Medianos y Motocicletas, Decreto Supremo N7/2015, Ministerio del Medio Ambiente, 2015. [9] Cohen, Steve, Understanding Environmental Policy, Columbia University Press, 2006 [10] Cohen, Steve, The Effective Public Manager, Jossey-Bass Publishers, 2008. [11] Reglamento de Dictación de Normas de Calidad y de Emisión, Decreto Supremo N38/2012 del Ministerio del Medio Ambiente.

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Análisis Estadístico de un Mapa de Riesgo Cualitativo Según la Normativa Chilena y Comparaciones con Mediciones In Situ L., Corrala & P., Aumondb

Compañía Electroacústica Sudamericana Limitada, Santiago, Chile, lcorral@cesltda.cl Ifsttar, AME-LAE (Laboratoire d’Acoustique Environnementale), F-44341 Bouguenais, France, pierre.aumond@gmail.com

Abstract— En el Protocolo Sobre Normas Mínimas para el desarrollo de Programas de Vigilancia de la Pérdida Auditiva por Exposición a Ruido en los Lugares de Trabajo (PREXOR), se menciona la necesidad de realizar un mapa de riesgo cualitativo. Con la finalidad de dar cumplimiento a este requisito, el Instituto de Salud Pública de Chile (ISP) desarrolló la Ficha Cualitativa de Exposición a Ruido en los Lugares de Trabajo, la que entró en vigencia el año 2015. Como parte de esta investigación, se presentan los resultados de la aplicación de la ficha en una empresa minera, utilizando la versión actualizada en el año 2016. Se realiza luego, un análisis estadístico de las respuestas obtenidas de la aplicación del cuestionario que es parte del documento del ISP, y por otro lado los resultados se contrastan con mediciones de ruido en terreno. Los resultados muestran que la empresa encuestada está al tanto de los problemas de ruido, con informes al respecto en prácticamente todas las áreas productivas. El análisis estadístico revela las preguntas más importantes y la mejor combinación de ellas para detectar el riesgo de que un trabajador este expuesto a niveles de ruido superiores a 80dB. Estas apuntan principalmente a la presencia de ruidos que hagan elevar la voz o impidan la comunicación a un metro. El análisis también revela que tabla de resultados final de la ficha, tiene una buena taza de detección de riesgo, similar al algoritmo óptimo generado por un árbol de clasificación. Keywords— prexor; cualitativo; cuantitativo; comparación; estadística.

I. INTRODUCCIÓN Existen básicamente tres tipos de pérdida auditiva: pérdida auditiva conductiva, hipoacusia sensorioneural (HSN) y pérdida auditiva mixta en base a que parte del sistema auditivo presenta daño. La pérdida auditiva conductiva se produce cuando el sonido no se transmite de manera correcta a través del oído externo, el canal auditivo, el tímpano o los huesecillos del oído medio. La hipoacusia sensorioneural ocurre cuando hay daño al oído interno (cóclea) o al nervio auditivo que envía las señales al cerebro. Sus causas posibles incluyen infecciones al oído, orígenes congénitos, lesiones y traumas, el envejecimiento, químicos tóxicos para el oído o exposición prolongada a altos niveles de ruido [1]. En Chile la presencia de hipoacusia sensorioneural laboral (HSNL) es muy alta. Según datos recopilados por la Sociedad Chilena de Otorrinolaringología, el 30% de los trabajadores está expuesto a niveles de ruido que pueden provocarles daños

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auditivos irreparables. Estudios sobre la las enfermedades profesionales llevados a cabo por la Secretaria Regional Ministerial (SEREMI) de salud de la Región Metropolitana, señalan que más del 65% de dichas enfermedades corresponden a HSNL. Datos entregados por el Sistema Automatizado de Información en Salud Ocupacional (SAISO) del Instituto de Salud Pública (ISP Chile), muestran que entre los años 1997 al 2000 el primer lugar, con el 38%, de los diagnósticos, correspondía a enfermedades del oído. También existen efectos a la salud adicionales a la HSNL. La Agencia Federal Alemana de Medio Ambiente indica que la exposición a niveles de ruido sobre los 65 dB puede aumentar en un corto plazo los ataques cardíacos hasta en un 20% [2]. Una de las patologías con una alta proporción de calificación laboral corresponde a enfermedades audiológicas, alcanzando un 53%, según datos recopilados por la Superintendencia de Seguridad Social (SUSESO) en el año 2016 [3]. Para hacer frente a este problema, en el año 2011 el Ministerio de Salud de Chile (MINSAL) presento el “Protocolo Sobre Normas Mínimas Para el Desarrollo de Programas de Vigilancia de la Pérdida Auditiva por Exposición a Ruido en los Lugares de Trabajo” [4] (PREXOR). Este exige a las empresas desarrollar un sistema de gestión para la evaluación y control del ruido ocupacional, el cual fue actualizado el año 2013 [5]. De acuerdo a esta normativa, uno de los requerimientos es realizar mapas de ruido cuantitativos y cualitativos. Para evitar incertidumbre acerca del mapa cualitativo, el ISP Chile creó la “Ficha de Evaluación Cualitativa de Exposición a Ruido en los Lugares de Trabajo” (FCER) [6], que luego se actualizo el año 2016 [7]. La aplicación de la FCER se realizó con la aplicación CRuido. En este trabajo se presentan los resultados de un análisis estadístico de los resultados de la aplicación de la FCER en una empresa minera del norte de Chile, así como su comparación contra mediciones in situ en el marco de la realización del denominado “Estudio Previo”. En el capítulo II se realiza una breve descripción de FCER y la metodología de las mediciones realizadas. En el capítulo III, se muestran los resultados de un análisis estadístico y comparativo entre los resultados de la aplicación de la FCER y las mediciones tomadas en terreno. Finalmente, el capítulo IV presenta análisis y conclusiones al trabajo realizado.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional II. FCER Y ESTUDIO PREVIO La FCER contiene cuatro partes con preguntas que otorgan puntuación en un rango entre 0 y 23 puntos. La parte 1 contiene la sección A que consta de 4 preguntas de diagnóstico general de la empresa. La parte 2 contiene las secciones B y C, las que consisten en preguntas dirigidas a un encargado que conozca los procesos productivos de la empresa. La sección B tiene 8 preguntas y la sección C tiene 4 preguntas, todas acerca de un puesto de trabajo o grupo de exposición similar (GES) específico. Existen 5 preguntas marcadas como críticas en la sección B. La parte 3 corresponde a la sección D y contiene 6 preguntas que deben ser respondidas por el trabajador. Al menos 5 trabajadores deben ser encuestados, si el puesto de trabajo o GES posee menos de 5 trabajadores todos deben ser evaluados.

Con los resultados de la aplicación se puede caracterizar la presencia de riesgo de exposición a ruido en los puestos de trabajo a partir de elementos característicos de los mismos. La parte 1 de la encuesta fue respondida por el encargado de prevención de riesgos, la parte 2 por el ingeniero jefe de cada área productiva y finalmente la parte 3 por los trabajadores. Las mediciones de ruido se realizaron en el marco del Estudio Previo descrito en el “Instructivo para la Aplicación del D.S. Nº594/99 del MINSAL, Titulo IV, Párrafo 3º Agentes Físicos - Ruido” [8] realizado en la empresa. Este indica que se debe llevar a cabo un “screening” registrando el Nivel de Presión Sonora Equivalente durante 1 minuto (Leq1m) en todos los puestos de trabajo. Estas mediciones se utilizan para establecer la metodología de medición que se debe aplicar a cada puesto de trabajo, ya sea dosimetría personal o criterio de estabilización.

La parte 4 corresponde a las secciones E y F. La sección E contiene la tabla de resultados y la sección F las acciones a tomar de acuerdo al resultado obtenido. Un diagrama general de la ficha se muestra en la Fig. 1. Parte 1

Parte2

Sección A

Sección B

Sección C

5 Preguntas

8 Preguntas

4 Preguntas

5 Criticas

Parte 3 Sección D 6 Preguntas

Fig.2: Mediciones de ruido durante el Estudio Previo.

La cantidad de mediciones en cada puesto de trabajo, varía dependiendo de las dimensiones del lugar físico donde realiza sus labores. Finalmente, para cada trabajador se obtuvo valores de Leq1m en varias posiciones de su área de trabajo y el resultado de la aplicación de la FCEA.

Parte 4 Sección E

Sección F

Tabla de resultados

Acciones a tomar

La TABLE II muestra un resumen de los datos obtenidos para realizar el posterior análisis comparativo.

Fig.1: Estructura de la FCER.

Un ejemplo de la tabla de resultados se muestra en la TABLE I. TABLE I.

EJEMPLO DE LA TABLA DE RESULTADOS

Puntaje Obtenido:

Resultado

PARTE 2 (B y C):

* Preguntas Críticas:

Promedio PARTE 3:

TOTAL

Se detecta presencia de riesgo Para el puesto de trabajo

Soldador

TABLE II.

RESUMEN DE LOS DATOS OBTENIDOS EN TERRENO Índice

Cantidad

Trabajadores evaluados

396

Expuestos 80dBA o mas

319

FCEA con riesgo

369

Áreas Productivas

Puestos de trabajo

Para el análisis, se consideró que un trabajador está en presencia de riesgo si una o más de las mediciones de screening efectuada en su puesto de trabajo supera los 80dBA.

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III. RESULTADOS DEL ANÁLISIS ESTADÍSTICO A. Análisis general La empresa evaluada corresponde a una minera de cobre, con altos niveles de ruido presentes, muchas áreas productivas y puestos de trabajo distintos. El 79,8% de los trabajadores encuestados están expuestos a nivel de ruido sobre 80 dBA. Sin embargo, casi la totalidad de las áreas productivas encuestadas están conscientes del problema. De ellas el 94,4% indica que existen informes que den cuenta de la exposición a altos niveles de ruido y en todos estos se recomienda aplicar medidas de mitigación. Podemos también destacar que solo en el 5,6% de las áreas productivas reconocen que existen trabajadores con pérdida auditiva. Sin embargo, al analizar las respuestas de la pregunta B7, en 6 áreas productivas el ingeniero jefe declara que existen trabajadores con pérdida auditiva, mientras que el encargado de prevención de riesgos difiere. Eso habla de una posible falta de diálogo sobre el tema entre los encargados de prevención y cada una de las áreas o un temor por parte de los responsables a declarar estos problemas. De la misma manera, en 16 áreas productivas se realizó acondicionamiento acústico según los ingenieros jefes de cada una de ellas, mientras que el encargado de prevención declara que solo 1 área productiva posee tratamiento acústico.

Usando el método “random forest” con 200 subsets (utilizando aproximativamente el 63% de los datos), se crean árboles de decisión de particionamiento recursivo, utilizando el algoritmo Rpart incluido en el package ‘rpart’ del software R [9]. Los resultados de la clasificación asociada al promedio de los árboles de decisión creados con el random forest se encuentra en la TABLE IV. Se aprecia que, si bien se mostraban buenos resultados, hay un potencial mejoramiento en la predicción de riesgo, utilizando una mejor combinación para generar la tabla de resultados. TABLE IV.

TABLA DE CLASIFICACIÓN, SCRENNING VS FCER UTILIZANDO EL MÉTODO RANDOM FOREST Árbol sin riesgo

Árbol con riesgo

Menor a 80dBA

Mayor a 80dBA

312

Otra utilidad del método random forest, es su capacidad de identificar a las variables que son más importantes para la predicción del riesgo, en este caso, de estar expuesto a más de 80 dBA. Para esto se utiliza el parámetro “Mean Decrease in Gini Coefficient”. Vemos que la pregunta B2 es la más importante, seguida por las preguntas D6, B4, y B5.

Destacamos también que en solamente el 5,6% de las áreas productivas se indica que no hay ruidos elevados, pero los resultados de las mediciones muestran niveles superiores a 80 dBA (incluso mayores a 85 dBA), lo que revela que hay conciencia sobre el problema del ruido. Finalmente, en 35 puestos de trabajo, los ingenieros jefes declaran que no existen informes que indiquen la presencia de ruidos mayores a 80dBA, sin embargo, las mediciones de screening mostraron que si hay presencia. Esto demuestra la importancia de efectuar evaluaciones cuantitativas o screening regularmente a pesar de la presencia de informes preliminares en la empresa. B. Tasa de detección de riesgo La TABLE III muestra la matriz de confusión para la detección de riesgo entre la tabla de resultados de la parte 4 de la FCER y las mediciones de screening. TABLE III.

MATRIZ DE CONFUSIÓN SCRENNING VS. FCER FCER sin riesgo

FCER con riesgo

Menor a 80dBA

Mayor a 80dBA

307

Podemos observar que, con los resultados de la FCER, 9 trabajadores son identificados sin riesgo, pero están expuestos a niveles superiores a 80 dBA. Lo que revela una baja tasa de sub-detección. Por otro lado, 62 trabajadores fueron identificados con riesgo según la FCER sin que estén expuestos a altos niveles de ruido. Si bien, esta cifra no es muy problemática para la protección del trabajador, debe ser lo más baja posible para no disminuir la confianza en la encuesta.

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Fig.1: Mean Decrease in Gini Coefficient.

Las preguntas B2 y B5 corresponden a si es necesario elevar la voz para conversar a un metro de distancia. Las preguntas D6 y B4 hablan sobre la utilización de protectores auditivos. Se aprecia que la pregunta D1 realizada a los trabajadores respecto a si debe elevar la voz, no da la misma importancia. C. Preguntas criticas En esta parte se analiza cuáles son las preguntas con mejor correlación con la exposición a niveles superiores a 80 dBA. La TABLE V presenta el índice de correlación r de Pearson y el valor-p para cada variable.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional TABLE V.

ÍNDICE DE CORRELACIÓN R DE PEARSON PARA CADA VARIABLE

Pregunta

r Pearson

0,14

0,21

0,44

0,35

Pregunta

r Pearson

0,15

0,14

0,22

Pregunta

r Pearson

0,1

0,18

0,36 ns = no significativo

En este caso, se observa que de nuevo la pregunta B2 es la que presenta mejor correlación con la presencia niveles mayores a 80dBA. Las preguntas B4 y D6 también muestran resultados importantes, aunque están más bien vinculadas con las buenas prácticas de la empresa. IV. CONCLUSIONES Debido a la alta tasa de trabajadores con problemas de hipoacusia en Chile, es imprescindible contar con un método simple para conocer en qué lugar se debe realizar mediciones y evaluaciones completas de los puestos de trabajos. Las fichas cualitativas son herramientas ideales para dicha problemática. Su objetivo es que, con pocas preguntas claves, es posible detectar si el trabajador está expuesto a niveles de ruido superiores a 80 dBA en su puesto de trabajo y así saber si presenta riesgo de hipoacusia a corto o largo plazo. Nuestro análisis revela que pocos trabajadores fueron detectados sin riesgo con la FCEA y expuestos a niveles superiores a 80 dBA. Pero de otro lado, 15,7% fueron detectados con riesgo sin que las mediciones mostraran altos niveles de ruido. El análisis revela que el cálculo de la tabla de resultados podría ser mejorado realizando una mejor decisión sobre las preguntas críticas. La pregunta B2 parece ser la pregunta más vinculada con niveles superiores a 80 dBA y podría ser desarrollada. Cabe destacar que los ingenieros jefes de las áreas productivas son los que mejor dieron respuestas bien correlacionadas con el nivel de ruido, más aún que los trabajadores o que el encargado de prevención de riesgos.

Los informes fueron generados automáticamente, y pueden ser descargados fácilmente desde la plataforma web asociada. Futuros trabajos podrían incluir análisis estadísticos similares con muestreos más grandes, de empresas de otros rubros y de distintas áreas geográficas. Otro avance podría ser la toma de mediciones screening usando un Smartphone, especialmente con micrófonos externos ya que se puede encontrar en la bibliografía distintas investigaciones al respecto [10] [11]. REFERENCIAS [1]

B. Duthey, Background Paper 6.21 Hearing Loss. The World Health Organization, febrero 2013. [2] E. Calderón, “Ruido Ocupacional Efectos y Estrategias de Control en Chile,” en HSEC, Santiago, Chile, julio 2017, año V, Nº50, pp. 12–13. [3] SUSESO, “Informe Anual: Estadísticas De Seguridad Social”, Santiago, Chile, abril 2017. [4] MINSAL, “Decreto Exento N° 1029: Aprueba Norma Técnica N°125 Denominada Protocolo Sobre Normas Mínimas Para El Desarrollo De Programas De Vigilancia De La Pérdida Auditiva Por Exposición A Ruido En Los Lugares De Trabajo”, Santiago, Chile, noviembre 2011. [5] MINSAL, “Decreto Exento N° 1052: Aprueba Norma Técnica N°156 Denominada Protocolo Sobre Normas Mínimas Para El Desarrollo De Programas De Vigilancia De La Pérdida Auditiva Por Exposición A Ruido En Los Lugares De Trabajo”, Santiago, Chile, octubre 2013. [6] ISP Chile, “Resolución Exenta N° 859: Aprueba Ficha De Evaluación Cualitativa De Exposición A Ruido En Los Lugares De Trabajo, Elaborado Por El Departamento Salud Ocupacional Del Instituto De Salud Pública De Chile”, Santiago, Chile, marzo 2015. [7] ISP Chile, “Resolución Exenta N° 1346: Aprueba Manual de la Ficha Cualitativa De Exposición A Ruido”, Santiago, Chile, abril 2016. [8] ISP Chile, “Instructivo para la Aplicación de D.S. Nº594/99 del MINSAL, Titulo IV, Párrafo 3º Agentes Físicos - Ruido”, Santiago, Chile, diciembre 2011. [9] E. Paradis, “R for Beginners”. Montpellier, France, Institut des Sciences de l’Evolution, Universit´e Montpellier II, 2005. [10] C. A. Kardous and P. B. Shaw, “Evaluation of smartphone sound measurement applications”, The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 135, EL186, 2014. [11] C. A. Kardous and P. B. Shaw, “Evaluation of smartphone sound measurement applications (apps) using external microphones—A follow-up study”, The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 140, EL327, 2016.

Finalmente, el uso y la disposición de protectores auditivos muestran buena correlación con presencia de ruido sobre 80dBA, pero también es una pregunta muy vinculada con la buena organización de la empresa. Cabe notar que el análisis estadístico presentado en este artículo es acotado y que debería ser realizado en un muestreo más grande. Con este fin, los datos anónimos son compartidos en la plataforma “www.ruidocupacional/FCER” y son de acceso libre. La constitución de una base de datos más completa de este tipo podría ser de sumo interés para desarrollar una evaluación cualitativa de la mejor calidad posible. Para finalizar, la aplicación C-Ruido fue de gran utilidad para desarrollar de manera rápida la FCER a los trabajadores.

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Resultados in situ de la Implementación del PREXOR en la Industria del Salmón a

G., Carrilloa, C., Schmalza

Gestión Acústica, Puerto Montt, Chile, contacto@gestionacustica.cl

Abstract— Un desafío importante desde el punto de vista de la salud y seguridad ocupacional, es lograr disminuir la exposición al ruido laboral en la industria salmonera en la Región de Los Lagos. Los niveles considerados no perjudiciales para la salud auditiva, están muy lejos de la realidad de la fuerza laboral en esta industria, obteniéndose para un muestreo de 14 Grupos de Exposición Similar “GES”, un 100% de trabajadores expuestos con riesgo de adquirir hipoacusia del tipo laboral. El trabajo describe la técnica utilizada por Gestión Acústica para clasificar a los trabajadores según Grupos de Exposición Similar “GES”, determinar la Dosis de Exposición al Ruido Laboral de cada GES al interior de las plantas de procesos en la Xa Región, e identificar las principales fuentes de ruido que genera tal exposición. Los resultados expuestos ayudarán a plantear los desafíos técnicos para lograr disminuir los niveles de emisión en las fuentes de ruido, controlar la propagación sonora al interior de las plantas de proceso, y por supuesto resguardar la salud y seguridad del trabajador. Keywords—prexor, ruido laboral, hipoacusia, industria salmonera

exposición

ruido,

I. INTRODUCCIÓN La industria del salmón, se ha transformado en una de las principales fuentes de ingreso económico en la Décima Región de Los Lagos, cuya actividad genera más de 61.000 empleos de forma directa e indirecta [1]. Este importante pilar económico de la región, genera un gran número de trabajadores expuestos a ruido laboral por trabajos realizados al interior de las plantas de procesos. El presente documento, muestra un promedio de los resultados obtenidos in situ de las dosimetrías de ruido hechas en cinco plantas de procesamiento de salmón de la Región de Los Lagos. Además, identifica las principales fuentes de ruido que están generando exposición por sobre el Criterio de Acción (DRD ≥ 50%). Para tener una visión comparable de los resultados obtenidos, estos están acotados solo a trabajadores que realizan procesos similares entre las cinco plantas. II. ANTECEDENTES A. PREXOR PREXOR (Norma Técnica N° 156 "Protocolo Sobre Normas Mínimas Para el Desarrollo de Programas de Vigilancia de la Pérdida Auditiva por Exposición a Ruido en los Lugares de Trabajo”, aprobada por Decreto Exento N°

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1052, del 14 de Octubre de 2013) [2] es una herramienta de carácter obligatoria para los administradores del seguro de la Ley 16744, como para empresas y trabajadores donde exista exposición ocupacional al ruido, tiene como objetivo general disminuir y controlar el riesgo de ocurrencia de la pérdida auditiva de origen ocupacional.[2] Para esto el presente protocolo, cumple un rol fundamental como guía de acción en el diagnóstico de la salud auditiva de los trabajadores. Tiene como primer paso el determinar la Dosis de Ruido Diaria (DRD) de exposición de los trabajadores agrupándolos en Grupos de Exposición Similar o GES, para luego dar paso en forma paralela a las medidas de Control de Ruido que sean necesarias para disminuir la exposición de ruido en plazos legales, y el correspondiente ingreso de los trabajadores de cada GES al Programa de Vigilancia de Salud Auditiva según periodicidad indicada en el PREXOR. TABLE I.

PLAZOS LEGALES DE IMPLEMENTACIÓN DE LAS MEDIDAS DE CONTROL DE RUIDO

Exposición Ocupacional a Ruido 50% ≤ DRD < 1000% 82 dB(A) ≤ NPSeq8h < 95 dB(A) DRD ≥ 1000% NPSeq8h ≥ 95 dB(A) Si se constata la presencia de ruido impulsivo y su valor iguala o supera 135 dB(C) Peak TABLE II. Nivel de Seguimiento I II III IV

Plazos Legales de Implementación de Medidas de Control de Ruido 1 año 6 meses 6 meses

PLAZOS LEGALES DE PERIODICIDAD DE AUDIMETRÍA Exposición Ocupacional a Ruido 82 dB(A) ≤ NPSeq8h ≤ 85 dB(A) 50% ≤ DRD ≤ 100% 85 dB(A) < NPSeq8h ≤ 95 dB(A) 100% < DRD ≤ 1000% NPSeq8h > 95 dB(A) DRD > 1000% Presencia ruido impulsivo (≥ 135 dB(C) Peak)

Periodicidad Audiometrías Cada 3 años Cada 2 años Cada 1 año Cada 6 meses

B. Equipamiento utilizado Las mediciones fueron realizadas con Dosímetros que cumplen con la norma IEC 61252 y las respectivas exigencias establecidas en el Instructivo Para la Aplicación del D.S. 594/99 del MINSAL, Titulo IV, Párrafo 3º, Agentes Físicos – Ruido. Los descriptores registrados corresponden a los NPSeq en ponderación A y C con respuesta Lenta, y en paralelo se midió el NPSpeak en ponderación C y respuesta Impulsiva. La instrumentación utilizada fue calibrada en terreno con un

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de AcĂşstica y Audio Profesional calibrador acĂşstico que cumple con las exigencias seĂąaladas en las normas IEC 942, IEC 60942, para clase 2 o superior.[3][4] Los instrumentos de mediciĂłn, como el calibrador acĂşstico cuenta con certificaciĂłn periĂłdica vigente al momento de hacer las mediciones. C. TĂŠcnica para determinar la Dosis de Ruido La tĂŠcnica utilizada para determinar la Dosis de Ruido, corresponde a la mediciĂłn del NPSeq a travĂŠs de la DosimetrĂa Personal. Esta tĂŠcnica se indica en el Instructivo Para la AplicaciĂłn del D.S. 594/99 del MINSAL, Titulo IV, PĂĄrrafo 3Âş, Agentes FĂsicos â&#x20AC;&#x201C; Ruido.[4] La Dosis de Ruido Diaria se determinĂł a partir de los valores de los NPSeq obtenidos de la DosimetrĂa Personal para un tiempo de mediciĂłn representativo de la jornada. Para esto se considerĂł lo siguiente: Tiempo efectivo de exposiciĂłn al NPSeq medido para una determinada tarea o actividad (que no corresponde al tiempo de mediciĂłn de dicho NPSeq) -

NPSeq medido para una determinada tarea o actividad.

Tiempo mĂĄximo de exposiciĂłn permitido para el NPSeq medido.

El Tiempo mĂĄximo de exposiciĂłn permitido para cualquier NPSeq medido se obtendrĂĄ a partir de la EcuaciĂłn (1): ď&#x20AC; DĂłnde:

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; ŕľ&#x152; đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ??¸đ??¸đ??šđ??š â&#x2C6;&#x2014; Í´

đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ??¸đ??¸đ??šđ??š â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013; Č&#x20AC;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x17E;

ď&#x20AC;

ď&#x20AC;¨ď&#x20AC;ąď&#x20AC;Šď&#x20AC;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; : Tiempo mĂĄximo de exposiciĂłn permitido para el NPSeq medido.

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ??¸đ??¸đ??šđ??š : Tiempo de referencia (8 hrs.)

đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ??¸đ??¸đ??šđ??š : Nivel de presiĂłn sonora de referencia para 8 horas, con un valor igual a 85 dB(A) lento. đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013; : Nivel de presiĂłn sonora equivalente medido.

đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x17E; : RazĂłn de cambio con valor igual a 3.

Por lo tanto, la expresiĂłn queda simplificada como detalla la EcuaciĂłn (2). đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192; ŕľ&#x152; Íş â&#x2C6;&#x2014; Í´ ÍşÍˇâ&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x17E;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013;

ď&#x20AC;

Č&#x20AC;Íľ

ď&#x20AC;

ď&#x20AC;¨ď&#x20AC;˛ď&#x20AC;Šď&#x20AC;

La Dosis de Ruido Diaria se obtendrĂĄ a travĂŠs de la EcuaciĂłn (3). đ??ˇđ??ˇđ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018;&#x153;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018; đ?&#x2018; ŕľ&#x152;

ď&#x20AC; DĂłnde:

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;Íł

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;Íł

ŕľ&#x2026;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;Í´

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;Í´

ŕľ&#x2026;â&#x2039;Żŕľ&#x2026;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x192;đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;

ď&#x20AC;

ď&#x20AC;¨ď&#x20AC;łď&#x20AC;Šď&#x20AC;

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013; : Tiempo efectivo de exposiciĂłn al NPS medido para la tarea i.

đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;&#x2021;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013; : Tiempo mĂĄximo de exposiciĂłn permitido para NPSeq medido para la tarea i.

D. Procesos Productivos Evaluados En las plantas de proceso de salmĂłn, el tipo de producto final dependerĂĄ de la demanda del mercado. En tĂŠrminos generales, el pescado es traspasado en tres etapas, comenzando por la lĂnea primaria, luego la lĂnea de proceso (fresco y congelado) y finalmente la lĂnea de sellado. En la lĂnea primaria el pescado es faenado, se realiza un corte en la zona de la faja (o vientre) para luego extraer las vĂsceras por medio de una bomba succionadora. En la lĂnea de proceso, el pescado es clasificado para incorporar bĂĄsicamente dos lĂneas de procesos: la lĂnea fresco y lĂnea congelado. En la lĂnea fresco, se le corta la cabeza al pescado, pasa a una mĂĄquina que bisecciona el producto y elimina el esquelĂłn, y es traspasado a una mesa de trabajo en el cual se despina, desgrasa o recorta. Posteriormente, segĂşn requerimiento, pasa a otros subprocesos para finalmente ser moldeado en bandejas y llegar a la lĂnea de sellado. En la lĂnea congelado, el pescado es enviado a una cĂĄmara de frĂo para luego congelarlo y llevarlo a la lĂnea final de sellado. En esta misma lĂnea, se encuentra el proceso de mantener limpias las bandejas en las cuales el pescado es ordenado para congelarlo. La lĂnea de sellado tiene un proceso de moldeo para el producto fresco, y desplacado para el producto congelado. Ambos productos son posteriormente sellados. En cada uno de los procesos desde el ingreso hasta el sellado, interviene un sinnĂşmero de trabajadores que realizan diversas tareas, y que ademĂĄs se encuentran expuestos a varias fuentes de ruido. E. Condiciones AcĂşsticas y Fuentes de Ruido El procesamiento del producto de salmones se realiza en salas cerradas y acondicionadas para cada etapa del proceso, el volumen de las salas variarĂĄ en cuanto al largo de la lĂnea de proceso, personal involucrado y condiciones mĂnimas de seguridad, llegando a obtener dimensiones de 60 x 30 x 6 (m3). Debido a las condiciones sanitarias que el producto debe cumplir, las superficies utilizadas son lavables, siendo las superficies laterales y cielo confeccionado con panel tĂŠrmico modular de acero pintado en ambas caras, y el piso de cerĂĄmicos o similares, materiales lisos y altamente reflectante al sonido. Otra caracterĂstica de la sala es que debe cumplir con bajas temperaturas para la manipulaciĂłn del producto, esto se logra climatizando el lugar con el uso de evaporadores que ademĂĄs evitan la condensaciĂłn, equipos cuyo NPS generan una ruido base sobre los 80 dBA si no se cuenta con una medida de control acĂşstico. Adicionar tambiĂŠn que las plantas cuentan con cĂĄmaras de frĂo o tĂşneles que tienen compresores cuyos niveles de ruido logran superar los 105 dBA, debido a la cercanĂa que debe estar la cĂĄmara con las lĂneas de proceso, esta fuente de ruido transmite ruido a la sala ya sea por vĂa aĂŠrea como por vĂa estructural. En la Etapa de lĂnea primaria, las principales fuentes de ruido a considerar son: volteadora de bins; succionadora; alimentador Marelec. En la Etapa de proceso, la lĂnea de

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congelado tiene como principal fuente de ruido los compresores de las cámaras de frío y el proceso de lavado de bandejas. En la línea fresco, las fuentes de ruido son: biseccionadora Baader; despinadora; descamadora; porcionadora; recorte Whizard; motores de las cintas transportadoras; succionadora de residuos y el proceso de corte de cabeza. Finalmente en la Etapa de Sellado, las fuentes de ruido son los motores de las cintas transportadoras, seleccionadora, enzunchadora, sierra huincha, selladora al vacío y los procesos de desplacado y empaque. F. GES Evaluados Para lograr determinar la Dosis de exposición de ruido de los trabajadores, estos, primeramente y en concordancia con el protocolo PREXOR, fueron clasificados en Grupos de Exposición Similar (GES), agrupándolos por similitud de tareas, y según los lugares de trabajo en donde realicen sus tareas, evitando que un trabajador esté en dos GES simultáneamente. En conformidad al punto anterior, se sitúa a la mayoría de los trabajadores en los siguientes GES como se muestra en el diagrama de la Figura 1.

Las labores que realizan los GES Desplacado y Lavado de Bandeja, y que presentan exposición por sobre el Criterio de Acción para Ruido Impulsivo, no se debe al uso de alguna maquinaria, en donde estos valores se deben a que el proceso consiste en golpear las placas para lograr desprender el pescado congelado de las bandejas metálicas. TABLE III.

RESULTADOS DE DOSIMETRÍA DE RUIDO PROYECTADA Y PEAK C MEDIDO NPSeq Medido

Dosis De Ruido Proyectada Estandarizada 8Hr y Peak C, según D.S. 594/99 del MINSAL

dBA Lento

%, dBC

Primario

88,7

220

Primario

87,4

163

Primario Primario Fresco Fresco Fresco Fresco

93,2 85,6 86,0 87,8 84,4 83,9

Emparrillado

Congelado

84,8

623 108 118 179 82 73 90

Tunelero

Congelado

91,8

Congelado

93,3

Moldeo

Sellado

86,8

Desplacado

Sellado

92,8

Sellado

88,2

GES Evaluado

Alimentador Línea Eviscerado Operario Eviscerado Succión Eviscerado Calibrado Corte de Cabeza Operador Baader Despinado Manual Clasificado

Lavado Bandejas

Área de Proceso

Peak C = 130,3 451 638 Peak C = 141,3 142 568 Peak C = 146,0 196

REFERENCIAS

Fig.1: Identificación de GES evaluados

III. RESULTADO DE LAS MEDICIONES A continuación, se muestra en la Tabla III los resultados indicando el GES evaluado en relación con su tarea, área de Proceso, el valor NPSeq en Ponderación A, y la Dosis de Ruido Estandarizada con el NPS Peak medido si éste se encuentra además expuesto a ruido impulsivo. Los valores de tiempo efectivo proyectado corresponden a 7,5 horas diarias. IV. CONCLUSIONES Las mediciones y evaluaciones realizadas se hicieron en conformidad a lo estipulado por el Instructivo Para la Aplicación del D.S. 594/99 y PREXOR. Ante lo observado, la totalidad de los GES evaluados se encuentran expuestos a una DRD > 50%. A esto se desglosa lo siguiente; 3 GES se exponen entre 50% ≤ DRD ≤ 100%; 11 GES se exponen entre 100% < DRD ≤ 1000%, de los cuales 2 GES tienen presencia ruido impulsivo por sobre el Criterio de Acción para Ruido Impulsivo (≥ 135 dB(C) Peak).

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[1] Asociación de la Industria del Salmón de Chile A.G. Segundo Informe de Sustentabilidad de la Industria del Salmón 2016. Recuperado de http://www.salmonchile.cl/es/sustentabilidad_2016.php. Septiembre 2017. [2] Ministerio de Salud, Norma Técnica N° 156 "Protocolo Sobre Normas Mínimas Para el Desarrollo de Programas de Vigilancia de la Pérdida Auditiva por Exposición a Ruido en los Lugares de Trabajo”. Aprobada por Decreto Exento N° 1052. Octubre 2013. [3] Instituto de Salud Pública de Chile. “Guía para el Mantenimiento y Calibración de la Instrumentación Utilizada en la Evaluación de la Exposición a Ruido de los Trabajadores en sus lugares de Trabajo”. 2012. [4] Instituto de Salud Pública de Chile. Instructivo Para la Aplicación del D.S. 594/99 del MINSAL, Titulo IV, Párrafo 3º, Agentes Físicos – Ruido. Resolución N°926. Junio de 2004. [5] Ley 16.744/68, “Seguro Social contra riesgos de accidentes del trabajo y enfermedades profesionales”. Ministerio del Trabajo; DS 40/69, Aprueba reglamento sobre prevención de riesgos profesionales. Ministerio del Trabajo. 1968. [6] Decreto Supremo N°594 de 1999: “Reglamento Sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales Básicas en los Lugares de Trabajo”. Ministerio de Salud, Chile. [7] Instituto de Salud Pública de Chile. “Protocolo para la Medición del Ruido Impulsivo en los Lugares de Trabajo. Diciembre 2012.

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ACÚSTICA ARQUITECTÓNICA

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Búsqueda de la geometría óptima de un tubo acústico 1D para la obtención de la equipartición modal, a través del método de los elementos finitos y algoritmos genéticos a

M.A., Gonzáleza, J.E., Sommerhoffb & C.A., Ramosc

Centro de Docencia de Ciencias Básicas para Ingeniería, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, mgonzalez@uach.cl b Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile c Facultad de Ingeniería y Ciencias Agropecuarias, Universidad de las Américas, Quito, Ecuador

Abstract— Un problema que es de interés en acústica arquitectónica es poder lograr la equipartición modal, esto es, que la función de respuesta de la sala sea tal que el espaciamiento en frecuencia entre dos modos adyacentes sea el mismo en todo el rango de frecuencia. El problema en sí considera como hipótesis el hecho de que la geometría es un factor determinante en la respuesta modal de una sala. Como etapa previa al desarrollo de modelos 2D y 3D, en este trabajo se considera un modelo en elementos finitos 1D de un tubo acústico, donde un elemento finito genérico es a su vez un pequeño tubo acústico. Este modelo es versátil para el problema, debido a que los diámetros de cada elemento pueden ser considerados como variables de entrada. Se considera entonces una función objetivo en términos del espaciamiento entre los modos y la minimización de dicha función, utilizando algoritmos genéticos en MATLAB. Los resultados ofrecen luces sobre cómo debería ser geométricamente una sala acústica con un alto grado de equipartición modal. Keywords—Optimización; equipartición modal; acústica de locales; elementos finitos; algoritmos genéticos

I. INTRODUCCIÓN Por diversas razones, es deseable poder caracterizar la acústica interior de una sala, a fin de garantizar que esta tendrá un buen desempeño para la actividad para la cual fue construida. Entre otros factores, los modos normales juegan un rol importante en la respuesta de una cavidad acústica. A su vez, dichos modos dependen fuertemente de geometría de la misma. En ese sentido, hay varios trabajos a lo largo de la literatura donde se ha estudiado la distribución de los modos en el dominio de la frecuencia y su relación con la geometría. En ese sentido, es fundamental el trabajo de Bolt [1]. Según Sommerhoff [2], al diseñar una sala, se debe tratar que la curva característica de transmisión de frecuencia sea lo más plana posible. Esto puede lograrse cuando el espaciado entre modos adyacentes en el dominio de la frecuencia es constante y el menor posible. Lo anterior plantea un interesante desafío: la búsqueda de geometrías que permitan obtener una respuesta deseada de una sala. Esto ha sido abordado ampliamente en salas rectangulares, siendo uno de los primeros trabajos el desarrollado por Louden [3]. Muchos años después, Cox y D'Antonio [4] utilizaron algoritmos de optimización para encontrar la proporción óptima de las dimensiones de una sala

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rectangular, de tal forma que su respuesta sea lo más plana posible. En el caso anterior, la función objetivo fue desarrollada desde un modelo analítico de la sala. Sin embargo, para geometrías no rectangulares y arbitrarias en general, tal como sucede con salas de concierto, etc., es más conveniente utilizar métodos numéricos. Siltanen et al. [5] han utilizado ampliamente el Método de los elementos Finitos (FEM) y el Método de los elementos de Contorno (BEM) para modelar la acústica de salas de concierto. En este trabajo se plantea la búsqueda de la geometría óptima de una cavidad acústica 1D, de forma tal que las primeras frecuencias naturales de la misma estén predeterminadas por el usuario. El modelo ha sido desarrollado en elementos finitos, a través de un elemento de tipo "tubo acústico". Este modelo es versátil para el problema, debido a que los diámetros de cada elemento pueden ser considerados como variables de entrada. Se considera entonces una función objetivo en términos del espaciamiento entre los modos y la minimización de dicha función, utilizando algoritmos genéticos en MATLAB. Los resultados ofrecen luces sobre cómo debería ser geométricamente una sala acústica con un alto grado de equipartición modal. II. TEORÍA A. Elementos Finitos Acústicos 1D En modelo de elementos finitos acústicos usado en este trabajo ha sido propuesto y desarrollado por Fahy [6], el cual está basado en la manipulación de las energías cinética y potencial a través del Principio de Hamilton. En ese sentido, para poder utilizar un parámetro común entre ambas energías, el problema es definido en términos del potencial de velocidad. Por otro lado, cada elemento posee dos nodos, con un grado de libertad en cada uno. En la Fig.1 se ilustra la geometría y propiedades de un elemento acústico 1D.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Por otro lado, para un sistema discreto con N grados de libertad, ambas energías pueden ser representadas matricialmente así:

Fig.1: Geometría y propiedades de un elemento acústico 1D [6].

Una representación polinómica de la función potencial de velocidad para el elemento de la Fig.1 es la siguiente: ,

( )

(1)

, siendo 2 el largo total del tubo. Las donde constantes α1 yα2 son determinadas por las condiciones de , se tiene borde del elemento tubo. De hecho, para que: ,

(2.a)

(2.b)

son el potencial de velocidad en los nodos 1 y donde y 2. La Ec.(2) es de hecho, un sistema de ecuaciones en α1 y α2, cuya solución es: (

)

(

Al remplazar Ec.(3) en Ec.(1), se obtiene: (

)

(

)

()

(

(3)

( ).

)

(4)

La Ec.(4) puede representarse en forma matricial, de la siguiente manera: () ) , ( ) ( )- [ ( ] () ( )

(

, ( )-* )

(5.a)

( )+

( )

(

(5.b)

Por otro lado, para un tubo acústico 1D, se tiene que las energías cinética y potencial están dadas por [6]: ∫

∫

(

)

(

)

, ,

(6.a) (6.b)

+ ,

{ ̇ } ,

(7.a)

-{ ̇ }

(7.b)

donde , - y , - son las matrices de rigidez e inercia acústica elementales, respectivamente. Al comparar la Ec.(6) con la Ec.(7), se obtienen expresiones explícitas de dichas matrices: ,

∫

(

)

1 0

(

)

], (8)

[

∫ , ( )- , ( )-

[

]. (9)

Una vez obtenidas las matrices elementales , - y , - , se procede a calcular las matrices globales de rigidez e inercia acústica , ̅ - y , ̅ -, a través de un proceso de ensamblaje (Assembling process) [6]. Posteriormente, al aplicar las condiciones de borde sobre los correspondientes grados de libertad del modelo, se obtienen , - y , -. Estas últimas son fundamentales porque forman parte la ecuación de movimiento para el tubo, la cual está dada por: , -* ̈ ( )+

, -* ( )+

* +

* +,

(10)

donde * + es un vector que contiene las presiones acústicas en todos los nodos del modelo, y está relacionada con el potencial de velocidad a través de: (11)

mientras que * + el vector que contiene todas las cargas acústicas externas. Desde Ec.(10), al considerar * + * +, es posible obtener las frecuencias naturales y las formas modales del tubo. Para ello se propone una solución armónica del tipo * + * + , lo que consecuentemente lleva al siguiente problema de valores propios: (, -

, -)

(12)

En la Fig.2 se muestran los primeros 4 modos de un tubo de sección transversal constante circular de radio r=5cm, Largo del tubo L=0,5m, siendo que el tubo se encuentra cerrado en ambos extremos y considerando un total de 32 elementos.

la donde es la sección de área transversal del tubo, densidad del fluido y c la velocidad de propagación del sonido en dicho medio.

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donde contiene las primeras N frecuencias naturales que se desean alcanzar, mientras que son las frecuencias del modelo de elementos finitos del tubo, y están relacionadas directamente con los valores propios del mismo (Ec.(13)). Así, para asegurar que las frecuencias del modelo numérico sean las mismas que las propuestas, se propone la siguiente función objetivo: (15)

(

Fig.2: Primeros 4 modos acústicos para un tubo de sección transversal constante.

Luego, es claro que la minimización de la función objetivo de la Ec.(15) permitirá obtener las frecuencias deseadas.

En la Fig. 3 se ilustra una función de respuesta en frecuencia de la presión sonora, considerando una carga acústica unitaria en el nodo 1 de la malla de elementos finitos.

Se utilizó MATLAB como lenguaje de programación y los códigos de algoritmos genéticos que vienen incorporados en el mismo. En la Fig. 4 se ilustra un esquema del proceso de optimización.

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Población Inicial

Evaluar la función objetivo

Criterios de optimización fueron alcanzados

Inicio

Mejores individuos

Resultado

NO Selección Generar nueva población

Frecuencia [Hz]

Fig.3: Función de respuesta en frecuencia para el tubo de la Fig.1.

Para la Fig.3, cabe señalar que los valores del eje de las ordenadas no es precisamente un nivel de presión sonora, ya que no fue considerada la presión de referencia de 20µPa. Además, el modelo del tubo no contempla absorción acústica. Esto explica los altos valores. No obstante, esto no es de importancia en este trabajo ya que la gráfica es apenas una ayuda para visualizar la distribución de los modos en el dominio de la frecuencia. B. Problema de optimización propuesto El objetivo principal de este trabajo es poder sintonizar las primeras frecuencias naturales de un modelo de tipo tubo acústico, manteniendo constante el largo del mismo, modificando el área de las secciones transversales a lo largo de todo el tubo (envolvente). La idea es proponer los valores de las primeras frecuencias (frecuencias deseadas) y a través de algoritmos de optimización, encontrar la geometría (o geometrías) que permitan alcanzar dichas frecuencias. Para formalizar el problema considerar los siguientes vectores de datos: (

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(

Recombinación

A.G.

Mutación

Fig.4: Esquema del proceso de optimización.

III. RESULTADOS El modelo a ser optimizado en este trabajo corresponde a un tubo acústico cerrado en ambos extremos, cuyo largo total es L=0,5m. A continuación se presentan resultados para diferentes casos. A. Caso A: fnat1=350Hz, fnat2=450Hz Para este caso se dividió el tubo en 8 elementos, a fin de lograr la convergencia de las dos primeras frecuencias naturales. En la Fig. 5 se ilustran los primeros cuatro modos acústicos.

(14.a) (14.b)

Fig.5: Primeros 4 modos acústicos para el Caso A - n=8.

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En la Fig. 6 se puede apreciar la función de respuesta en frecuencia para el mismo caso.

Al comparar ambos casos, se puede observar que el incremento del número de frecuencias propuestas, demandará un número mayor de elementos, por lo que A.G. necesitará un mayor número de iteraciones para alcanzar un resultado óptimo. Por otro lado, para el Caso A se usó un máximo de 500 generaciones (Fig.6), mientras que para el Caso B el número máximo de generaciones fue de 5000. Este último número se escogió luego de varios intentos para resolver el Caso B, puesto que el incremento del número de elementos no fue suficiente para alcanzar el resultado deseado. Finalmente, observar que la geometría del tubo se torna más complicada a medida que se incrementa el número de frecuencias naturales deseadas.

Frecuencia [Hz]

CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS

Fig.6: Función en respuesta en frecuencia para el Caso A.

En este trabajo se ha considerado un modelo en elementos finitos para un tubo acústico cerrado en ambos extremos y la busqueda de la geometría óptima, de tal forma que las primeras frecuencias naturales del tubo estén prescritas por un usuario. Para esto se consideró el diámetro de cada elemento como una variable de entrada. Por medio de algoritmos genéticos ha sido posible encontrar geometrías para dos casos, ambos con el mismo largo de tubo de 0,5m. Los resultados son alentadores, ya que para ambos casos ha sido posible alcanzar el resultado deseado. No obstante, se advierte que el método podría demorar mucho al considerar un número elevado de frecuencias naturales propuestas. Por otro lado, las geometrías encontradas sugieren que el modelo de cavidades 3D podría ser bastante irregular. Como trabajos futuros, se propone incrementar el número de frecuencias naturales para el modelo 1D e intentar utilizar el mismo para implementar tubos de impedancia reales con sección transversal variable. Un segundo trabajo consiste en optimizar modelos 2D y 3D de cavidades acústicas, empleando la misma metodología presentada aquí.

B. Caso B: fnat1=350Hz, fnat2=450Hz; fnat3=550Hz; fnat4=650Hz; fnat5=750Hz Para este caso el tubo fue dividido en 50 elementos. En las figuras Fig.7 y Fig.8 se ilustran los modos acústicos y la función de respuesta en frecuencia, respectivamente.

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Fig.7: Primeros 4 modos acústicos para el Caso B - n=50.

Frecuencia [Hz]

REFERENCIAS [1] R. Bolt, ―Normal Modes of Vibration in Room Acoustics: Experimental Investigations in Nonrectangular Enclosures,‖ JASA, vol. 11, pp. 184– 197, 1939. [2] J. Sommerhoff, ―Notas de aula de la asignatura Acústica Arquitectónica, para la carrera de Ingeniería Civil Acústica," Universidad Austral de Chile, 2017. [3] M. Louden, ―Dimension ratios of rectangular rooms with good distribution of eigentones,‖ Acústica , vol. 24, pp. 101–04, 1971. [4] P. D'Antonio, T. Cox, ―Determining Optimun Room Dimensions for Critical Listening Environments: A New Methodology,‖ AES convention, paper number 5353, Amsterdam, Netherlands, 2001. [5] S. Siltanen, T. Lokki, L. Savioja, C. Christensen, "Geometry reduction in room acoustics modeling," In Acta Acustica united with Acustica, vol. 94, no. 3, pp. 410-418, 2008. [6] F. Fahy and P. Gardonio, ―Sound and Structural Vibration - Radiation, Transmission and Response," Academic Press, second edition 2007, pp. 479–497.

Fig.8: Función en respuesta en frecuencia para el Caso B.

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Restauración Acústica de la Arquitectura Patrimonial a

J.R. Aguilara, P.C. Grossb & F.G. Herrerab

CHILEACUS, Santiago, Chile, aguilar@chileacus.cl EPSILON CONSULTORES, Santiago, Chile, pgross@aepsilon.cl

Abstract— La intervención del consultor acústico en el proyecto arquitectónico adquiere características especiales cuando se trata de restaurar la arquitectura patrimonial, es decir aquellos edificios declarados de acuerdo a la actual legislación chilena monumentos nacionales e históricos. En este tipo de intervenciones el consultor acústico tiene que proponer soluciones de diseño, las cuales deben cumplir con criterios más amplios que solo los estándares de desempeño acústico. En este artículo se presentan los conceptos básicos, así como los criterios generales de intervención de la arquitectura patrimonial que ha de tener en cuenta el especialista de acústica al abordar este tipo de proyectos. Adicionalmente, se estudia el caso de un proyecto realizado en Chile: la restauración del Teatro Municipal de Iquique, construido en 1889. Se presentan los resultados del estudio de comportamiento acústico de la sala, y se describen las intervenciones acústicas propuestas por el consultor y aprobadas por el Consejo de Monumentos Nacionales para la restauración y puesta en valor del monumento. Keywords—acústica arquitectónica; restauración arquitectura patrimonial; teatro municipal de Iquique.

I. RESTAURACIÓN DEL PATRIMONIO A partir de las consideraciones presentadas en innumerables cartas y recomendaciones internacionales que determinan la protección, conservación, intervención, puesta en valor y difusión del patrimonio, se explican a continuación, de forma breve y concisa, las definiciones más relevantes de aquellos conceptos y actuaciones que resultan ineludibles de conocer al momento de trabajar sobre este tipo de bienes y recursos. A. Conservación De acuerdo a lo señalado en la Carta de Burra del International Council on Monuments and Sites (ICOMOS) – Australia del año 1979, la conservación es “todo proceso de tutela de un lugar con el fin de mantener su valor cultural. Incluye el mantenimiento y, dependiendo de las circunstancias, puede incluir preservación, restauración, reconstrucción y adaptación, y, por lo común, será una combinación de más de una de éstas.” De la misma forma, la Carta de Cracovia del año 2000 plantea que la conservación “es el conjunto de actitudes de una comunidad dirigidas a hacer que el patrimonio y sus monumentos perduren. La conservación es llevada a cabo con respecto al significado de la identidad del monumento y de sus valores asociados” [1,2]. B. Restauración Es considerada una acción última, dado su carácter invasivo y agresivo para el monumento. Como consta en la Carta de

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Venecia del año 1964, la restauración “es un proceso que debe tener un carácter excepcional. Su finalidad es la de conservar y poner de relieve los valores formales e históricos del monumento y se fundamenta en el respeto a los elementos antiguos y a las partes auténticas” [3], En tal sentido, y tal como señala la Carta de Burra (ICOMOS – Australia 1979), la restauración significa “devolver al tejido histórico existente una condición pretérita conocida a través del retirado de añadidos o el re-ensamblaje de los componentes que existen sin la introducción de nuevos materiales”. Asimismo, se entiende que esta es una intervención dirigida sobre un bien patrimonial, cuyo objetivo es la conservación de su autenticidad y su apropiación por parte de la comunidad. C. Puesta en Valor Según lo establecido en las Normas de Quito (ICOMOS 1967), poner en valor un bien histórico equivale a “habilitarlo de las condiciones objetivas y ambientales que, sin desvirtuar su naturaleza, resalten sus características y permitan su óptimo aprovechamiento”. Además, dicha norma indica que la puesta en valor del patrimonio monumental y artístico “implica una acción sistemática, eminentemente técnica, dirigida a utilizar todos y cada uno de esos bienes conforme a su naturaleza, destacando y exaltando sus características y méritos hasta colocarlos en condiciones de cumplir a plenitud la nueva función a que están destinados” [4]. De esta forma, se entiende la puesta en valor como una acción de concientización sobre la población tendiente a lograr el apoyo para la conservación del patrimonio. Esta intervención tiene por objeto devolver el valor que han perdido tanto los inmuebles, como los espacios urbanos a causa de la acción de la naturaleza o del hombre. D. Rehabilitación Se entiende por rehabilitar cualquier operación de intervención que tiene por objeto volver a “habilitar”, poniendo nuevamente en uso activo un edificio, de manera que pueda cumplir con las funciones que tenía asignadas en un principio o de unas nuevas que respondan a las demandas y necesidades contemporáneas. Implica un conjunto de actuaciones cuya finalidad es la de elevar el nivel de habitabilidad, salubridad y confort del edificio, redistribuyendo el espacio interior, manteniendo las características generales de la estructura, de la tipología y/o su envolvente, y puede ser aplicado tanto desde lo arquitectónico, como a escala urbana, asumiendo un carácter integral por la diversidad de disciplinas y áreas que abarca su acción. En tal sentido y como señala el prestigioso arquitecto especialista argentino Jorge Tartarini, “etimológicamente el término rehabilitar está compuesto por la partícula “re” y la

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional voz latina “habilis” (hábil, capaz), y equivale a dar capacidad, idoneidad y aptitud para un fin determinado” [5]. En definitiva, y como expresa la Carta de Lisboa de Rehabilitación Urbana Integrada (1995), la rehabilitación edilicia “comprende obras que tienen como fin la recuperación y la reintegración física de una construcción y la búsqueda de soluciones para las anomalías constructivas, funcionales, higiénicas y de seguridad acumuladas a lo largo de los años, procediendo a realizar una modernización que mejore su desempeño hasta cumplir con los actuales niveles de exigencia” [6]. II. CRITERIOS DE INTERVENCIÓN GENERALES Una parte sustancial de la visión y enfoque con la cual el equipo profesional debe enfrentar el proceso de recuperación, restauración, conservación, rehabilitación y/o puesta en valor del patrimonio son los criterios de intervención de carácter general. En tal sentido, se considera que la rehabilitación y revitalización de un inmueble y su entorno inmediato debe evaluar la implementación de operaciones de conservación/restauración, en función de su valor, así como de refuncionalización, a través de intervenciones tendientes a recuperar la espacialidad y sentido del edificio, poniéndolo a disposición de la comunidad y sus propietarios. Los principios que orientan la descripción metodológica dicen relación con las tendencias actuales y las recomendaciones de los organismos internacionales. En primer lugar, la aplicación de estrategias de prevención del deterioro actual es una línea fundamental y los esfuerzos e iniciativas se han concentrado en la planificación, investigación, aplicación y conservación del conjunto de los edificios y de su eventual rehabilitación. En el caso que el deterioro presente pueda implicar un riesgo evidente de pérdida irremediable de valor cultural, se estima pertinente aplicar una metodología de intervención basada en principios de conservación preventiva, necesaria para la preservación del recurso, junto a otros que dicen relación con operaciones de consolidación, recuperación, rehabilitación y saneamiento del edificio, fundamentales para acoger nuevos usos si es que así concurre, los cuales se presentan a continuación. A. El Bien como Documento Toda intervención sobre un recurso urbano – arquitectónico patrimonial deberá apuntar a la puesta en valor del edificio, así como será imprescindible que toda actuación sobre ellos garantice el tratamiento científico del bien como documento. Esto significa que la intervención deberá ser guiada por una serie de estudios objetivos y previos, de carácter arquitectónico, histórico, tectónico y patológico. De no ser así, las operaciones sobre el bien serán infundadas, subjetivas y aleatorias. Hay que recordar que la intervención deberá detenerse cuando se entre en el campo de la hipótesis, la especulación y el desconocimiento. B. Principio de Autenticidad Alude a evitar la eliminación sistemática de adiciones históricas, en las partes que se conserven del edificio, dado que una supresión injustificada o indocumentada podría causar una pérdida irreversible de información. En el caso que fuese

necesario eliminar una adición de este tipo, deberá justificarse con los antecedentes y argumentos respectivos, realizando una completa descripción y documentación de los elementos posibles de suprimir. C. Principio de Originalidad Constructiva y su Morfología Arquitectónica El respeto a la originalidad constructiva supone dos aproximaciones simultáneas. Por una parte, se debe tener en cuenta el envejecimiento positivo de los materiales, esto es el respeto por las trazas positivas que el paso del tiempo va dejando en las superficies arquitectónicas, y que son más conocidas como pátinas. En esta línea, deberían ser intervenidas solamente zonas, partes y materiales que acusen un grado de deterioro tal que se vea amagada su consistencia y estabilidad y no intervenir para mejorar deformaciones menores que no afecten la estructura o la imagen figurativa del edificio. Por otra parte, el respeto a este principio supone la intervención con materiales y técnicas constructivas originales mientras estas aseguren resultados adecuados. Cuando las técnicas y los materiales originales no permitan intervenir con seguridad garantizada para la protección del edificio, se utilizarán técnicas y materiales modernos que sean compatibles con la originalidad que se busca proteger. D. Principio de Mínima Intervención Esto es la adecuación de las intervenciones de consolidación, resanamiento, refuerzo, reintegración, limpieza, liberación y reconstrucción, si fuera requerido, al mínimo que sea estrictamente necesario. Cuando no sea imprescindible otro tipo de intervención, los materiales se tendrían que someter simplemente a la limpieza menos invasiva que sea posible. E. Principio de Compatibilidad de Formas y Materiales Esto supone que las intervenciones restaurativas se realicen con estricto apego a los resultados de los estudios previos que garanticen compatibilidad formal, química y física entre materiales nuevos y originales. Este principio se aplicará tanto para asegurar la compatibilidad estética de las reintegraciones, como la compatibilidad constructiva y estructural entre lo original y lo agregado. F. Principio de Diferenciación Esto es cuando se deba proceder a la restitución o reintegración de material o al reemplazo de elementos faltantes de manera de diferenciar lo nuevo de lo original. Esta diferenciación se realiza por forma, textura y/o color y permite discriminar en una aproximación cercana el material original del que no lo es, pero a simple vista y a distancia promedio del observador no es perceptible lográndose una lectura integral del conjunto. G. Principio de Reversibilidad En la medida de lo posible, se deberán evitar las intervenciones que por su masividad o invasividad, tales como grandes demoliciones, por ejemplo, no puedan luego revertirse. Este criterio se orienta a que las intervenciones pudieran volverse atrás o anularse para permitir, de llegar a encontrar mejores soluciones en el futuro, actuar sobre el edificio mejorando la calidad y adecuación de la restauración.

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H. Principio de Interdisciplinariedad Reflejada en un equipo interdisciplinar de trabajo integrado por profesionales de diferentes especialidades y formaciones con el fin de entregar una visión transversal y de conjunto del objeto de estudio. A partir de las conclusiones obtenidas se establecerán los criterios y la metodología específica de trabajo a seguir. I. Principio de Consolidación La consolidación en las partes que se conserven del edificio se deberá realizar con productos y métodos que no alteren las propiedades físico-químicas de los materiales, ni la estética de la obra y se localizará solo donde sea estrictamente necesario. En el caso de la limpieza, ya se sea a través de medios mecánicos o químicos, nunca debe alterar los materiales que componen la obra, ni su estructura, ni el aspecto primitivo de la misma, como serán discretas las prospecciones que sean necesarias de realizar, siempre de reducido tamaño y en sitios poco visibles. En el caso de la consolidación estructural del edificio, como parte de una práctica de conservación del mismo, se afrontará no sólo mediante la inserción de “armaduras invisibles” en el organismo del bien cultural, sino que también se puede llegar a la utilización de “prótesis visibles” como medio para asegurar su estabilidad y adaptarlo a los nuevos usos que se solicitasen. J. Principio de Reintegración Sólo se recurrirá a la reintegración cuando sea necesaria para la estabilidad de la obra o de algunos de sus materiales constitutivos; en aquellos casos en los que concurran circunstancias especiales, la decisión deberá aportarse por el equipo interdisciplinar. Siempre se respetarán la estructura, fisonomía y estética del objeto con las naturales adiciones del tiempo. Si es necesario realizar reintegraciones, se determinará previamente el criterio a seguir y la metodología de trabajo, siendo prioritario el máximo respeto al original. Siempre que sea posible, se recurrirá a cualquier documento, gráfico o escrito, que aporte datos fidedignos del aspecto original de la obra. En cuanto a soportes y estructuras, en ocasiones es preciso efectuar consolidaciones o reintegraciones por problemas de estabilidad de la obra o de su función. En lo que se refiere a la pintura y a la policromía, las reintegraciones deben justificarse, además de lo expuesto, por la recomposición de la correcta lectura de las mismas. De acuerdo con las circunstancias, se podrá elegir entre diversas soluciones. Toda reintegración debe ceñirse exclusivamente a los límites del faltante, llevándose a cabo con materiales inocuos y reversibles, claramente discernibles del original y a simple vista, dejando especialmente reconocible la reintegración en las zonas adyacentes al original K. Principio de Reconocimiento y Contextualización La incorporación de nuevos elementos programático– espaciales tendrá que reconocer la preexistencia del contexto arquitectónico, tectónico y morfológico patrimonial, dialogando armónicamente con los patrones implantados en el lugar y que conforman la tradición histórica del elemento. Su construcción será precedida por un análisis exhaustivo de los elementos que conforman la pieza original pre-existente, aun cuando esta se encuentre en estado susceptible de ser intervenida y consolidada.

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L. Principio de Continuidad de los Trabajos La conservación de un bien cultural no acaba con la intervención. Por ello es fundamental programar rutinas de control y seguimiento de las obras restauradas, así como planes de mantenimiento que aseguren su óptima conservación. Para evitar en lo posible factores de riesgo, será necesario dotar a quienes tienen la responsabilidad de velar por la obra de las nociones fundamentales de conservación preventiva y comprometerlos en su control y mantenimiento. M. Principio de Difusión de los Resultados entre la Comunidad Importante acción a contemplar previo a la ejecución de las intervenciones es la difusión entre la comunidad de los resultados de los estudios sobre el edificio, su diagnóstico y las propuestas para su restauración arquitectónica, rehabilitación espacial y/o consolidación estructural. Se considera de gran importancia la participación de la comunidad en la toma de decisiones que están estrechamente ligadas a la funcionalidad del edificio y que afectarán directamente la puesta en valor del mismo. Sin ella se corre riesgo de que la intervención no sea comprendida o aceptada oportunamente por la comunidad local que usufructuará de él. III. CASO DE ESTUDIO: RESTAURACIÓN DEL TEATRO MUNICIPAL DE IQUIQUE El Teatro Municipal de Iquique (TMI) comenzó su construcción en diciembre de 1888, siendo inaugurado el 21 de diciembre de 1889 con la ópera Il Trovatore de Verdi. De estilo neoclásico, su Sala Mayor posee planta en forma de herradura más tres pisos de balcones, escenario y foso de orquesta. La figura 1 muestra unas vistas de la sala del teatro, la que actualmente posee capacidad para albergar unos 700 espectadores. Una de las características distintivas del TMI es su construcción de madera, particularmente de pino oregón.

Fig. 1. Sala Mayor del Teatro Municipal de Iquique.

El Teatro Municipal de Iquique fue declarado monumento nacional por Decreto Supremo de 1987. Este proyecto de restauración se elaboró entre 2009 y 2012 siendo dirigido por el arquitecto Patricio Gross y el equipo de la Consultora Epsilon. Las labores en la especialidad de acústica y audio estuvieron a cargo del ingeniero acústico Juan Aguilar y el equipo de la consultora Chileacus.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional A. Antecedentes Históricos del Teatro De la revisión de los antecedentes históricos acerca de la construcción y posteriores reparaciones o restauraciones efectuadas al TMI, es posible identificar al menos dos intervenciones anteriores las cuales produjeron algún impacto significativo en las condiciones acústicas de la Sala Mayor. En orden cronológico, estas son: 1) Los trabajos realizados en 1890 que incluyeron la extensión del proscenio en dos metros hacia la platea y la colocación de puertas y mamparas en los accesos a la sala mayor. A éste respecto se refiere el oficio firmado por Antonio Valdés del 17 de mayo de 1890. “A pesar de todas las precauciones tomadas en la construcción del Teatro Municipal para que éste tuviera las condiciones de acústica que requiere un edificio de esta naturaleza, y las de comodidad indispensable para los espectadores, la experiencia ha venido a poner de manifiesto algunos pequeños defectos que convendría subsanar desde luego, aprovechando el tiempo en que quedará sin funcionar después de la actual temporada dramática. Se ha notado que la voz de los artistas no alcanza a la amplitud necesaria para ser claramente oída en las localidades más retiradas del palco escénico, a consecuencia del avance de las lojias municipales sobre el proscenio. Convendría, en consecuencia prolongar éste en dos metros más o menos en dirección de la platea, lo que al mismo tiempo remediaría el defecto indicado dando más extensión de proscenio. Influye también en la voz de los artistas la falta de puertas en las salidas en las puertas del centro y de los costados de la sala de espectáculos, falta que además es perjudicial a la comodidad y a la salud de los espectadores. Estos inconvenientes pueden evitarse con la colocación de mamparas que impidan los escapes de voz y las corrientes de aire del exterior” [7]. 2) La restauración de 1987, durante la cual se instalaron alfombras y terciopelos en la Sala Mayor. En la actualidad no existen registros sobre esta intervención. Presumiblemente, la instalación de estos revestimientos fue realizada con fines ornamentales, en otras palabras, no fue realizada con fines acústicos. El resultado de esta intervención en la sala ha sido descrito como “la pérdida de acústica al interior de la Sala Mayor” por algunos autores [8]. TABLA I. Resultados de las mediciones de ruido de fondo. Ubicación

LEQ dB(A)

NPSmin dB(A)

NPSMAX dB(A)

Exterior: Baquedano

59.2

53.4

64.1

Exterior: Aníbal Pinto

58.0

54.2

65.0

Interior: Platea

44.0

36.7

59.5

Interior: Palco 2do piso

42.4

35.9

53.7

45.6

40.7

50.8

Interior: Palco 3 piso

B. Caracterización Acústica del Teatro Con el propósito de establecer las condiciones acústicas en las cuales se encuentra actualmente la Sala Mayor del TMI se efectuó un estudio de comportamiento acústico de ella. Este comprendió, por una parte, la medición del nivel de ruido de fondo de la sala y la obtención del criterio de ruido NC. Por

otra parte, la acústica interior de la sala fue caracterizada a partir de la medición de su reverberación. 1) Ruido de Fondo La Tabla I resume los resultados de las mediciones de ruido de fondo. Se registraron los valores del nivel de presión sonora continuo equivalente LEQ en dos diferentes posiciones al exterior del edificio y en tres posiciones al interior de la Sala Mayor. El análisis de frecuencia del ruido de fondo, por bandas de un tercio de octava, permite determinar la categorización NC de la Sala Mayor, ver figura 4. Es así como se observa que la sala satisface el criterio NC 29, excediendo los niveles recomendados (NC 15-25) para este tipo de recintos [9].

Fig. 2. Grafica del ruido de fondo y categorización NC (Noise Criteria) de la Sala Mayor del Teatro Municipal de Iquique.

2) Reverberación A fin de obtener los valores actuales de tiempo de reverberación que posee la Sala Mayor del Teatro Municipal de Iquique, se realizaron mediciones de Tiempo de Reverberación T30 en 15 diferentes posiciones al interior de ella. Estas fueron efectuadas usando el método de integración reversa de la respuesta impulso de la sala, usando pistola de fogueo como fuente sonora, un sonómetro Larson Davis 820 como micrófono y el software DIRAC de Brüel & Kjaer. La Tabla II resume los resultados obtenidos. La medición con sonido impulsivo es preferida ya que produce la excitación en-fase de los modos normales de vibración del recinto. Con el propósito de realizar una comparación del desempeño acústico del Teatro Municipal de Iquique con el de otras salas con características similares, se han recopilado los valores de tiempo de reverberación de algunas de las más importantes salas de opera alrededor del mundo. En la Tabla III se comparan los valores de tiempo de reverberación medidos en el Teatro Municipal de Iquique, con los valores correspondientes a las salas del Teatro Municipal de Santiago [10], Teatro Colón de Buenos Aires [11], Teatro Alla Scala de Milán, Bayreuth Festspielhaus, Metropolitan Opera House de New York (MET) y la Opera Garnier de París [12]. TABLA II. Resultados de las mediciones de tiempo de reverberación. Tiempo de Reverberación T30 [s]

Medición N°

125 Hz

250 Hz

500 Hz

1kHz

2 kHz

4 kHz

0.99

0.89

0.82

0.79

0.83

0.72

1.43

1.56

1.31

1.32

1.19

1.08

ISBN 978-956-390-052-1

1.47

1.42

1.21

1.26

1.43

1.10

1.14

1.30

1.16

1.11

0.78

1.13

1.41

1.50

1.46

1.44

1.06

0.94

0.98

0.96

0.92

0.88

1.34

1.51

1.28

1.57

1.19

1.09

1.24

1.42

1.40

1.38

0.99

1.03

0.92

1.30

0.97

0.95

0.86

0.66

1.50

1.59

1.41

1.29

1.12

1.37

1.61

1.65

1.34

1.29

1.11

0.99

0.88

1.22

0.74

0.71

0.84

1.41

1.53

1.30

1.20

1.08

1.65

1.25

1.33

1.29

1.26

1.46

1.05

1.12

1.21

0.84

0.82

Promedio

1.15

1.28

1.31

1.19

1.12

0.99

TABLA III. Comparación del tiempo de reverberación del TMI con el de otras salas reconocidas internacionalmente. Tiempo de Reverberación [s]

Sala

Vol. [m3]

125

250

500

TMI

9318

1.15

1.28

1.31

1.19

1.12

0.99

TM Santiago

1.25

1.35

1.25

1.23

1.15

1.00

Teatro Colón

20570

Alla Scala

11252

1.80

1.57

1.40

1.31

1.22

1.10

Bayreuth

10308

1.25

1.70

1.60

1.50

1.40

1.30

NY - MET

24724

2.15

2.10

2.25

2.21

2.00

1.50

Opera París

10000

1.81

1.40

1.26

1.18

1.14

1.10

1.82

1.94

Se observa que la reverberación de la Sala Mayor del TMI puede ser considerada dentro de los valores usualmente encontrados en recintos con una aplicación y morfología similares, i.e. teatros de ópera con planta en forma de herradura. Además, resulta evidente la disminución del tiempo de reverberación en bajas frecuencias del TMI a consecuencia de la absorción sonora introducida por la construcción en madera. C. Soluciones Constructivas para Aislamiento de Ruido 1) Reparación de la Envolvente En primer lugar, se deberá reparar la actual envolvente de la caja de escenario a fin de sellar todas aberturas o ventanas que producen fugas de sonido que posea. Esta reparación se efectuará utilizando la misma materialidad que posee la actual caja de escenario, es decir madera de pino Oregón debidamente tratada contra hongos y xilófagos. A su vez, el revestimiento de Permanit existente en el lado exterior sur de la caja de escenario deberá ser reforzado con al menos una placa de silicato cálcico ignífugo Promatect-H de 20 mm de espesor y densidad 18.5 kg/m2. Las placas están dispuestas de modo tal que las uniones se traslapan a fin de lograr un sellado hermético de la partición. 2) Reparación de Puertas y Accesos

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Un importante número de puertas de acceso a la sala se encuentran descuadradas o no cierran bien. Acústicamente hablando, esto trae como consecuencia filtraciones de ruido desde el exterior del edificio al interior de la sala. Se deberá reparar los marcos de las puertas de acceso al edificio y de acceso a la sala, con el propósito de que las juntas entre las hojas y los marcos sean herméticas. De esta forma, se recomienda instalar burletes de goma o fieltro a fin de sellar apropiadamente las hojas con los marcos o las hojas entre sí. En cuanto a las hojas de las puertas, algunas de estas incluyen lunetas o inserciones de vidrio. Estos acristalamientos también deberán ser reparados a fin de conseguir un cierre lo más hermético posible de los accesos a la sala. 3) Reparación y Reforzamiento de las Ventanas Todos los acristalamientos de las ventanas de la sala deberán ser reemplazados por vidrios dobles tipo Termopanel o por dos placas de vidrio separadas por una cámara de aire. Las placas de vidrio deberán ser de al menos 6 y 8 mm de espesor cada una, con una separación de 10 mm entre ellas. A fin de evitar las fugas de sonido, las juntas de los vidrios a los marcos de las ventanas deberán ser apropiadamente selladas con silicona o material similar. Se recomienda además clausurar o sellar las ventanas que comunican de la Sala Mayor directamente con el exterior del edificio. Esto tiene por objetivo evitar que las ventanas puedan quedar, ya sea por descuido o falta de mantenimiento, abiertas durante alguna función. Este sellamiento no necesariamente debe ser opaco, pudiendo ser con vidrio de 8 mm de espesor. 4) Creación de una Zona Silenciosa alrededor del Teatro Complementar la implementación de las soluciones constructivas anteriormente descritas con ciertas restricciones para la emisión de ruido en las inmediaciones del edificio del Teatro puede llegar a ser suficiente para lograr niveles de ruido de fondo acordes con el estándar NC. Esta estrategia de control de ruido en la fuente consistirá en el establecimiento una zona silenciosa alrededor del Teatro Municipal de Iquique. Para esto se requerirá la implementación de regulaciones o Decretos Municipales que restrinjan las emisiones de ruido por fuentes fijas y móviles en los horarios de funcionamiento del Teatro. Estas restricciones podrán ser del tipo: - Prohibición de tocar la bocina de automóviles en las vías aledañas al edificio del Teatro. - Restricciones para la circulación de vehículos pesados en las vías alrededor del edificio del Teatro. - Restricciones para la realización de actividades ruidosas en los alrededores del edificio del Teatro, tales como músicos callejeros, grupos de baile, entre otros. D. Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Acústico Interior 1) Retiro de Revestimientos Absorbentes Las alfombras y terciopelos producen absorción de sonido en frecuencias medias y altas reduciendo la reverberación de la sala. Dado que el Teatro originalmente no poseía estos revestimientos, es altamente recomendable retirarlos. Esto es

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional particularmente importante en el caso del piso de la sala, donde se recomienda restaurar el piso original de madera i.e. retirar la alfombra actualmente instalada. El piso de madera deberá ser vitrificado y con tratamiento anti hongos y xilófagos. Se sugiere utilizar maderas de alta densidad, tales como lapacho blanco o cebil colorado, que poseen densidades de entre 1000 y 1200 kg/m3. Esto puede resultar en una mayor durabilidad en condiciones de alto tránsito de personas. Esta intervención se deberá efectuar tanto en el piso de la platea como en todos los pisos de balcones. 2) Cámara Acústica de Escenario Se requiere una cámara o concha acústica para optimizar la proyección y difusión del sonido desde el escenario hacia la audiencia, y para proporcionar una apropiada cantidad de retorno acústico –stage support– a los músicos que se encuentran ejecutando en el escenario. La cámara acústica deberá estar compuesta por plafonds de cielo suspendidos desde la parrilla de escenario, y por carros laterales y traseros los cuales deben ser móviles y a su vez plegables. Los plafonds de la cámara acústica estarán revestidos con paneles difusores de residuos cuadráticos (QRD) en un arreglo bidimensional. El rango de frecuencia de trabajo de los QRD comprende desde 630 Hz a 2500 Hz, a fin de lograr difusión en el rango de frecuencias donde el oído humano posee mayor sensibilidad. Cuando los plafonds de cielo no estén siendo utilizados, serán mantenidos en la parte más alta de la parrilla. Se debe considerar una vara por cada plafond. Aun cuando el diseño de los carros móviles de la cámara acústica debe ser capaz de almacenarla ocupando la menor cantidad de superficie posible, se deberá destinar un espacio apropiado –ya sea dentro o fuera del escenario– para almacenarlos cuando no estén siendo utilizados. IV. CONCLUSIONES Las intervenciones, tanto arquitectónicas como de las distintas especialidades que concurren al proyecto de restauración del TMI, terminado de formular en diciembre de 2012 y aún no ejecutado, se ajustan a las consideraciones y criterios de intervención generales enunciados en sucesivas cartas internacionales y por los expertos. Aún cuando ha sido preciso proponer acciones de consolidación estructural y adecuaciones a la normativa vigente sobre el funcionamiento de los espacios públicos, se han respetado íntegramente las características volumétricas y espaciales del edificio original en la forma que fuera concebido y llevado a obra a finales del siglo XIX, en plena época de fuerte influencia europea. El TMI ha sufrido dos intervenciones acústicas en su historia. Durante la segunda de estas, en 1987, se instaló una alfombra en el piso de la sala. Esta intervención ha ido considerada por algunos autores como perjudicial para el desempeño acústico de la sala. Por otra parte, uno de los problemas acústicos más importantes del TMI es el aislamiento acústico de su envolvente.

Se efectuaron mediciones acústicas de ruido de fondo y de tiempo de reverberación en la sala revelando que, por una parte, que la sala no cumple con los criterios de ruido de fondo NC, y por otra, que la reverberación de la sala es comparable con la de otros teatros de similares características. Uno de los atributos distintivos del TMI es su reducido tiempo de reverberación en bajas frecuencias, el cual viene a ser resultado de la construcción en madera. Basados en el principio de originalidad constructiva, en el principio de mínima intervención, y en los principios de diferenciación y de compatibilidad de formas y materiales, fue propuesto un conjunto de soluciones constructivas para la restauración acústica de la Sala Mayor del Teatro Municipal de Iquique. El objetivo de estas intervenciones fue habilitar el edificio para responder a las nuevas demandas y necesidades derivadas de la pretensión del Mandante de realizar espectáculos del más alto nivel en el lugar, así como para enriquecer la percepción y experiencia sonora de los usuarios que fuera perdida a lo largo del tiempo por intervenciones inoficiosas que terminaron atentando contra la capacidad acústica del que fuera uno de los teatros más importantes del país. Estas soluciones constructivas incluyeron la reparación y sellado de la envolvente del edificio, la remoción de las alfombras en la sala, la restauración de los pisos de madera, y la implementación de una cámara o concha acústica en el escenario. Todas las intervenciones proyectadas fueron revisadas y aprobadas por el Consejo de Monumentos Nacionales de Chile. REFERENCIAS [1] International Council on Monuments and Sites – ICOMOS, Carta de Burra, Australia, 1979. [2] International Council on Monuments and Sites – ICOMOS, Carta de Cracovia, Polonia, 2000. [3] International Council on Monuments and Sites – ICOMOS, Carta de Venecia, Italia, 1964. [4] International Council on Monuments and Sites – ICOMOS, Carta de Quito, Ecuador, 1967. [5] J. Tartarini, “Glosario de Términos”, Facultad de Arquitectura, urbanismo y Diseño UNMdP, 1998. [6] Carta de Lisboa sobre Rehabilitación Urbana Integrada, 1º Encontro Luso-Brasileiro de Reabilitação Urbana Lisboa, 1995. [7] L. Lamagdelaine, A. Loayza, D. Díaz, “Historia del Teatro Municipal de Iquique”, Universidad de Chile sede Iquique, 1978. [8] O. Berger, “Teatro Municipal de Iquique: Memoria Histórica del Monumento y su Contexto Urbano”, 2009. [9] L. Kinsler, “Fundamentals of acoustics”. John Wiley & Sons, New York, 1982. [10] J. Aguilar, “Estudio de Acondicionamiento Acústico de la Sala Principal del Teatro Municipal de Santiago”, Dirección Técnica Teatro Municipal de Santiago, 1998. [11] I. Canalis, G. Basso, “Evaluación de la calidad acústica del Teatro Colón de Buenos Aires”, VI Congreso Federación Iberoamericana de Acústica - FIA, Buenos Aires, Argentina, 2008. [12] L. Beranek, “Concert and Opera Halls: How They Sound”, Acoustical Society of America, 1996.

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CONTROL DE RUIDO Y VIBRACIONES

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Errores comunes en la selección e instalación de aisladores de vibración para equipamiento mecánico en países sísmicos a

N.A., Bastián-Monarcaa, H., Fuentesb.

Departamento de Ingeniería, Acústica Austral, Valdivia, Chile, nbastian@acusticaustral.cl b Gerencia, Silentium, Santiago, Chile, hfuentes@silentium.cl

Abstract— Los elementos más utilizados para poder controlar las vibraciones de un equipamiento mecánico, son los aisladores de vibración. Existen aisladores de vibración de diferentes tipos, pero los más populares, son los aisladores de resorte (que pueden tener grandes deflexiones) y los aisladores de neopreno (que tienen deflexiones más pequeñas). La selección del tipo de aislador que se requiere para lograr un aislamiento de vibración apropiado, depende del tipo de equipo que se quiera aislar, la potencia de trabajo del equipo, las revoluciones por minuto del mismo y la luz de la losa donde está soportado el equipo. Por otra parte, cuando se trabaja en países sísmicos (como Chile), se deben utilizar aisladores de vibración con restricción sísmica y se debe verificar que los tipos de anclajes del sistema equipoaislador y aislador-estructura soporten la fuerza sísmica de un terremoto. En el siguiente trabajo, se presentan errores comunes en la selección e instalación de aisladores de vibración para diferentes tipos de equipo. Además, se muestran fotografías de proyectos implementados en Chile, en los cuales, la instalación de los aisladores de vibración no fue la correcta. Keywords—palabras claves; control de vibraciones; aisladores de vibración.

I. INTRODUCCION La utilización de aisladores de vibración para aislar equipamiento mecánico, es una solución clásica en el rubro de la ingeniería y construcción. En particular, es común que en los proyectos hospitalarios, de oficinas, retail, entre otros, se requiera de aisladores de vibración para controlar las vibraciones de los equipos de climatización (HVAC) y grupos electrógenos. Respecto a los aisladores de vibración, existe una gama muy amplia de elementos, pero los aisladores más utilizados son los de neopreno y resorte, debido a la deflexión que estos elementos puede soportar. En este sentido, los aisladores de resorte tienen deflexiones que pueden variar entre 25 mm y 125 mm, mientras que los aisladores de neopreno tienen deflexiones que varían entre los 3,8 mm y 14 mm [1]. Teniendo en cuenta lo anterior, es claro que cuando se requieren altas deflexiones, los aisladores de resorte son la mejor opción. Sin embargo, el problema con estos elementos, es que la frecuencia natural del resorte puede coincidir con la frecuencia de un terremoto, lo que implica que durante un sismo, el resorte puede entrar en resonancia y comience a saltar de forma violenta [2]. Dicho esto, en países sísmicos como Chile, es una buena practicar utilizar aisladores de vibración con restricción sísmica para evitar accidentes ante un evento

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telúrico. Por lo anterior, cuando se diseña un sistema de control de vibraciones en Chile, se recomienda utilizar el criterio que entrega la American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) [3] para seleccionar el tipo de aislador, base de inercia y deflexión estática que requiere el equipo y la normativa sísmica NCh-3357/2015 [4] para calcular la fuerza sísmica que debe soportar cada aislador y los pernos de anclaje equipo-aislador y aislador-estructura. En estudios previos [1][2][5], se ha detallado los criterios de diseño entregados por la ASHRAE y la normativa sísmica NCh-3357/2015, por lo cual, este trabajo se focaliza en mostrar la aplicaciones prácticas, en particular, mostrar errores de selección e instalación de los aisladores de vibraciones y/o los pernos de anclaje equipo-aislador y aislador-estructura. II. ERRORES EN LA SELECCIÓN DE AISLADORES A. Estimación de la carga que deben soportar los aisladores Un error común, es calcular de forma errónea la carga que debe soportar cada aislador, ya que muchas veces sólo se considera el peso del equipo, dejando de lado el peso de la base de inercia, el peso del agua (si trabajan con agua), entre otros. El criterio de selección de la carga que debe soportar el aislador, es en base al peso que debe soportar cada elemento (generalmente el peso del equipo + base de inercia, dividido en la cantidad de puntos de apoyo) y la capacidad máxima que soporta el aislador. En este sentido, se recomienda seguir la siguiente condición:

B. Tipo de elementos A veces, con el fin de optimizar costos, en algunos proyectos, el mandante decide cambiar el tipo de aislador recomendado, por un elemento que tenga una menor deflexión, con el fin de reducir costos. De hecho, en algunos casos, los mandantes deciden no incorporar aisladores de vibración a los equipos mecánicos, generando un gran problema cuando el proyecto ya se encuentra construido y operando de forma normal.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional En estos casos, el costo de realizar una instalación del sistema de control de vibración tiene un valor mucho mayor, ya que es mucho más complejo detener los equipos, encontrar los espacios apropiados para hacer una instalación, el tener que levantar los equipos para instalar los aisladores bajo éstos, entre otros. III. ERRORES EN LA INSTALACIÓN DE AISLADORES A. Pernos de anclaje aislador-estructura En algunos casos, se ha visto que cuando se realiza la instalación de los aisladores de vibración, no se instalan todos los pernos de anclaje en los elementos, lo que puede generar una falla inmediata ante un terremoto. En la figura 1 se muestra un ejemplo.

C. Falta de ajuste de aisladores de resorte Una actividad fundamental cuando se instalan aisladores de vibración del tipo resorte, es realizar el ajuste de los elementos, ya que en caso contrario, el elemento no aísla las vibraciones. La forma de inspección más sencilla, es visualizar en terreno si el resorte está comprimido o no. En el caso de que esté comprimido, significa que el elemento está soportando el peso del equipo, por lo que fue ajustado. En caso contrario, se aprecia que el resorte está libre sin compresión, por lo que se debe realizar el ajuste. En las figuras 3 y 4 se muestra un aislador sin ajustar y posterior a su ajuste, respectivamente.

Fig.3: Aislador de resorte sin ajustar.

Fig.1: Error en la instalación de pernos de anclaje aisladorestructura.

B. Estructura que soporta aislador En proyectos muy particulares, se ha visto que no se ancla directo el aislador a la estructura soportante (usualmente hormigón), ya que se incorpora una especia de suple en los extremos de los aisladores. Esto no sirve ante un evento sísmico, ya que el perno de anclaje necesita estar empotrado en la estructura soportante para poder resistir la fuerza sísmica. En la figura 2 se muestra un ejemplo.

Fig.4: Aislador de resorte ajustado.

Al revisar ambas figuras, se puede apreciar la comprensión del resorte de forma notoria. La diferencia que debe existir entre la altura del resorte sin ajustar y posterior a su ajuste, debe ser la deflexión estática que debe otorgar el resorte. D. Selección inapropiada de pernos de anclaje equipoaislador Luego del terremoto del 27F del 2010, se realizó una inspección a algunas instalaciones, y se apreció que algunos pernos de anclaje del equipo-aislador fallaron, debido a que la fuerza de corte que actúo en el perno fue mayor a la que el mismo podía soportar. En la figura 5 se muestra una foto del caso. Fig.2: Error en la instalación de aisladores sobre estructura inadecuada.

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Fig.5: Falla de perno de anclaje durante terremoto 27F del 2010.

Es importante destacar, que lo usual es utilizar un perno de anclaje equipo-aislador o utilizar soldadura. En este sentido, hay muchos fabricantes de equipos que no permiten que se suelde un aislador a la base a de sus equipos, por lo que se vuelve necesario emplear pernos de anclaje, comúnmente de calidad A325. En el caso de las soldaduras, lo usual es realizar una soldadora perimetral tipo filete entre el extremo superior del aislador y la base del equipo. E. Instalación de aislador muy cerca del borde de la losa Al igual que para el caso anterior, después del terremoto del 27F del 2010, se realizaron inspecciones técnicas a obras, y se apreció que algunos pernos de anclaje aislador-estructura fallaron por la distancia al borde de la losa, ya que estaban muy cerca de este. En la figura 6 se muestra una fotografía del caso.

Fig.7: Ejemplo de aislador con base inferior extendida

F. Remover sistemas de bloqueo Al visitar obras con los sistemas de control de vibraciones instalados, se ha visto que algunos proveedores de productos, no remueven los topes de bloqueo que traen de fábrica los aisladores de vibración (además de no ajustar los elementos), lo que impide que estos puedan funcionar de forma correcta. En la figura 8 se muestra un ejemplo.

Fig.6: Falla de perno de anclaje por distancia al borde de la losa.

Al ver la figura 6, se puede apreciar que el aislador en sí soportó la fuerza sísmica, pero los pernos de anclaje salieron de la estructura inferior (hormigón). Esto se debe a que la distancia que había al borde de la losa era muy pequeña, por lo que ocurrió una falla por cono de hormigón. Esta falla también puede ocurrir cuando la distancia entre los pernos de anclaje es muy cercana, es por eso que en países sísmicos, es común que se utilice una placa extendida bajo el aislador, como se muestra en la Figura 7.

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Fig.8: Aislador instalado con topes de bloqueo.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional G. Falta de anclaje Equipo-Aislador En un proyecto particular, se vio que el instalador de los aisladores de vibración, no instaló un perno de anclaje o soldadura en la sección equipo-aislador, lo que genera una falla inmediata ante un terremoto, acorde a lo indicado en la figura 9.

influyen en el resultado final del proyecto, pudiendo generar graves daños. REFERENCIAS [1] Bastián-Monarca, N.A & Galleguillos, C. Control de vibraciones y restricción sísmica de components y sistemas no estructurales en Chile. IX Congreso Iberoamericano de Acústica FIA 2014. Valdivia, Chile (2014). [2] Bastián-Monarca, N.A. & Azrak, I. Vibration isolation and seismic restraint for mechanical equipment in Chile. ICA 2017, 22nd International Congress on Acoustics. Buenos Aires, Argentina (2017). [3] American Society of Heating, Refrigerating and Air-Conditioning Engineers. Ashrae handbook: HVAC applications. SI edition (2011). [4] Norma Chilena NCh-3357/2015: Diseño sísmico de componentes y sistemas no estructurales (2015). [5] Bastián-Monarca, N.A. Control de vibraciones de equipamiento mecánico en recintos críticos. 46º Congreso Español de Acústica, Encuentro Ibérico de Acústica y Simposio Europeo sobre Acústica Virtual y Ambisonics TECNIACUSTICA 2015. Valencia, España (2015).

Fig.9: Aislador instalado sin anclaje superior en sección equipoaislador

IV. CONCLUSIONES Existen muchos problemas cuando se realiza la instalación de aisladores de vibración, ya que generalmente, la empresa que realiza la instalación de los elementos (empresa no especialista), no tiene interés en que los sistemas funcionen bien. Además, muchas de las personas que realizan las instalaciones, no son ingenieros acústicos o profesionales similares, por lo que no tienen los conocimientos necesarios para identificar problemas al realizar una mala instalación. Teniendo en cuenta lo anterior, es claro que a la hora de diseñar y/o suministrar elementos para un proyecto, es de vital importancia realizar visitas técnicas a la obra cuando se realiza la instalación de elementos, ya que, como se pudo apreciar en este trabajo, suelen ocurrir muchos errores prácticos que

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Control de ruido y vibraciones para proyectos hospitalarios en Chile a b

N.A., Bastián-Monarcaa, G., Sepúlvedab , H., Fuentesc.

Departamento de Ingeniería, Acústica Austral, Valdivia, Chile, nbastian@acusticaustral.cl Director, Gonzalo Sepúlveda Consultores, Santiago, Chile, gonzalo@gonzalosepulveda.cl c Gerencia, Silentium, Santiago, Chile, hfuentes@silentium.cl

Abstract— Los proyectos hospitalarios son un gran desafío desde el punto de vista acústico, ya que cuentan con una alta densidad de equipamiento mecánico que puede afectar a pacientes del recinto y/o vecinos cercanos. En este sentido, el diseño acústico de un hospital debe focalizarse en el confort acústico interior de los pacientes y el de los vecinos próximos al recinto. Para lograr esto, se debe considerar la propagación de ruido de los equipos mecánicos a salas sensibles dentro del hospital, la propagación de ruido exterior de los equipos mecánicos a vecinos cercanos y las vibraciones que pueden producir los equipos mecánicos. Respecto a los criterios de diseño, como en Chile no existe una normativa que establezca niveles de ruido interior aceptables para proyectos hospitalarios, es usual utilizar las recomendaciones entregadas en el Health Technical Memorandum 08-01: Acoustics, [13] del Department of Health de United Kingdom. Sobre los niveles de ruido aceptables al exterior del hospital, se utilizan los niveles máximos permisibles que entrega el D.S. 38/11 del Ministerio del Medio Ambiente (MMA) de Chile [15]. En relación al control de vibraciones, en Chile es buena práctica emplear el criterio de diseño entregado por la ASHRAE (American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers)[14] para seleccionar el tipo de aislador de vibración a utilizar en los diferentes equipos mecánicos. En este trabajo, se presentan criterios de diseño y recomendaciones para lograr un correcto diseño acústico (relacionado a control de ruido y vibraciones) de un proyecto hospitalario. Además, se muestran proyectos acústicos implementados en diferentes hospitales de Chile. Keywords—palabras claves; control de ruido, control de vibraciones, hospitales, Chile.

I. INTRODUCCIÓN El efecto del ruido en pacientes y trabajadores de hospitales ha sido estudiado durante muchos años. En este sentido, en 1968 Minckley [1] mostró que para altos niveles de ruido (sobre 60 dB), era necesario utilizar mayor dosis de medicamentos para paciente en recuperación de una cirugía. Posterior a esto, Fife y Rappaport [2] descubrieron que las permanencias en hospitales por cirugías de cataratas incrementaron durante el tiempo en que se construyó un nuevo edificio del hospital, debido a los altos niveles de ruido. En adición, Morrison et al. [3] mostraron que altos niveles de ruido en hospitales contribuían al estrés de los trabajadores de hospitales. También, estudios previos han documentado efectos psicológicos negativos en función de condiciones acústicas inapropiadas, tales como la reducción en las propiedades de recuperación del sueño [4] y respuestas cardiovasculares

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[5][6]. Por otra parte, Busch-Vishniac et al. [7] recopilaron información de los últimos 45 años en diferentes hospitales y se dieron cuenta de la tendencia del incremento de los niveles de ruido tanto para el día como la noche. Además, varios estudios realizados por la World Health Organization (WHO) han mostrado que los niveles de ruido en hospitales han incrementado de forma constante desde 1960 [8]. Asimismo, estudios recientes han revelado altos niveles de ruido en salas de cuidado neurológico intensivo y en trabajadores de hospitales [9], y se ha confirmado que el bienestar subjetivo es influenciado por el ruido generado en el hospital, específicamente, el ruido de las fuentes clínicas (monitores, bombas de infusión, entre otros) [10]. Teniendo en cuenta lo anterior, es claro que el ruido en hospitales es un tema importante para pacientes y trabajadores del mismo, y se está poniendo cada vez peor. Relacionado a los estándares de ruido en hospitales, en 1999 la World Health Organization (WHO) incluyó directrices para hospitales en su documento “Guidelines for community Noise”[9]. Estas directrices recomiendan un Lmax≤40 dBA en la noche y también sugieren un Leq≤35 dBA en las habitaciones de pacientes durante el día y 30 dBA en la noche. Por otra parte, en 1995 el American National Standards Institute (ANSI) publicó el documento ANSI S12.2 [11], donde se recomienda un valor máximo de RC(N) (neutral spectrum room criterion) y NCB (balanced noise criterion), ambos valores oscilan entre 25 y 40 dependiendo del tipo de habitación. Además, la Environmental Protection Agency (EPA) recomienda un Ldn (Nivel de presión sonora día-noche) ≤45 dBA [12]. En adición, el documento Health Technical Memorandum HTM-08-01 del Departamento de Salud de Reino Unido [13] entrega criterios acústicos para el diseño y administración de nuevas instalaciones de salud. En este sentido, los parámetros considerados en el documento incluyen el nivel de presión sonora continuo equivalente LAeq, las curvas NR, el valor de dosis de vibración VDV, la diferencia estandarizada de niveles ponderada DnTw, la diferencia estandarizada ponderada de niveles de presión sonora de impacto L’nTw y la inteligibilidad de la palabra STI. Por otra parte, relacionado al control de vibraciones de equipamiento mecánico, la American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers (ASHRAE) [14] entrega el criterio para seleccionar aisladores de vibración, el tipo de base para cada equipo y la deflexión estática mínima

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional que un aislador necesita para lograr un sistema de control de vibraciones efectivo.

Tipo habitación

Ejemplo

LAeq (día)

LAeq (noche)

NR (L90)

Finalmente, en relación a los niveles de ruido aceptables emitidos por el hospital, el nivel máximo permisibles están dados por el D.S. 38/11 del Ministerio del Medio Ambiente [15].

Salas operación

Laboratorios

40** o 60** *

Es importante destacar que en muchos países, como Chile, hay muy poca información oficial relacionada al control de ruido y vibraciones de edificios. Por lo anterior, en Chile es común utilizar la HTM-08-01 para establecer los niveles de ruido aceptables dentro de un hospital, la ASHRAE para el control de vibraciones y el D.S. 38/11 del MMA para los niveles de ruido aceptables emitidos por el hospital. En este trabajo, se describen las principales recomendaciones dadas por la ASHRAE, HTM-08-01 y el D.S. 38/11 del MMA. Además, se describen las fuentes principales de ruido de un hospital. Complementando lo anterior, se presenten soluciones de control de ruido y vibraciones usuales para lograr un diseño acústico apropiado. Finalmente, se muestran aplicaciones en proyectos hospitalarios desarrollados en Chile.

Salas bodega

II. CRITERIOS DE DISEÑO A. Ruido interior El criterio para niveles de ruido aceptables al interior de un hospital está dado por el HTM-08-01. En la tabla 1 se muestran los valores de NR y LAeq (para día y noche) para diferentes tipos de habitaciones. TABLE I.

Ejemplo Cama simple, áreas recuperación, sala parientes

LAeq (día)

LAeq (noche)

Sala recuperación Multisala

Notas: La noche se define en el horario de 23:00 a 7:00. Las curvas NR se deben calcular a través del ruido en bandas de octava desde 63 Hz a 4 kHz. B. Aislamiento acústico interior El criterio para un aislamiento acústico apropiado entre habitación del hospital está dado por la HTM-08-01. En la siguiente tabla se muestra los niveles recomendados de la diferencia estandarizada de niveles ponderada DnTw. Este parámetro se mide in situ. TABLE II.

RECOMENDACIÓN DE DNTW ENTRE RECINTOS. FUENTE: [13]

Sala multicama Sala recuperación

NR (L90) 30 35

30 35

Espacios pequeños tipo oficina

Oficinas privadas, sala tratamiento, salas entrevista, consultas

Espacios circulación

Pasillos, calles hospital

Áreas públicas

Salas espera, comedor

Higiene personal (en suite)

Baños, duchas

Higiene personal (pública y staff)

Baños, duchas

Cocinas pequeñas

Cocinas grandes

50 o 55*

Sala de reunión grande (>35m2)

Teatros, salas reuniones, clases, seminarios

Sala de reunión pequeña (≤35m2)

salas reuniones, clases, seminarios

Bajo campana extracción. ** laboratorio sin campana de extracción. *** a 1 m de campana de extracción.

CRITERIO PARA RUIDO INTERIOR. FUENTE: [13]

Tipo habitación

Sala individual



* Esta intersección se debe evitar. No obstante, si no es posible utilizar 57 dB.

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C. Emisión de ruido Los niveles de ruido máximos permisibles emitidos por el hospital están dados por el D.S. 38/11 del MMA. Esta normativa indica los niveles máximos aceptables de emisión de ruido, que deben ser medidos en la ubicación del receptor (persona afectada). Estos niveles dependen del uso de suelo donde está ubicado el receptor y del periodo de medición (diurno o nocturno). La normativa define cuatro (4) zonas y una zona rural. Los niveles máximos permisibles de presión sonora corregidos (NPC) en dBA lento se muestran en la siguiente tabla. TABLE III.

requiere para aislar un equipo, es la luz de la losa (máxima distancia entre dos soportes estructurales) y la ubicación donde está instalado el equipo en relación con la base del edificio. Esto debido al hecho que la ASHRAE considera la deflexión que habrá en la luz de la losa, por lo que el aislador debe tener una deflexión estática superior [19]. En la siguiente tabla, se muestran el tipo de aislador, de base y la deflexión estática mínima para diferentes equipos de HVAC. TABLE IV.

TIPO DE AISLADOR, BASE Y DEFLEXIÓN RECOMENDADA PARA DIFERENTES EQUIPOS HVAC. FUENTE: [14]

NIVELES MÁXIMOS PERMISIBLES SEGÚN ZONA DONDE SE ENCUENTRE EL RECEPTOR. FUENTE: [15] Zona

7:00 a 21:00

21:00 a 7:00

Zona I: Residencial, espacio público y/o área verde

Zona II: Zona I + equipamiento cualquier escala

Zona III: Zona II + industria inofensiva

Zona IV: Industrial, industria inofensiva y/o molesta

Para zonas rurales, los niveles de ruido no pueden superar el ruido de fondo, más 10 dBA. Esta normativa establece requerimientos para los instrumentos de medición, establece un procedimiento de medición, correcciones por ruido de fondo y mediciones interiores o exteriores. Esta normativa aplica sólo si hay una queja y aplica a todo el territorio nacional [16]. D. Aislamiento de vibraciones El aislamiento de vibraciones es comúnmente adoptado por ingenieros para reducir el efecto de vibración causado por equipamiento mecánico en edificios [17]. El proceso de vibración mecánica se puede dividir en 4 etapas principales, generación, transmisión, propagación y radiación. Generalmente la etapa de transmisión es la mejor desde el punto vista práctico y económica para abordar problemas de control de ruido y vibraciones [18]. Bajo esa premisa, la utilización de aisladores de vibración para aislar equipamiento mecánico es una solución típica que ingenieros y/o acústicos suelen recomendar [19]. El criterio utilizado para seleccionar los aisladores de vibración, el tipo de base para el equipo a aislar y la deflexión estática del aislador, es el criterio entregado por la ASHRAE. La selección se hace en función de las siguientes variables: 

Tipo de equipo.



Potencia.



Revoluciones por minuto.



Luz de losa (distancia entre soportes estructurales).

Es importante mencionar que una de las variables más importantes, relacionada a la deflexión estática mínima que se

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III. FUENTES PRINCIPALES DE RUIDO EN UN HOSPITAL A. Sala grupos electrógenos Una de las fuentes principales de ruido de un proyecto hospitalario es la sala de grupos electrógenos, los cuales deben proveer energía eléctrica al hospital en caso de un corte de luz. El diseño acústico de este tipo de salas es bastante desafiante, ya que son equipos muy ruidosos y que requieren de ventilación para funcionar de manera óptima. Las medidas de control de ruido y vibraciones usuales para este tipo de recinto son las siguientes: 

Atenuadores de ruido para admisión y descarga de aire.

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Paneles absorbentes acústicos para muros y cielo.



Silenciadores de escape de gases.



Puertas acústicas.



Aisladores de vibración para silenciadores de escape de gases.



Arriostramientos sísmicos para silenciadores.



Juntas dilatación sistema piping.



Revestimiento térmico silenciadores y sistema de piping (tramos dentro de sala).



Sistema de piping.

equipo

B. Sala equipamiento HVAC Dependiendo del tamaño del hospital, se puede tener una o varias salas de equipamiento de climatización. Por lo general, existe una “Central Térmica” donde se ubican las bombas de agua, ventiladores y enfriadores (chillers), una sala donde se ubican las unidades manejadoras de aire y torres de enfriamiento que se ubican en la cubierta del hospital. Todos estos equipos, emiten altos niveles de ruido y vibraciones y requieren de ventilación para funcionar de forma apropiada. Las medidas de control de ruido y vibraciones usuales son utilizar celosías acústicas para la admisión y descarga de aire, panel absorbente acústico en muros y cielo, puertas acústicas y aisladores de vibración para equipos HVAC.

Fig.2: Control de ruido de central térmica en Hospital Regional de Rancagua, Rancagua.

C. Sala gases clínicos Otro recinto que normalmente requiere de tratamiento acústico es la sala de gases clínicos. Las medidas de control usuales son utilizar panel absorbente acústico en muros y cielo y que la sala cuente con puertas acústicas. IV. EJEMPLOS DE PROYECTOS HOSPITALARIOS EN CHILE CON TRATAMIENTO ACÚSTICO

En esta sección se muestran algunas aplicaciones en proyectos hospitalarios del país. Las fotografías son de proyectos desarrollados por la empresa Silentium, Ingeniería del Silencio.

Fig3: Control de ruido de sala grupo electrógenos en Clínica Los Andes, Santiago de Chile.

V. CONCLUSIONES

Fig.1: Control de vibraciones de torre de enfriamiento en Hospital Exequiel González Cortés, Santiago de Chile.

Se presentaron criterios de diseño para desarrollar el proyecto acústico de un hospital, en lo relacionado a control de ruido y vibraciones. En este sentido, se recomienda utilizar la HTM-08-01 para establecer los niveles de ruido aceptables dentro del recinto, la ASHRAE para establecer cuáles equipos deben utilizar aisladores de vibración, bases de inercia y la deflexión que debe tener el aislador, y el D.S. 38/11 del MMA para determinar los niveles de ruido máximos permisibles en receptores cercanos. Además, se describieron las principales fuentes de ruido de un hospital, indicando las soluciones acústicas típicas para cada tipo de recinto. Finalmente, se mostraron aplicaciones en proyectos hospitalarios desarrollados en Chile.

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REFERENCIAS [1] Minckley, N. A study of noise and its relationship to patient discomfort in the recovery room. Nurs. Res. 17, 247-250 (1968). [2] Fife, D. & Rappaport, E. Noise and hospital stay. Am. J. Public Health 66, 680-681 (1976). [3] Morrison, W.; Haas, E.; Shaffner, D.; Garret, E. & Fackler, J. Noise stress and annoyance in a pediatric intensive care unit. Crit. Care Med. 31, 113-119 (2003). [4] Parthasarathy, S. & Tobin, M. Sleep in the intensive care unit. Intensive Care Med. 30, 197-206 (2004). [5] Baker, C.; Garvin, B.; Kennedy, C. & Polivka, B. The effect of environmental sound and communication on CCU patients’ heart rate and blood pressure. Res. Nurs. Health 16, 415-421 (1993). [6] Hagerman, J.; Rasmanis, G.; Blomkvist, V.; Ulrich, R.; Eriksen, C. & Theorell, T. Influence of intensive coronary care acoustics on the quality of care and physiological state of patients. Int. J. Cardiol. 98, 267-270 (2005). [7] Busch-Vishniac, J.; West, J.E.; Barnhill, C.; Hunter, T.; Orellana, D. & Chivukula, R. Noise levels in Johns Hopkins Hospital. J. Acoust. Soc. Am. 118(6), 3629-3645 (2005). [8] Ryherd, E.; Waye, K. & Ljungkvist, L. Characterizing noise and perceived work invironment in a neurological intensive care unit. Journal Acoustical Society of America, 747-756 (2008). [9] Guidelines for community noise. Edited by B. Berglund, T. Lindvall, D.H. Schwelaand & K.T. Goh. Technical Report. World Health Organization (1999).

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CaracterizaciĂłn de RadiaciĂłn Sonora de Maquinaria Pesada para ConstrucciĂłn Mediante CĂĄmara AcĂşstica a

R. L., Cifuentesa, J. L., Barrosb & G.R., Gozaloc

Instituto de AcĂşstica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, rlcm1991@gmail.com b Instituto de AcĂşstica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, jbarros@uach.cl c Facultad de Ciencias de la Salud, Universidad AutĂłnoma de Chile, Talca, Chile, guillermoreygozalo@gmail.com

Abstractâ&#x20AC;&#x201D; Las faenas de construcciĂłn provocan problemas de altos niveles de ruido, siendo los receptores mĂĄs afectados las personas que habitan en lugares cercanos a zonas con actividad de construcciĂłn. Actualmente para analizar y predecir las emisiones de ruido, se suelen utilizar softwares de predicciĂłn acĂşstica, esto permite identificar el problema e implementar medidas de mitigaciĂłn de ruido. Una de las medidas utilizadas son las barreras acĂşsticas, las cuales permiten una pĂŠrdida de inserciĂłn que depende de la diferencia de camino entre fuente y receptor por sobre el borde de la barrera y el camino directo sin barrera. Se ha podido observar que la altura de una fuente sonora puede afectar a la atenuaciĂłn que puedan generar estos obstĂĄculos. En una faena de construcciĂłn, el ruido generado en una obra mayoritariamente es causado por el funcionamiento de maquinaria pesada, observĂĄndose que existen distintos tipos, a los cuales se les puede asignar una localizaciĂłn de fuente sonora a distintas alturas, esto Ăşltimo puede ser determinante a la hora de predecir los niveles de ruido en lugares cercanos a una obra de construcciĂłn.

norma, la atenuaciĂłn por barrera estĂĄ dada por la pĂŠrdida por inserciĂłn đ??ˇđ??ˇđ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ , que se describe en la EcuaciĂłn (1): đ??śđ??ś

donde:

đ??ˇđ??ˇđ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = 10đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122;đ?&#x2018;&#x2122; (3 + ( 2 ) đ??śđ??ś3 đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§đ??žđ??žđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; ) [đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;] (1) đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020;

C2=20; caso especial: si las reflexiones del suelo son tomadas en cuenta separadamente para la fuente imagen, C2=40; C3=1 para una difracciĂłn Ăşnica (Fig. 1). đ??žđ??žđ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161; : Factor de correcciĂłn por efectos meteorolĂłgicos;

đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020;: Longitud de onda de la banda de frecuencia en octava;

đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§: es la diferencia entre la longitud de los caminos del sonido directo y difractado; Para difracciĂłn simple: 1

đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§ = [(đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; + đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; đ?&#x2018; )2 + đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;2 ]2 â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;

(2)

En este artĂculo se presentan los primeros avances del proyecto que considera el anĂĄlisis del efecto de la variable altura de fuente en predicciones de niveles de ruido en condiciones tĂpicas de faenas de construcciĂłn y el estudio de distintos tipos de maquinaria pesada con el fin de establecer caracterĂsticas acĂşsticas, como contenido espectral y la altura de la o las fuentes representativas para efectos de modelamiento acĂşstico.

I. ANĂ LISIS DEL EFECTO DE LA ALTURA DE UNA FUENTE SONORA EN LA ATENUACIĂ&#x201C;N POR BARRERA ACĂ&#x161;STICA Al realizar un estudio de emisiones de ruido que pudieran generar una obra o proyecto de construcciĂłn, se suelen implementar medidas de reducciĂłn o atenuaciĂłn de ruido, tal es el caso de la incorporaciĂłn de barreras acĂşsticas alrededor del perĂmetro de una obra en construcciĂłn. A. CĂĄlculo de la pĂŠrdida por inserciĂłn de barrera

Fig.1: GeometrĂa para una difracciĂłn Ăşnica desde una fuente sonora (S) hacia un receptor (R) [1].

A partir de este mĂŠtodo de cĂĄlculo expuesto, se puede observar que la altura de una fuente sonora afecta directamente a la diferencia de camino entre el sonido directo y difractado. Para visualizar de mejor manera como afecta la altura de la fuente, se realizĂł el cĂĄlculo de pĂŠrdida de inserciĂłn para distintas alturas de fuente y barrera acĂşstica. Se utilizĂł distancia fuente-barrera de 5 m, distancia barrera-receptor de 15 m y altura del receptor de 1,5 m. Los resultados se observan en la Fig. 2 a continuaciĂłn:

La norma ISO 9613-2:1996 define un mĂŠtodo para calcular la atenuaciĂłn del sonido durante la propagaciĂłn en exteriores para predecir los niveles de ruido ambiental a una distancia determinada de una fuente o grupo de fuentes [1]. Para esta

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Fig.2: Pérdida de inserción por barrera a distintas frecuencias, alturas de barrera y alturas de fuente.

Fig.3: Mapa de ruido de obra en construcción con maquinaria pesada a una altura de 0,5 m.

En términos generales, se puede observar que al aumentar la altura de una fuente sonora, disminuye la atenuación de una barrera. Se pudo notar que para una barrera de 4 m a los 500 Hz, al variar la altura de la fuente desde 1,5 m a 3,5 m, se produce una disminución de 5,9 dB en la atenuación. Y también para 2000 Hz y una barrera de 4 m, al variar la altura de la fuente desde los 0,5 m a 3 m, se produce una variación en la atenuación de 6,5 dB. Tales diferencias podrían ser significativas al momento de evaluar una faena de construcción, ya que podría significar el cumplimiento o no de alguna ley o normativa acústica. B. Simulación acústica con distintas alturas de fuente sonora Los efectos en la comunidad aledaña que pudiera generar la emisión de ruido en una obra de construcción, suelen ser simulados con software de predicción acústico. Considerando la utilización de software de predicción para visualizar el efecto producido al variar la altura de una fuente, se generaron dos escenarios de simulación con el software SoundPLAN versión 8. Ambos casos consisten en una obra de construcción, la cual causa emisiones de ruido generados por 3 máquinas pesadas (Retroexcavadora, Excavadora y Cargador Frontal). En un escenario las fuentes representativas de las diferentes máquinas fueron situadas a una altura de 0,5 m del suelo y en otro a 3 m. La información de la potencia acústica de estas máquinas fue extraída de la norma BS 5228-1:2009 [2]. En estos escenarios se implementó una barrera acústica de 4 m de altura alrededor del perímetro de la obra como medida de reducción de ruido. Los mapas de ruido obtenidos se muestran en la Fig. 3 y Fig. 4.

Fig.4: Mapa de ruido de obra en construcción con maquinaria pesada a una altura de 3,5 m.

En los mapas de ruido generados, se puede notar que el nivel de ruido aumenta en los sectores aledaños a la faena de construcción. Para analizar con más detalle los escenarios de simulación, fueron situados receptores puntuales a 1,5 m de altura, para los cuales se obtuvo información del nivel de ruido estimado en dichos puntos. La Tabla 1 muestra los resultados:

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Tabla 1: Nivel de presión sonora obtenido en diferentes receptores puntuales alrededor de la obra en construcción. Receptor Nº

Nivel de Presión Sonora dBA

Diferencia dBA

Con Fuentes a 0,5 m

Con Fuentes a 3,5 m

56,3

57,8

1,5

51,7

53,5

1,8

50,6

52,7

2,1

48,7

49,5

0,8

52,2

56,5

4,3

55,4

59,5

4,1

54,1

57,0

2,9

53,3

56,6

3,3

Al aumentar la altura de las fuentes se obtuvieron mayores niveles de presión sonora en los receptores puntuales. En los receptores 5, 6, 7 y 8, los cuales se situaban a unos 15 [m] de distancia de la barrera perimetral, se registraron las mayores diferencias. Los receptores del 1 al 4 eran los más cercanos al proyecto y fueron los que experimentaron menores variaciones.

Las imágenes de ejemplo se incluyen en la figura 5. En ambos casos es posible detectar alturas superiores a los 2m como representativas de la fuente sonora.

Fig.5: Ejemplos de localización de fuentes obtenidas para maquinaria en faena del área forestal. Cargadores frontales.

II. LOCALIZACIÓN DE FUENTES PARA DETERMINAR ALTURA REPRESENTATIVA

Para realizar las mediciones de localización de fuentes se utiliza una Acoustic-Camera de Gfai Tech que incluye dos arreglos de micrófonos de 48 micrófonos cada uno y el correspondiente hardware de adquisición de alta resolución (24 bit, 192 KHz), además del software de análisis NoiseImage. Las condiciones climáticas de la zona en la cual se realiza el proyecto (Valdivia, Región de los Ríos) no han permitido avanzar en la realización de las diferentes mediciones. Sin embargo, se espera contar con más resultados en el momento de realizar la presentación en el congreso. No obstante lo anterior, se incluyen un par de ejemplos obtenidos en mediciones previas, donde se puede visualizar la altura representativa para la fuente mediante la imagen de distribución sonora obtenida.

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III. CONSIDERACIONES FINALES La realización de este estudio permitirá establecer alturas de referencia para la o las fuentes representativas de cada tipo de maquinaria utilizada en obras de construcción. La disponibilidad de esta información permitirá realizar las predicciones de niveles de ruido mediante software de modelamiento acústico con información más detallada y, consecuentemente mejorar la precisión de estas en los casos en que se considera la incorporación de barreras acústicas.

REFERENCIAS [1] International Organization for Standardization, ISO 9613-2:1996, “Acoustics, Attenuation of sound during propagation outdoor” – Part 2: General method of calculation (1996). [2] British Standards Institution, BS 5228-1:2009, “Code of practice for noise and vibration control on construction and open sites” – Part 1: Noise (2009).

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Monitoreo de condiciones de maquinado en base a emisión sonora F.D., Figueroaa, A. A., Aguilerab, J.L., Barrosc, J., Cárdenasc a

Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, fdfigueroa@gmail.com Facultad de Ciencias Forestales y Recursos Naturales, Universidad Austral de Chile c Facultad de Ciencias de la Ingeniería, Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile b

Abstract— El monitoreo y mantenimiento de maquinaria aseguran la calidad de manufactura y la continuidad de la cadena productiva en la industria forestal-maderera. Sin embargo, estos procesos frecuentemente dependen de la detención de la maquinaria implicando la interrupción de las cadenas productivas. En el presente trabajo se exploran las bases para el desarrollo de una herramienta de monitoreo acústico y su utilidad para relacionar el desgaste de cuchillos moldureros que procesan madera, con las emisiones sonoras del maquinado. Primeramente, se establecen los adecuados descriptores de evaluación sonora (presión RMS) para luego realizar un estudio en laboratorio del comportamiento acústico de la maquinaria bajo distintos parámetros de funcionamiento (desgaste y velocidad de cuchillas, velocidad de avance, etc.). En paralelo se desarrollan herramientas en software MATLAB(R) las cuales se utilizarán para la captura, procesamiento y análisis de los datos sonoros, generando un sistema semiautónomo de trabajo. Con los datos de medición procesados, tanto en condiciones de laboratorio como en condiciones de industria, se analiza la correlación entre las condiciones de maquinado, el producto final y los niveles sonoros registrados. Se discute la buena correlación entre emisiones acústicas y parámetros de maquinado en condiciones de laboratorio así como el comportamiento sonoro bajo condiciones de industria. Keywords— condiciones maquinado; nivel RMS; espectro sonoro; procesamiento MATLAB

INTRODUCCIÓN

La industria maderera depende de una cadena productiva ininterrumpida, que une la constante entrada de insumos, el procesamiento eficiente de éstos y una calidad garantizada del producto final. El desarrollo y mejoramiento del monitoreo de los instrumentos de cepillado como de los parámetros de calidad asegura una cadena productiva ininterrumpida. Sin embargo, el análisis del desgaste de las cuchillas de cepillado o características superficiales de las molduras, implican tanto la detención de la cadena productiva, así como la necesidad de profesionales que determinen el estado de la arista de corte y la calidad de la madera. Distintos estudios han mostrado que la utilización de emisiones acústicas (EA) dan lineamientos para el monitoreo

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tanto del desgaste de las herramientas de corte [1], [2], [3] como de las condiciones de corte [4], [5]. Considerando los parámetros de maquinado el análisis de las EA permite reconocer cambios en las condiciones de procesado con los niveles sonoros emitidos [1], [6], y estimar el desgaste de las herramientas de corte y su relación con la calidad superficial del producto mediante las emisiones acústicas registradas durante el maquinado. Otros estudios han asociado estas EA con el estado de las herramientas de corte [5], [7], fuerzas de corte o chip expulsado durante el maquinado [3], [8]. De la misma forma, se ha estudiado la posibilidad de monitorear los parámetros de rugosidad superficial (Rz) resultante tras el maquinado de madera, mediante la presión sonora emitida por éste [9]. La captura de EA precisa una cadena electroacústica, así como algoritmos de procesado de datos para su cómputo y posterior análisis. Estas cadenas implican la entrada de EA mediante un acelerómetro o micrófono, su transducción a un formato digital y post-procesado con algoritmos computacionales [10]. En este estudio experimental se probará el comportamiento de sistemas electroacústicos de distinta complejidad, en conjunto con software de computadora como método de monitoreo no invasivo en maquinaria moldurera. El desarrollo de este estudio se da bajo el alero del Proyecto Fondecyt Regular N°1120347, del cual se desprenden los resultados preliminares y sus conclusiones para este trabajo. II. MATERIALES Y EQUIPAMIENTO Las campañas de medición se desarrollan en 2 fases, la primera, en contexto de laboratorio, y la segunda en condiciones de industria (in-situ). De los resultados y conclusiones de los estudios preliminares se desarrollan las campañas anteriormente nombradas, utilizando sistemas de captura que se describen junto a los materiales a continuación. A. Materiales para mediciones en laboratorio La máquina utilizada en los ensayos es una tupi, marca “Griggio”, en cuyo eje se montaron cabezales de tipo hidrocentrados de 6 cuchillos, permitiéndose el control continuo de la velocidad de rotación mediante un variador de

frecuencias. Éste equipo incluye un carro de avance automático controlado por variador de frecuencias propio.

Fig.1: Cabezal de corte y cuchilla de 60 mm.

A. Mediciones en laboratorio Las mediciones se realizan mediante grabaciones de maquinado con y sin carga. Los parámetros de maquinado son indicados a continuación en la Tabla I. Se posiciona el micrófono frente a la zona de cepillado según se indica en la Figura 3. Se realizan los registros de EA con y sin carga, registrándose para cada grabación las condiciones de cepillado. Estos registros se realizan de forma manual según los parámetros de la Tabla II. De esta campaña se obtienen 162 registros sonoros válidos para su posterior análisis.

Los parámetros de procesamiento de madera consisten en variaciones de velocidad de rotación de las cuchillas de corte, ángulo de ataque de los cuchillos de corte, velocidad de avance del carro de arrastre. El resumen de las condiciones de corte se muestra en la Tabla I. El sistema electroacústico consiste en un micrófono de condensador de ½ pulgada, del KIT ACO Pacific PS9200KIT de campo libre, y grabador portátil Tascam HD-P2. Se utiliza el micrófono 7012PM ya que por su naturaleza capacitiva posee la precisión necesaria, un rango de respuesta en frecuencias plano y un rango dinámico suficiente, lo cual es apropiado para los objetivos del proyecto [11], [12]. B. Materiales para mediciones in-situ La máquina utilizada corresponde a una moldurera marca "Linares", modelo WM-623. El cabezal seleccionado para las mediciones es el último antes de la salida de las piezas de madera (Figura 2), las cuales posee un largo entre 4,87 a 3,66 m. Los parámetros de maquinado se resumen en la Tabla IV.

Fig.3: Posición de micrófono frente a zona de cepillado TABLA I.

CONDICIONES DE MAQUINADO PARA MEDICIONES DE LABORATORIO

TABLA II. PARÁMETROS DE CAPTURA PARA MEDICIONES DE LABORATORIO

Fig.2: Panorámica de moldurera Linares sin cubierta. Nº1: entrada de producto. Nº2: ubicación de micrófono.

El equipamiento electroacústico consiste en un micrófono Earthworks M30-BX adaptado para realizar la captura de forma directa a computadora con software MATLAB. III.

METODOLOGÍA

El procedimiento de mediciones se divide en 2 fases. La primera consiste en una campaña de mediciones en condiciones de laboratorio, mientras que la segunda etapa se estudia el comportamiento bajo condiciones de trabajo industriales. En ambas fases se busca conocer el comportamiento, eficiencia y eficacia de las herramientas de software desarrolladas en MATLAB.

B. Mediciones in-situ Concluidas las mediciones y estudios de laboratorio se procede a realizar mediciones en la planta de Manufactura Arauco, ubicada en el kilómetro 781, Ruta 5 Sur, Región de Los Ríos. Se implementa el sistema de medición micrófonocomputadora en una de las maquinas moldureras, específicamente en el último cabezal de procesado. Este cabezal es dotado de una cuchilla de corte plano, buscando las condiciones de maquinado similares a las de laboratorio. Se registran grabaciones durante una jornada de 5 horas de trabajo en dos fases siendo los parámetros de maquinado y de grabación automatizada (mediante computadora con software MATLAB) los presentados en las Tablas III y IV respectivamente.

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De esta campaña se obtienen 380 registros sonoros para su posterior análisis. TABLA III. CONDICIONES DE MAQUINADO PARA MEDICIONES IN-SITU

laboratorio. La Figura 5 muestra el comportamiento sonoro de la presión a medida que aumenta el desgaste de las cuchillas de maquinado. Estas variaciones de presión RMS se repite para las distintas velocidades de rotación de cabezal.

TABLA IV. PARÁMETROS DE CAPTURA PARA MEDICIONES IN-SITU

Fig.5: Presión sonora emitida para velocidad de rotación fija a 56 m/s y de avance variable según metros de desgaste.

C. Desarrollo de herramientas de software En paralelo a la campaña de mediciones se desarrollan funciones y rutinas en MATLAB para ser implementadas en las tareas de captura, procesamiento y análisis de datos fin de facilitar la captura y procesamiento de las EA.

Considerando los metros de desgaste de las cuchillas como “hitos” de medición, se analizan las emisiones sonoras para distintas condiciones de velocidad de cabeza y de arrastre. Se aprecia el aumento gradual y sostenido de la presión RMS emitida por la maquinaria para todos los grados de desgaste de las cuchillas (Figura 6).

Fig.6: Presión sonora emitida y sus correlaciones con la velocidad de avance para distintas velocidades de rotación (desgaste 0 km).

Fig.4: Flujo de datos pertinente al procesamiento de grabaciones de emisión sonora.

Las herramientas en software MATLAB se implementan en módulos de procesamiento, como captura individual (para grabación o lectura individual de emisiones), captura secuenciada (implementado para las mediciones in-situ), calibración y procesamiento de datos. Este último modulo optimiza en gran medida la lectura, procesamiento y entrega de datos. Mediante rutinas y funciones de MATLAB las EA registradas pueden ser leídas por la computadora para luego ser procesadas de acuerdo al flujo de datos de la Figura 4. IV.

RESULTADOS

A. Resultados mediciones de laboratorio Completadas las jornadas de medición se procesan los datos utilizando las herramientas desarrolladas en MATLAB. De éstas se obtienen los valores de presión RMS (en Pascales) de las EA bajo las distintas condiciones de maquinado en

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Para cada caso, según metros de desgaste, la presión RMS aumenta en conjunto a la velocidad de alimentación. Así mismo, la presión RMS se incrementa linealmente con la velocidad de rotación de cabezal, resultando en correlaciones R2 sobre 0,8 para todos los casos. Si bien el aumento de presión RMS se repite para todas las condiciones, los niveles de presión no necesariamente aumentan con el desgaste de la herramienta de cepillado. Es decir, la presión RMS varían según el grado de desgaste de las cuchillas si se mantienen constantes los otros parámetros de maquinado. Al comparar los niveles de las EA con parámetros forestales como rugosidad Rz y espesor de viruta se encuentran ciertas relaciones baja y alta correlación R2 respectivamente. En la Figura 7 se muestra la buena correlación entre presión RMS emitida y el espesor de la viruta expulsada durante el maquinado, esto se repite para las distintas condiciones y grados de desgaste del cabezal. La Figura 8 muestra la baja relación entre la rugosidad superficial del producto y la presión RMS de maquinado; comportamiento que se repite para todas las condiciones de maquinado.

buenas correlaciones entre las condiciones de mecanizado y el valor RMS de la presión sonora de cada EA bajo condiciones de laboratorio. Sin embargo, se encuentra una correlación limitada en condiciones de industria. La implementación del sistema de monitoreo es de bajo costo computacional y de suficiente flexibilidad para lograr los objetivos del proyecto. Fig.7: Correlaciones entre espesor de viruta y presión RMS para desgastes entre 6 y 10 km, rotación de cabezal 50 m/s.

El descriptor RMS es el adecuado para identificar las condiciones de maquinado en laboratorio, pudiendo determinar relaciones entre velocidades de avance, velocidad de rotación, desgaste y espesor de viruta con la presión sonora de las EA. La presión sonora RMS presenta una buena relación con el desgaste de la herramienta de corte en condiciones de laboratorio e industria. Gracias a ello se puede identificar el efecto del jointing en las EA producidas por el maquinado.

Fig.8: Correlaciones entre Rz y presión RMS, velocidad de avance 22/30/38 m/min, rotación de cabezal 44 m/s según desgaste.

B. Resultados mediciones in-situ Las presiones RMS registran el desgaste desde 0 a 26,000 metros de maquinado. La Figura 9 muestra una buena correlación en dos segmentos. El comportamiento de las EA nota un claro cambio luego del jointing (rectificado de cuchillas), el cual evidencia un cambio en las condiciones de procesado de la madera, considerando que la velocidad de avance y rotación del maquinado no son variados durante la jornada laboral. Se requieren análisis extensivos aumentando el desgaste de la herramienta, así como también análisis en paralelo de la potencia de maquinado.

Fig.9: Presión RMS respecto al desgaste de la herramienta de corte y valores de correlación pre y post-jointing.

V. CONCLUSIONES Los propósitos del estudio se cumplen a cabalidad, siendo el principal de ellos el desarrollo de herramientas de software para el análisis de datos, tanto como en estudios preliminares, condiciones de laboratorio e industria. Así como poder establecer relaciones entre parámetros de maquinado (velocidades, desgaste, etc.), parámetros forestales (Rz y espesor de viruta) con descriptores de las EA registradas. Las herramientas desarrolladas facilitan la captura, procesado y entrega de datos de las EA. Se pueden encontrar

AGRADECIMIENTOS Los autores agradecen a la Comisión de Investigación Científica y Tecnológica CONICYT, y al programa FONDECYT, por el cual se pudo financiar y llevar a cabo el tema de esta tesis, bajo el Proyecto Fondecyt Regular N°1120347. REFERENCIAS [1] Dornfeld, D. A., & Lemaster, R. L. Sensing of tool wear by acoustic emission. In Proceedings of the 7th International Wood Machining Seminar, Richmond (pp. 312-323). (1982). [2] Lemaster, R. L., Tee, L. B., & Dornfeld, D. A. Monitoring tool wear during wood machining with acoustic emission. Wear, 101(3), 273-282. (1985) [3] Banshoya, K., Ohsaki, H., Nagatomi, K., & Murase, Y. Relationship between cutting sound and tool wear in machine boring of wood and wood-based materials. Mokuzai Gakkaishi, 40(4), 434-439. (1994). [4] Nagatomi, K., Yoshida, K., Banshoya, K., & Murase, Y. Recognition of wood cutting conditions through cutting sounds, 1: Effects of tool system's stiffness and tool wear on the generation of sound in cutting parallel to the grain. Journal of the Japan Wood Research Society (Japan). (1993). [5] Iskra, P., & Tanaka, C. The influence of wood fiber direction, feed rate, and cutting width on sound intensity during routing. Holz als Roh-und Werkstoff, 63(3), 167-172. (2005). [6] Lemaster, R. L., & Dornfeld, D. A. Monitoring a circular sawing process with acoustic emission. In Proceedings of ninth international wood machining seminar, University of California, Forest Products Laboratory Berkeley, CA (pp. 124-138). (1988). [7] Delio, T., Tlusty, J., & Smith, S. Use of audio signals for chatter detection and control. Journal of Manufacturing Science and Engineering, 114(2), p. 146-157. (1992). [8] Cyra, G., & Tanaka, C. The effects of wood-fiber directions on acoustic emission in routing. Wood Science and Technology, 34(3), 237-252. (2000). [9] Aguilera, A., & Barros, J. L. Surface roughness assessment on medium density fibreboard rip sawing using acoustic signals. European Journal of Wood and Wood Products, 70(1-3), 369-372. (2012). [10] Cook, V., Acoustic Monitoring of Machine Tool Health Using Transmitted Sound, International Conference on industrial Engineering and Operations Management, 1831-1839, (2012). [11] Kuttruff, H. Acoustics: an introduction. CRC Press. (2007). [12] Möser, M., & Barros, J. L. Ingeniería acústica: teoría y aplicaciones. Springer Science & Business Media. (2009).

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Diseño y desarrollo de una cámara acústica para localización de fuentes de ruido CALFUR a

J., Stevensa, C., Salasb, C., Gerardc Investigación y Desarrollo, Gerard Ingeniería Acústica SpA, Santiago, Chile, jstevens@controlacustico.cl b Gerencia de Proyectos, Gerard Ingeniería Acústica SpA, Santiago, Chile, csalas@controlacustico.cl c Gerencia General, Gerard Ingeniería Acústica SpA, Santiago, Chile, cgerard@controlacustico.cl

Abstract— La contaminación acústica es la segunda amenaza ambiental después de la polución del aire, según lo indican estudios recientes de la Organización Mundial de la Salud. En Chile con la entrada en vigencia del Decreto Supremo Nº38/11 del Ministerio de Medio Ambiente, se establecen límites de emisión de ruido más exigentes, por lo que las industrias buscan cada vez más reducir sus niveles de emisión a través del control de ruido. Al no contar con instrumentación precisa para asistir este proceso, como las cámaras acústicas comerciales de elevado costo, la localización de fuentes es un problema crítico para las consultoras acústicas del sector. Así, el proyecto calfur trata sobre el diseño y desarrollo de una cámara acústica mediante un sistema de adquisición y procesamiento de datos de bajo costo. En este documento se describe la fase actual del proyecto, la cual aborda un prototipo funcional probado en laboratorio y condición de exteriores controlada. El prototipo se compone por un arreglo de micrófonos, cámara fotográfica, unidad de adquisición y software de procesamiento/control. Los resultados de las pruebas se han comparado con equipamiento Brüel & Kjaer propiedad de la Universidad Austral de Chile. El proyecto cuenta con financiamiento público/privado a través del Programa de Innovación Tecnológica Empresarial 2015 de Corfo – Gobierno de Chile y la consultora Gerard Ingeniería Acústica SpA. Keywords— acoustic camera; beamforming; digital signal processing; acoustic array.

I. INTRODUCCIÓN El proyecto CALFUR es una iniciativa de Investigación & Desarrollo en operación desde abril de 2015 en la ciudad de Santiago de Chile. La finalidad del proyecto es la generación de nuevos servicios de medición acústica para la industria latinoamericana por medio del desarrollo de tecnología para visualización del sonido. En el ámbito nacional la aplicación directa se encuentra en los procesos de control de ruido industrial y laboral regulados por D.S. N°38/11 MMA y D.S. Nº594/2000 MINSAL. En ambos escenarios las campañas de medición por sonómetro no permiten localizar y cuantificar con precisión el aporte real de distintas fuentes de ruido. En este documento se describe en particular los resultados de las pruebas de laboratorio implementadas para el prototipo CALFUR. El prototipo ha sido desarrollado por un equipo interdisciplinario de profesionales, este se compone por ingenieros acústicos, ingenieros eléctricos y diseñador

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industrial. Las características del prototipo fabricado son las siguientes: • Arreglo de sensores de 30 micrófonos de tecnología electret y 1 cámara de fotos USB. •

Distribuciones de micrófono de tipo espiral, 3 casos.

•

Tarjetas de adquisición National Instruments de 16 bits y frecuencia de muestreo 250 [kS/s].

•

Distancia máxima de medición de 50 [m], rango de frecuencia 125 – 8000 [Hz], resolución angular 7.5 [º] y nivel máximo de lóbulos laterales -12.3 [dB].

•

Software implementado en una arquitectura LabVIEW y motor de cálculo Python.

•

Diseño portátil para fácil transporte y puesta en operación del aparato en ambientes de prueba. II. FUNDAMENTOS

Una cámara acústica consiste en un arreglo de M micrófonos con coordenadas xm (Fig 1) el cual por medio de procesamiento de señal, esto es, la aplicación de retardos de tiempo Δm, ponderaciones de amplitud wm y la suma de las señales resultantes, permite obtener la posición de fuentes sonoras en el espacio por adición constructiva/destructiva de señales [1 a 3]. Lo señalado corresponde al algoritmo DelayAnd-Sum (DAS) Beamforming para ondas planas, algoritmo utilizado por el prototipo CALFUR para realizar sus cálculos (Ecs. 1 a 3).

Fig 1. a) Formulación algoritmo Delay-And-Sum Beamforming. b) Sensibilidad direccional típica de un arreglo de micrófonos, lóbulo principal y lóbulos laterales [3].

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional IV. PLATAFORMA DE CONTROL Y VISUALIZACIÓN DE RESULTADOS (1) (2) (3) Donde z(t) es la salida del algoritmo DAS, ym(t) el frente de onda k sampleado espacialmente por cada micrófono y W(k) el patrón del arreglo. La utilización de la notación matricial para w (vector de pesos de Mx1) e Y (vector de señales recibidas de Mx1) para una dirección específica permite calcular la potencia, o la varianza de la señal de salida como P(z(t)) con R la matriz de correlación de datos [3].

El software CALFUR beta consiste en una arquitectura LabVIEW, esta realiza la adquisición de señales acústicas, controla la cámara de fotos, selecciona los tramos de señal a procesar, se comunica con el intérprete de Python y despliega los resultados de beamforming en la interfaz gráfica de usuario (GUI) (Fig 4). De igual forma la aplicación despliega espectros de frecuencia en bandas de 1/1, 1/3 y FFT en dicha GUI. Los resultados son guardados en disco en formato de imagen y array de datos.

III. ESTRUCTURA DEL PROTOTIPO El prototipo CALFUR permite alojar 3 distribuciones de micrófono (Fig 2) en una estructura reconfigurable de 1.5 [m] de diámetro. Este sistema se ha construido combinando componentes comerciales y fabricación de piezas en aluminio, PVC espumado y plástico industrial. El diseño del aparato contempla 2 componentes principales: la estructura soporte de equipos y el arreglo de sensores, en éste se dispone micrófonos y cámara de fotos (Fig 3).

Fig 2. Distribuciones de micrófono, a. Spiral01 (diseño CALFUR), b. Spiral02 (Underbrink array [4]), c. Spiral03 (Brüel & Kjaer style array [5]).

Fig 3. Diseño prototipo CALFUR (Modelo en proceso de patentamiento en el Instituto Nacional de Propiedad Industrial (INAPI) – Gobierno de Chile).

Fig 4. Interfaz gráfica de usuario software CALFUR beta.

V. PRUEBAS DE AJUSTE EN CONDICIÓN DE LABORATORIO Para las pruebas de laboratorio se consideró el montaje presentado en la Fig 5. Estas pruebas consisten en la localización espacial de fuente simple y multi fuente de ruido en condición de cámara anecoica. Dichas fuentes sonoras corresponden a sistemas de altavoces. Este montaje se replicó en los laboratorios de la Universidad Austral de Chile en Valdivia (Fig 9) y en el laboratorio de Inacap sede Pérez Rosales en Santiago (Fig 10). En Valdivia se registraron patrones de localización con un arreglo Brüel & Kjær modelo Pizza de 36 canales, en Santiago se utilizó el prototipo CALFUR. La finalidad aquí es comparar resultados de localización para el mismo escenario. En este documento se comentan resultados para el caso multi fuente de ruido.

Fig 5. Montaje pruebas de ajuste en condición de laboratorio proyecto CALFUR.

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A. Mediciones calibración sistema de pruebas Para llevar a cabo las comparaciones entre arreglos se realizan una serie de mediciones para calibrar los sistemas de prueba, en primer lugar. Estos montajes se replican en laboratorios con cadenas electroacústicas diferentes. Las fuentes sonoras se encuentran separadas 1 [m] y a una distancia de 2 [m] de los arreglos de micrófonos. La referencia del sistema coordenado se fija en el centro del arreglo, en la posición de la cámara de fotos. De esta forma, las coordenadas de las fuentes son (-0.5, 0.0, 2.0) y (0.5, 0.0, 2.0), fuentes izquierda y derecha respectivamente. La señal acústica radiada es ruido rosa para el rango 125 – 8000 Hz. La ecualización de espectro se realiza con la asistencia de un sonómetro integrador Cirrus CR:171B. El nivel de amplitud de los altavoces se establece en Leq 80 y 85 dB medido sobre el eje axial del cono a 1 [m] de distancia (Tabla 1 y Tabla 2).

se observa la posición de los altavoces radiando sonido, con una diferencia de amplitud entre ellos de 5 [dB] aprox.

TABLA 1. ESPECTRO DE RUIDO FUENTE IZQUIERDA PRUEBAS LABORATORIO. Lab

125

250

500

Total

UACh

72.2

72.7

73.4

74.4

69.8

71.1

67.5

80.5

Inacap

70.6

70.8

71.9

72.6

75.1

70.2

67.2

80.2

Δ dB

1.6

1.9

1.5

1.8

5.3

0.9

0.3

Fig 6. Resultado sonograma 2 kHz cámara B&K – Laboratorio Universidad Austral de Chile.

TABLA 2. ESPECTRO DE RUIDO FUENTE DERECHA PRUEBAS LABORATORIO. Lab

125

250

500

Total

UACh

77.4

76.5

76.6

78.2

75.9

78.5

77.6

85.8

Inacap

73.0

74.4

75.2

80.1

80.6

74.3

72.2

85.3

Δ dB

4.4

2.1

1.4

1.9

4.7

4.2

5.4

0.5

Posteriormente se realiza una medición en el plano del arreglo de micrófonos en la posición (1.0, 0.0, 0.0) (Tabla 3). Las diferencias de amplitud entre experiencias son menores a 1 [dB]. De esta forma, se establece que los montajes implementados en ambos laboratorios son replicables, por lo que las diferencias en los resultados de las pruebas de localización serían atribuibles mayormente a las diferencias entre arreglos de micrófonos. TABLA 3. ESPECTRO DE RUIDO FUENTE IZQUIERDA PRUEBAS LABORATORIO. Lab

125

250

500

Total

UACh

64.3

63.7

72.4

69.8

77.5

70.6

69.9

80.4

Inacap

66.3

69.3

69.0

74.2

74.0

69.8

69.3

79.6

Δ dB

2.0

5.6

3.4

4.4

3.5

0.8

0.6

0.8

B. Mediciones comparativas arreglos de micrófonos En Fig 6 y Fig 7 se presentan las imágenes acústicas (sonogramas) obtenidas para la banda de octava de 2 [kHz] por la cámara B&K y el prototipo CALFUR. En ambas figuras

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Fig 7. Resultado sonograma 2 kHz prototipo CALFUR – Laboratorio Inacap Santiago.

Comparativamente, se observa en los resultados del prototipo CALFUR una mayor separación entre fuentes sonoras, registrando una zona entre ellas de -8 [dB] aprox. con respecto a la amplitud máxima del sonograma. Para la cámara B&K esta separación se observa con menor amplitud, del orden de 5 [dB]. Estas diferencias podrían explicarse por la eventual correlación entre fuentes sonoras, dado por las cadenas electroacústicas o bien la direccionalidad de los altavoces empleados, estos son diferentes entre experiencias. La amplitud máxima de los sonogramas calculados para el rango de frecuencia 125 – 8000 [Hz] se presentan en la Tabla 4 y Fig 8 por bandas de 1/1 octava. En general se observa una desviación del prototipo CALFUR del orden de 4.5 [dB] en banda ancha respecto a los resultados obtenidos por la cámara B&K. En cuanto a respuesta de frecuencia las diferencias en el rango 125 – 2000 [Hz] son del orden de 5.5 [dB] y en 4 – 8

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional [kHz] del orden de 1 [dB]. En baja frecuencia las diferencias son mayores. Estas diferencias podrían estar relacionadas con la respuesta de frecuencia de los micrófonos desarrollados para el prototipo CALFUR. Esto presenta una oportunidad de mejora, entre otras, a incorporar para la próxima fase del proyecto. TABLA 4. RESULTADOS PRESIÓN SONORA MÁXIMA SONOGRAMAS. Lab

125

250

500

Total

B&K

73.3

75.4

74.7

73.7

68.6

70.7

68.7

81.3

Calfur

65.3

67.0

67.6

70.4

68.5

64.1

71.2

76.8

Δ dB

8.1

8.4

7.0

3.3

0.1

6.6

2.5

4.5

Fig 9. Montaje pruebas de laboratorio Universidad Austral de Chile.

Fig 8. Presión sonora máxima sonogramas prueba multi fuentes de ruido.

VI. CONCLUSIONES Actualmente, se cuenta con un prototipo de bajo costo de una cámara acústica para localización de fuentes de ruido (Fig 10). Este equipamiento ha sido desarrollado con financiamiento de la consultora Gerard Ingeniería Acústica SpA y el Gobierno de Chile bajo el marco del Programa de Innovación Tecnológica Empresarial – Innovación de Productos y Procesos (Prototipo) CORFO del año 2015. Las pruebas de ajuste en condición de laboratorio efectuadas muestran resultados satisfactorios, con dicho equipamiento es posible localizar multi fuentes de ruido en condición estática. Sin embargo, la amplitud de los sonogramas CALFUR presentan diferencias en banda ancha de 4.5 [dB] respecto a la cámara B&K de referencia. Estas desviaciones estarían relacionadas con la respuesta de frecuencia de los micrófonos fabricados. Para la próxima fase del proyecto, Línea de Validación y Empaquetamiento de Innovaciones de Corfo, se abordará éste y otros desafíos técnicos derivados de este desarrollo.

Fig 10. Prototipo CALFUR en pruebas de laboratorio Inacap Sede Pérez Rosales.

REFERENCIAS [1] Grythe, J. (2017). Beamforming algorithms – beamformers. Squarehead Technology AS, Oslo, Norway. [2] Johnson, D. H. and Dudgeon, D. E. “Array Signal Processing: Concepts and Techniques”. P T R Prentice Hall, 1993. [3] Christensen, J.J. and Hald, J. “Technical Review Beamforming No.12004”. Brüel & Kjær Sound & Vibration Measurement A/S. [4] Underbrink, James R. (2002). “Aeroacoustic Phased Array Testing in Low Speed Wind Tunnels”. Aeroacoustic Measurements. Ed. by Thomas J. Mueller. Berlin: Springer. Chap. 3, pp. 98–217. ISBN: 3-54041757-5. [5] Christensen, J. J. and Hald. J. (2006). “Beamforming Array of Transducers”. Pat. US 7.098.865 B2.

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ModelaciĂłn de Barreras AcĂşsticas con Louvers Para control de Ruido en Torres Enfriadoras RevisiĂłn de Modelo Para Un Caso PrĂĄctico G.H., Moreiraa, H. P., Montoyab, M. E., Verac

IngenierĂa & Proyectos, AcĂşs Pro, Santiago, Chile, germanmoreira04@gmail.com b IngenierĂa & Proyectos, AcĂşs Pro, Santiago, Chile, hmontoya@acuspro.cl c IngenierĂa & Proyectos, AcĂşs Pro, Santiago, Chile, manuelveramatus@gmail.com

Abstractâ&#x20AC;&#x201D; En control de ruido industrial es habitual el diseĂąo de soluciones acĂşsticas en base a un objetivo de niveles sonoros mĂĄximos en puntos receptores para el cumplimiento de normativa o criterios especĂficos, pero no siempre existe informaciĂłn disponible para medidas y soluciones de ingenierĂa especĂficas que tienen funcionamiento de elementos mixtos en su construcciĂłn, que son usadas de forma empĂrica pero no estĂĄn caracterizadas. Producto de esta necesidad, en este artĂculo se realiza un modelo teĂłrico computacional de una barrera acĂşstica fabricada en acero, con acoplamiento de silenciadores louvers en montaje horizontal para uso en torres enfriadoras que requieren reducir los niveles de ruido generados y ademĂĄs mantener las condiciones operativas respecto de la descarga de flujo de aire. Para su estudio se realiza un modelo con el mĂŠtodo de elementos finitos para caracterizar el rendimiento acĂşstico compuesto de la soluciĂłn de barrera y silenciadores, considerando la construcciĂłn de ambos elementos, dimensiones, altura de la pantalla y condiciones de entrada requeridos para la simulaciĂłn. El resultado del modelo es comparado con los resultados de un montaje similar puesto en operaciĂłn para una sala tĂŠcnica de con fuentes de ruido mixtas, incluyendo como principal fuente sonora una secciĂłn de torres enfriadoras. Keywordsâ&#x20AC;&#x201D; barreras acĂşsticas; louvers; elementos finitos.

I. INTRODUCCIĂ&#x201C;N En aplicaciones de control de ruido industrial es habitual el uso de barreras o pantallas para el confinamiento de secciones de maquinarias o equipamiento tĂŠcnico y mitigar el impacto acĂşstico en receptores cercanos a estos emplazamientos. Para el caso de barreras simples de elevaciĂłn vertical, se asume necesario determinar la altura de la pantalla, posiciĂłn de esta y la longitud de onda del sonido. AsĂ se obtiene un parĂĄmetro adimensional conocido como el nĂşmero de Fresnel (ecuaciĂłn 1), dado por:

đ?&#x2018; đ?&#x2018; = 2

đ??´đ??´+đ??ľđ??ľ+đ??śđ??ś đ?&#x153;&#x2020;đ?&#x153;&#x2020;

(1)

Donde A es la distancia desde la fuente hasta el borde de la barrera, B es la distancia desde el receptor hasta el borde de la barrera y C es la distancia entre la fuente y el receptor.

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Una vez obtenido este parĂĄmetro se estima la atenuaciĂłn efectiva de la pantalla. Existen varios modelos, pero uno de uso comĂşn es la aproximaciĂłn de Kurze y Anderson (ecuaciĂłn 2),

đ??´đ??´đ??´đ??´ = 20 log (

â&#x2C6;&#x161;2đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x2018; đ?&#x2018; )+5 tanh(2đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x153;&#x2039;đ?&#x2018; đ?&#x2018; )

(2)

Este modelo para el cĂĄlculo de una atenuaciĂłn de pantalla acĂşstica es vĂĄlido para barreras de condiciones constructivas uniformes y homogĂŠneas, respetando el criterio expresado segĂşn Warnock (ecuaciĂłn 3)

đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x2018; đ?&#x2018; = 3â&#x2C6;&#x161;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152; [đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;/đ?&#x2018;&#x161;đ?&#x2018;&#x161;2 ]

(3)

Asumiendo como regla general que la densidad superficial de la barrera es superior a 20 kg/m2 [Arenas et al]. Para el caso prĂĄctico de equipos industriales como torres enfriadoras, que requieren la correcta circulaciĂłn de aire, la instalaciĂłn de una barrera rĂgida de acero (uso habitual en entornos industriales) restringe las condiciones de ventilaciĂłn y podrĂa implicar un aumento de la temperatura y con ello impedir el funcionamiento normal del sistema de control de clima. Como medida habitual para permitir la descarga de aire se utilizan barreras con uso de silenciadores de celdas fonoabsorbentes, habitualmente splitters o louvers (celosĂas). Estos elementos tienen la capacidad de reducciĂłn de ruido principalmente gracias al largo (o profundidad) de sus celdas absorbentes, el espesor de estas y el coeficiente de absorciĂłn, ademĂĄs de buenas capacidades de flujo de aire, ya sea en funciĂłn de admisiĂłn o descarga. Modelos usados normalmente para caracterizar silenciadores resistivos de celdas siguen el siguiente principio propuesto por Purcella (ecuaciĂłn 4)

(Î&#x201D;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?)2 = đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2DC;đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(4)

Donde k es una constante; a es el coeficiente de absorciĂłn del material de revestimiento y x es la longitud de la celda acĂşstica. Considerando esto tenemos la atenuaciĂłn (AT) en dB/m (ecuaciĂłn 5)

đ??´đ??´đ??´đ??´ = 10đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź log đ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; = 4,34đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź

(5)

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de AcĂşstica y Audio Profesional Considerando que en la prĂĄctica existirĂĄn ondas incidentes, reflejadas y transversales en los conductos es recomendable usar la siguiente ecuaciĂłn de Sabine (ecuaciĂłn 6)

đ??´đ??´đ??´đ??´ = 1,05đ?&#x203A;źđ?&#x203A;ź

1,4đ??ˇđ??ˇđ?&#x2018;&#x2019;đ?&#x2018;&#x2019; đ?&#x2018;&#x2020;đ?&#x2018;&#x2020;

(6)

Donde Îą es el coeficiente de absorciĂłn del material, De es el perimetro del revestimiento interno [m] y S es el ĂĄrea de la secciĂłn interna del revestimiento [m2]. Actualmente existen modelos matemĂĄticos para estimar la atenuaciĂłn de ruido de barreras y silenciadores por separado, pero no es comĂşn encontrar referencias o metodologĂas para caracterizar el rendimiento de elementos mixtos, siendo una limitante importante al momento de estimar con precisiĂłn aceptable la atenuaciĂłn entregada en un caso real.

Fig.2: Torres Enfriadoras, Vista Previa a Montaje de Barrera

II. METODOLOGĂ?A A. Elemento AcĂşstico TeĂłrico Para poder establecer un modelo vĂĄlido de estudio se definiĂł la caracterĂstica de la barrera y su composiciĂłn constructiva, obteniendo la siguiente configuraciĂłn: Tabla 1.- CaracterĂsticas Constructivas Barrera AcĂşstica Mixta Barrera AcĂşstica (Panel Base)

Silenciador Louvre (CelosĂa)

Panel de acero galvanizado e=1,9[mm] + lana mineral e=70[mm] d=40 kg/m3 + panel de acero galvanizado e=1,5[mm]. Espesor total de la pantalla = 70[mm] FabricaciĂłn a base de acero galvanizado e=1[mm], con celdas absorbentes rellenas de lana de vidrio d=32 kg/m3.

Fig.3: Barrera AcĂşstica ConfiguraciĂłn Mixta

C. Modelo Computacional Para la caracterizaciĂłn de la pantalla acĂşstica se ha construido un modelo con el mĂŠtodo de elementos finitos (FEM) en el software COMSOL. Tabla 2.- ParĂĄmetros BĂĄsicos del Modelo Nivel de PresiĂłn Sonora (dB) Temperatura Velocidad del Sonido (en el aire) PresiĂłn de Referencia Velocidad del Sonido (en el acero)

94 (ref 1 Pa) 20Â° 345 m/s 1 Pa 6100 m/s

Las ecuaciones usadas para el modelo de cĂĄlculo consideran un anĂĄlisis en el dominio de la frecuencia, asumiendo la aproximaciĂłn de Helmholtz (ecuaciĂłn 7) para presiĂłn acĂşstica â&#x2C6;&#x2021;đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

đ?&#x153;&#x201D;đ?&#x153;&#x201D; 2 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

â&#x2C6;&#x2021; â&#x2C6;&#x2122; (â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152; ) â&#x2C6;&#x2019; đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? 2 đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152; = 0 đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

Fig.1: Modelo general utilizado para los cĂĄlculos

B. Elemento AcĂşstico In Situ

đ?&#x2018;?đ?&#x2018;? đ?&#x2018;?đ?&#x2018;?

(7)

Considerando que la presiĂłn acĂşstica entrarĂĄ en contacto principalmente con un material absorbente (louvers), se usa el modelo para materiales altamente porosos de Delany y Bazley (ecuaciĂłn 8), donde se toma en cuenta la resistividad de flujo, nĂşmero de onda e impedancia del aire.

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(8) De forma empĂrica y para caracterizar el valor de resistividad de la lana de vidrio utilizada se sigue el criterio propuesto por Bies y Hansen (ecuaciĂłn 9). Como valor global definitivo de densidad se asume como vĂĄlida la entregada por el fabricante de 32 kg/m3 y el diametro de fibra se establece en 10 Âľm.

đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x2026;đ?&#x2018;&#x201C;đ?&#x2018;&#x201C; = 3,18 â&#x2C6;&#x2014;

1,53 109 đ?&#x153;&#x152;đ?&#x153;&#x152;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D; 2 đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x2018;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;đ?&#x2018;&#x17D;

(9)

III. CARACTERIZACIĂ&#x201C;N DE MODELOS DE CĂ LCULO

Fig.6: Modelo Computacional Silenciador Louver

Una vez establecidas estĂĄs condiciones se realizan modelos para establecer el TL1 de cada elemento. A. Panel Barrera AcĂşstica

Fig.7: Curva TL Silenciador Louver

C. SoluciĂłn AcĂşstica Mixta

Fig.4: Modelo Computacional Panel Barrera

Fig.8: Modelo Computacional SoluciĂłn Mixta. Fig.5: Curva TL Panel Barrera

B. Silenciador Louvre

TL: Transmission loss, perdida por transmisiĂłn.

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional V. COMPARACIÓN DE BARRERA ACÚSTICA VS MODELO COMPUTACIONAL

Fig.9: Curva TL Solución Mixta

IV. BARRERA ACÚSTICA MIXTA INSTALADA IN SITU Fig.121: Comparación de TL medido in situ vs TL modelo teórico.

Los valores de nivel sonoro para una barrera acústica similar al modelo computacional entregan los siguientes valores, considerando mediciones en bandas de 8va, realizados en la fuente de ruido (torre enfriadora), antes y después del montaje de la barrera. El descriptor usado es el nivel de presión sonora y en las siguientes se especifica Lp (In) como el nivel antes de la instalación y Lp (Out) el valor medido posterior al armado de la pantalla.

Fig.10: Nivel de Presión Sonoro Pre y Post Montaje de Barrera Acústica.

El resultado de la comparación indica que el modelo tiene validez para este caso puntual en el rango de frecuencias medias y medias-altas, pero no tiene la misma efectividad en los extremos inferior y superior del rango sonoro. VI. CONCLUSIÓN El objetivo de construir un modelo teórico de predicción de atenuación de ruido con método FEM para barreras de configuración mixta usando panel + silenciadores de celdas fue cumplido, pudiendo considerarse un punto inicial para mejores estudios de este tipo de pantallas de ruido. Los resultados obtenidos en el modelo son similares a los medidos de terreno, principalmente en la región de frecuencias entre 250 [hz] y 2000 [hz], presentando una curva similar y uniforme de valores. De otra forma, se detectan diferencias importantes en baja frecuencia, siendo esperable por las longitudes de onda de estas emisiones y también diferencias notorias en frecuencias sobre los 4000 [hz], por posible sobre estimación del material fonoabsorbente y el valor de atenuación esperado para el panel barrera. Para la construcción de este modelo teórico se asumieron varias simplificaciones por motivos de ser una primera aproximación, pero deben ser mejoradas en posteriores estudios, principalmente en la caracterización de materiales y condiciones de contorno del modelo, teniendo como objetivo que estas sean más precisas respecto de las condiciones reales. REFERENCIAS

Fig.11: Nivel de Presión Sonoro Pre y Post Montaje de Barrera Acústica.

De acuerdo a los valores obtenidos, el siguiente paso es comparar los valores obtenidos de TL medidos de forma práctica respecto de los modelos computacionales de la solución mixta. Los valores medidos son consistentes con lo esperado para cualquier material o solución divisoria rígida, considerando la variación según la frecuencia, teniendo baja efectividad en el rango < 500 [hz] y superando los 20 dB de atenuación sobre los 1000 [hz].

[1] M. A. Delany y E. N. Bazley, “Acoustic Properties of Fibrous Absorbent Materials,” [2] D. A. Bies and C. H. Hansen, “Flow Resistance Information for Acoustical Design,” Appl. Acoust., vol. 13, pp. 357–391, 1980. [3] D. Givoli and B. Neta, “High-order Non-reflecting Boundary Scheme for Time-dependent Waves,” J. Comp. Phys., vol. 186, pp. 24–46, 2003. [4] T. J. Cox and P. D’Antonio, “Acoustic Absorbers and Diffusers”, Second Edition, Taylor and Francis, 2009. [5] J. P. Arenas et al, Materiales Absorbentes Ecológicos para Pantallas Acústicas”, Ediciones UACH, 1ra edición, 2011. [6] S. Gerges, J.P. Arenas, “Fundamentos y Control del Ruido y Vibraciones” 2da edición, NR Editora, 2010.

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Desarrollo De Dispositivo De Control De Ruido Tipo Cumbrera Acústica En Base A Polímeros a

V. Romeoa, M. Almarzab, J.L.Barrosc

Ingenieria en Control Acustico Ltda., Santiago, Chile, gerencia@contacus.cl b AcuAmbiente Ltda., Santiago, Chile malmarza@vtr.net c Jose Luis Barros, Instituto de Acústica Universidad Austral de Chile

Abstract— A continuación se presenta el desarrollo de un proyecto INNOVA CORFO, que explora desde la base teórica a través del modelado FEM, el desarrollo de prototipos a escala en cámara anecóica y pruebas de campos mediante mediciones acústicas, la pérdida por inserción sonora de un dispositivo de reducción de ruido BRR (borde reductor de ruido). Keywords—Borde Reductor De Ruido; Pantalla Acústica ó Barrera Acústica

Consiste en un elemento sólido diseñado con el objetivo de interferir en la propagación del sonido entre una fuente y un receptor. FUENTE

Pérdida por Inserción

RECEPTOR

La Pérdida por inserción de una barrera para una banda de octava, en un punto determinado, es la diferencia entre los niveles de presión sonora (Lp) de la banda, medidos antes y después de la construcción de la barrera. IL barrera = Lp (antes) - Lp (después)

Cumbrera Acústica

Dispositivo que se agrega al borde de una barrera para mejorar su eficiencia acústica, o pérdida por inserción IL.

BRR: Borde Reductor de Ruido

Es un tipo de cumbrera acústica, que se instala en la parte superior de una barrera, con el objetivo de aumentar su “altura acústica” y eficiencia (medido en pérdida por inserción).

Altura Acústica:

Es el equivalente, en metros, a la altura de una barrera simple, con una IL tal, que es equivalente a una barrera de altura menor con BRR.

I. PRINCIPIOS FÍSICOS DEL BRR La teoría acústica utilizada en el desarrollo del borde reductor de ruido (BRR) es de amplio conocimiento y ha sido estudiada por varios especialistas en la materia. Sin embargo, el desafío radica en lograr un prototipo que incorpore todas las condiciones físicas, estructurales y químicas, para que el fenómeno físico ocurra, demuestre estabilidad en los resultados ante diversos estímulos sonoros, y cumpla la función para la que ha sido diseñado: disminuir el ruido. El principio físico fundamental relacionado con barreras acústicas es la difracción de una onda sonora, fenómeno que consiste básicamente en que una onda sonora se puede curvar alrededor de un obstáculo. La siguiente figura muestra la distribución de movimiento de las partículas de aire cuando una onda sonora incide sobre una barrera. Se sabe que la difracción depende de

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la forma y tamaño de un cuerpo u obstáculo. En el caso específico de las barreras acústicas, el proceso de difracción que modifica la propagación del sonido está determinado fundamentalmente por las condiciones del canto o borde de dicha barrera. Al variar la forma, la impedancia acústica o el coeficiente de absorción del canto o borde de la barrera, varía la intensidad del sonido que alcanza a un receptor detrás de ella. Los trabajos de investigación sobre barreras acústicas desarrollados en los últimos años han demostrado que una posibilidad para obtener valores de pérdidas por inserción más altos consiste en agregar un dispositivo al canto de la barrera, cuya superficie posea, al menos para algunas frecuencias, un valor de impedancia acústica nulo o muy cercano a cero. Un dispositivo con esa característica evita que la energía acústica se propague en sus cercanías obligando a la onda acústica a seguir un camino de difracción más largo, incrementando de esa manera la altura acústica de la barrera. Lograr construir un BRR con impedancia cero no es una tarea fácil, allí radica la complejidad del diseño. Existen algunos diseños basados en resonadores de Helmholtz, sin embargo se sabe que este tipo de dispositivos poseen valores resistivos muy elevados, lo cual hace que no se logren valores de impedancia suficientemente bajos en la correspondiente frecuencia de resonancia. La mejor manera de obtener una impedancia acústica cero es utilizar los denominados resonadores de un cuarto de longitud de onda. Estos resonadores consisten en tubos rectos, de diámetro pequeño respecto a la longitud de onda sonora involucrada. La onda sonora incidente producirá una onda plana en el interior de los tubos, la cual se reflejará en el fondo generando para algunas frecuencias una interferencia destructiva que anula la presión sonora en la boca (extremo abierto) de los tubos. De esta manera se logra generar el valor de impedancia suficientemente bajo que se necesita. Una condición necesaria para el buen funcionamiento del dispositivo es que no exista disipación de energía al interior de los tubos, por esto la superficie interior debe ser lo más lisa posible, libre de poros o rugosidades. En resumen el BRR utiliza el principio de desviación de la propagación de una onda sonora mediante una superficie con impedancia cero utilizando resonadores de un cuarto de longitud de onda.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Es decir, la comparación entre la amplitud de presión al cuadrado en el punto de recepción con y sin impedancia cero. Esta comparación permite establecer el efecto real del cambio de impedancia sin variar la geometría del problema. El análisis teórico muestra que el mejoramiento M es independiente de la distancia r siempre que esta sea grande respecto a la longitud de onda λ. Los siguientes gráficos muestran los resultados para distintos ángulos de incidencia (30 º, 60 º y 90º) y donde la relación entre el radio del cilindro y la longitud de onda es:

b  0.25 

II. DESARROLLO MODELACIÓN MATEMÁTICA El objetivo de este trabajo es comprobar la efectividad de modelos de elementos finitos contrastándolo con un modelo analítico. El trabajo más completo respecto a la utilización de cumbrera con impedancia cero es el de Rudi Volz (Schallabweisende Aufsätze zur Verbesserung der Dämmwirkung von Schallschirmen), En su trabajo se analiza el problema de una barrera (plano semi - infinito) con una cumbrera cilíndrica y la influencia de la impedancia de la superficie de dicho cilindro b r q

: Radio del cilindro. : Distancia del centro del cilindro al receptor.



: Ángulo de difracción.

a b r q



: Ángulo de incidencia.

: Distancia de la fuente lineal al centro del cilindro. : Radio del cilindro. : Distancia del centro del cilindro al receptor. : Ángulo de incidencia. : Ángulo de difracción.

Los resultados más importante de analizar son la Pérdida de Inserción IL la comparación entre el nivel en el punto de recepción al variar la impedancia del cilindro de Z   (cilindro rígido) y Z  0 conocido como Mejoramiento M .

 IL LP

NoBarrier

 LP Barrier

 p 2 M 10log  Z  2   p   Z 0 

IL LP

NoBarrier

: Nivel de presión sonora sin barrera.

Barrier

: Nivel de presión sonora con barrera.

: Pérdida de inserción.

M pZ 

pZ 0

: Mejoramiento. : Presión sonora impedancia acústica infinita. : Presión sonora impedancia acústica cero

Los ángulos de difracción oscilarán entre 0 º y 150º dependiendo del ángulo de incidencia. La distancias r y a son de 7m, la frecuencia es 500Hz, de tal forma que la longitud de onda sea mucho mayor que la longitud de onda

r a   10.17   Se definen adicionalmente los mejoramientos: 2  p  M1  10log  NoBRR2   p   Z   2  p  M2 10log  NoBRR2   p   Z 0  Que corresponden a M 1 mejoramiento de la barrera sin borde reductor de ruido en comparación con BRR Z   y M 2 mejoramiento de la barrera sin borde reductor de ruido en comparación con BRR Z  0 . III. OBJETIVOS TÉCNICOS DEL PROYECTO  Construir un BRR capaz de aumentar en al menos 3 dB la atenuación de las barreras acústicas existentes.  Permitir aumentar en al menos 10 años la vida útil de barreras acústicas ya instaladas.  Disminuir en al menos un 50% el costo final de los BBR (cumbreras) con respecto a las que son comercializadas en Europa a partir de la utilización de materiales poliméricos de costo inferior al del aluminio utilizado en Europa. (1)  Desarrollar una familia de BRR, de tipo modular que pueda utilizar en forma combinada los diversos principios(2) de control de ruido, para adaptarse y modificarse según la fuente de ruido a controlar resultados o soluciones específicas que se espera lograr con la ejecución del proyecto de innovación tecnológica. IV. INGENIERÍA CONCEPTUAL DE BRR En un comienzo, se analizaron los distintos principios físicos que provocan el efecto reductor de ruido en el borde de una barrera, entre ellos los principales son: la reducción por principio reactivo y por principio disipativo de la energía sonora. Se definió la etapa de modelamiento matemático a través de FEM, como el primer set de pruebas a las que se someterían los prototipos creados. Si los modelos cumplen con

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los requisitos para ser validados, se pasaría a la etapa de análisis de materialidad y luego la selección de los modelos que serían construidos como prototipos 1:5, para ser probados en el Laboratorio de la Universidad Austral de Chile, en Valdivia. Durante un mes se trabajó en forma paralela en Valdivia y Santiago, recopilando la información técnica que nos permitió analizar el “Estado de Arte” de las Cumbreras Acústicas, y posteriormente la definición de los primeros modelos de BRR a analizar. En el tercer mes se seleccionaron las distintas configuraciones de BRR a ensayar, tanto en la primera fase (modelación FEM) como en las pruebas de laboratorio. V. TEST DE ACEPTACIÓN DE BRR Se definió un Test de aceptación para FEM y para Laboratorio, que consiste básicamente en analizar los resultados obtenidos en términos de IL (Pérdida por Inserción), para cada configuración probada: con tubos anchos, cortos, borde absorbente, tubos rellenos, cubierta rígida, cubierta de malla plástica, etc. En esta etapa el equipo de investigación visitó las instalaciones de prueba en el Laboratorio de la Universidad Austral en Valdivia. Esta visita fue muy provechosa, ya que permitió analizar en situ los resultados obtenidos y observar las diversas configuraciones probadas en esta primera etapa. Los resultados de este análisis y resumen de la visita técnica se incluyen más adelante en el punto correspondiente a “Resultados”.

modificaba la instalación en el laboratorio y se realizaban los ensayos requeridos. XI. DISEÑO DE DETALLE DE BRR El diseño del BRR ha sufrido permanentes modificaciones hasta esta etapa, ya que las pruebas acústicas han determinado su forma y dimensiones. Luego de realizadas las pruebas con distintas geometrías (alto, largo, ancho) se ha definido una modularidad que cumple los objetivos de desarrollo del BRR. Así es como se incorpora durante el mes de febrero el apoyo del equipo de diseñadores Industriales, Taller Zero, los que aportan su experiencia en la construcción de objetos plásticos y la componente estética requerida para el desarrollo de un producto integral.

VI. DISEÑOS DE ALTERNATIVAS DE BRR Durante los siguientes meses y recopilando los resultados obtenidos a la fecha, se elaboran diversos modelos, los que además deben cumplir con los requisitos de materialidad, modularidad, y calidad que se han definido como meta objetiva. VII. VALIDACIÓN DE DISEÑOS DE BRR VÍA MODELACIÓN MATEMÁTICA. Este trabajo se desarrolló en 3 meses, de manera de determinar si existe una retroalimentación entre las pruebas efectuadas, ya que a medida que se van incorporando modificaciones se va creando un nuevo modelo de BRR, y éste debe ser modelado a través de FEMLab y SoundpLan antes de ingresar a la selección final. VIII. ETAPA 2: DISEÑO DE BRR En esta etapa se construyen los modelos a escala 1:5, para ser evaluados en el laboratorio. Originalmente esta actividad estaba programada para enero, pero se adelantaron las pruebas de algunos diseños y configuraciones preliminares, realizadas durante diciembre. IX. FABRICACIÓN DE BRR MAQUETAS 1:5 Se inició la construcción de estas maquetas. Algunas fueron construidas en Valdivia, y otras se armaron en Santiago, y el montaje final se realizó en Valdivia. Ya que la disponibilidad de proveedores y materia prima es mayor en la capital. X. TEST IN LAB DE BRR MAQUETAS 1:5 Muchas veces en forma paralela a la actividad de fabricación, se llevó a cabo el set de pruebas en laboratorio, el que permanentemente fue monitoreado por el Jefe de proyecto, y el Coordinador del Equipo acústico. Este Set-up de pruebas fue muy flexible, ya que a medida que surgían nuevas ideas, se

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XII. MATERIALIDAD DEL BRR Los requerimientos sobre la materialidad del Borde Reductor de Ruido fueron estudiados por el equipo químico de investigación. La recopilación Bibliográfica sobre la naturaleza de los polímeros y los tipos de plásticos existentes, se encuentran en los Anexos respectivos. Luego, en la selección de los materiales poliméricos adecuados para la fabricación del borde reductor de ruido se consideraron siguientes tópicos:  Condiciones ambientales:  Transporte, instalación y montaje  Diseño y construccion en serie XIII. TEST ON SITE

XIV. CONCLUSIONES FINALES DEL PROYECTO El Proyecto “Desarrollo de dispositivo de control de ruido tipo cumbrera acústica en base a polímeros”, se inició el día 9 de noviembre de 2005, y concluyó el día 2 de Marzo de 2007. Durante los 16 meses de duración se trabajó en forma sistemática, conformando un equipo de trabajo diverso, que sufrió cambios en el trayecto, pero que ayudó a llevar a buen término el desarrollo del proyecto de investigación. Finalmente, podemos decir que se dio cumplimiento a cada uno de los objetivos técnicos propuestos inicialmente cuando se formuló el proyecto, estos son: • Construir un BRR capaz de aumentar en al menos 3 dB la atenuación de las barreras acústicas existentes. • Permitir aumentar en al menos 10 años la vida útil de barreras acústicas ya instaladas. • Disminuir en al menos un 50% el costo final de los BBR (cumbreras) con respecto a las que son comercializadas en Europa a partir de la utilización de materiales poliméricos de costo inferior al del aluminio utilizado en Europa. • Desarrollar una familia de BRR, de tipo modular que pueda utilizar en forma combinada los diversos principios de control de ruido, para adaptarse y modificarse según la fuente de ruido a controlar resultados o soluciones específicas que se espera lograr con la ejecución del proyecto de innovación tecnológica. Por lo tanto, es un logro para nuestra empresa presentar los resultados acústicos alcanzados, que son muy superiores a los planteados originalmente, ya que en la altura óptima alcanzada, 3 metros, el Borde Reductor de Ruido BRR logra aumentar la altura acústica de una barrera entre 5,4 dB y 13,9 dB. Considerando solo éstos resultados, se puede proyectar un aumento de la vida útil de una barrera ya instalada en más de 10 años, con el consiguiente beneficio económico que esto implica. Por otra parte, desarrollar un producto acústico modular, liviano, de excelente presentación, en base a polímeros, inexistente en el mercado mundial, con un rendimiento acústico eficaz, es un éxito alcanzado.

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También es importante destacar que la tecnología utilizada en esta investigación está al nivel de las investigaciones desarrolladas en Europa y Asia, ya que pudimos compartir experiencias con diversos profesionales que realizan una labor similar, en otros ámbitos. La asistencia de dos profesionales de nuestro equipo de investigación, Víctor Romeo y Mariette Almarza, a la Misión Tecnológica financiada también por INNOVA CHILE de CORFO tuvo un impacto determinante en el curso que siguió la investigación durante la segunda mitad del periodo de desarrollo. Finalmente, podemos concluir que un nuevo producto, el BRR, fruto de la innovación de mentes chilenas, podrá seguir su curso, hasta alcanzar el estatus de “producto comercial y exportable” que deseamos darle.

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XV. DISEÑOS DE BRR®

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Atenuación de vibración de un sistema de un grado de libertad con amortiguadores de partículas de elastómero a

M.A., Bustamantea

Escuela de Ingeniería Mecánica, Universidad católica de Valparaíso, Valparaíso, Chile, marcelo.bustamante@pucv.cl

Abstract— Los amortiguadores de partículas consisten simplemente de un material granular dentro de un recipiente. Cuando son conectados rígidamente a una estructura adicionan amortiguamiento producto de fricción y choques inelásticos entre sus partículas y las paredes del recipiente. Presentan un comportamiento altamente no lineal fuertemente dependiente de la amplitud y de la frecuencia. En este estudio fue medida la movilidad e impedancia puntual en función de la frecuencia y aceleración de un sistema formado por una viga cantiléver con un amortiguador de partículas fijado en su extremo libre. Fueron usadas partículas de elastómero debido a que su interacción es silenciosa. Los resultados muestran que el amortiguador de partículas de elastómero (EPD) presenta su primera resonancia en 65 Hz. Así, este dispositivo puede también ser usado como un neutralizador dinámico. En consecuencia, fue estudiado un sistema viga-EPD no sintonizado y luego otro sintonizado. En el primer caso, se obtiene un alto grado de amortiguamiento debido al estado de fluidización de las partículas, tal como descrito en la literatura, cuando el EPD es sometido a una aceleración vertical cerca de 1 g y frecuencias bajo 50 Hz. En el segundo caso, las curvas de movilidad presentan dos pequeños peaks propios de sistemas de dos grados de libertad, con alto amortiguamiento. Keywords: amortiguador de partículas amortiguamiento; neutralizador dinámico; vibraciones.

de elastómero; atenuación de

I. INTRODUCCIÓN Las técnicas de control de ruido y vibraciones tradicionales usan frecuentemente materiales viscoelásticos para convertir energía de deformación en energía calórica a través de movimientos relativos internos entre sus moléculas. Sin embargo, la principal desventaja es que los procesos de amortiguamiento en polímeros son altamente sensibles a la temperatura [1]. Otro inconveniente es que la cantidad de amortiguamiento que producen estos materiales es fuertemente dependiente de la frecuencia y de la deformación. El uso de amortiguadores de partículas (PD) puede resultar una solución alternativa. Estos son básicamente un recipiente rígido que contiene un gran número de partículas elásticas o viscoelásticas (por ejemplo arena, esferas de acero, esferas de vidrio) como se muestra en la Figura 1. Una extensa cantidad de estudios han sido llevados a cabo sobre PD, principalmente con esferas de vidrio y metálicas, proporcionando modelos teóricos y resultados experimentales [2-8]. Los PD pueden ser adicionados a una estructura ya sea adhiriendo rígidamente el recipiente a una superficie exterior o rellenando con partículas espacios diseñados especialmente para este fin o espacios preexistentes dentro de la estructura.

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Fig.1: Diagrama esquemático de un amortiguador de partículas.

El principio de operación de los PD está basado sobre la disipación de energía a través de múltiples colisiones inelásticas y fricción entre las partículas y entre las partículas y las paredes del recipiente. El sistema resultante es altamente no lineal. Su capacidad de amortiguamiento es altamente dependiente sobre el nivel de aceleración experimentado por el recipiente. Existen un gran número de parámetros los cuales afectan el desempeño de un PD. Estos incluyen la medida, forma, número y densidad de las partículas, la medida y forma del recipiente, y las propiedades que afectan las interacciones partícula– partícula y partículas–paredes, tales como el coeficiente de fricción y de restitución [2]. Los PD muestran diferentes comportamientos dinámicos cuando el nivel de vibración cambia. Cuando las amplitudes de vibración son muy bajas, se dice que el sistema está en un estado condensado, donde las partículas están en contacto entre ellas moviéndose juntas. Cuando las amplitudes de vibración son altas, se dice que el sistema está en un estado de fluidización, donde las partículas se mueven individualmente como partículas de un fluido [9]. Durante la transición de estos dos regímenes, en algunas regiones las partículas están fluidizadas y en otros ellas aún permanecen condensadas. Otros autores [10] consideran también la presencia de un estado gaseoso de las partículas, cuando ellas adoptan un movimiento caótico no correlacionado. En este estudio fue medida la movilidad puntual en función de la frecuencia y de la aceleración de un sistema formado por una viga en cantiléver con un amortiguador de partículas de elastómero (EPD) fijado en su extremo libre. Fueron usadas partículas de elastómero debido a que la interacción entre ellas es silenciosa, lo cual es un aspecto importante en el control de ruido y vibraciones

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional El EPD analizado consistió de un recipiente cilíndrico de aluminio de 59 mm de diámetro y 45 mm de altura y de un material granular conformado por 40 gramos de partículas de elastómero en forma de prismas rectangulares con dimensiones irregulares entre 2,5 y 5 mm como mostrado en la Figura 2.

Fig. 2. Amortiguador EPD con 40 g de partículas de elastómero en forma de prismas irregulares.

II. ESTUDIO EXPERIMENTAL DE UN AMORTIGUADOR DE PARTÍCULAS DE ELASTÓMERO EN UN SISTEMA DE 1 GDL A. Sistema de Medición El sistema de medición usado se muestra en la Figura 3. Para montar un sistema de 1 grado de libertad (GDL) se usó una viga de Oberst en dirección horizontal. Sus dimensiones aparecen en la Figura 4. La viga fue empotrada en su extremo izquierdo a un bloque de acero. El EPD fue colocado en el extremo libre de la viga. Para excitar el sistema en este punto fue usado un excitador de vibraciones. Entre este y la viga fue insertado una cabeza de impedancia para medir la Función Respuesta en Frecuencia (FRF) puntual. Para movimientos del extremo libre de la viga relativamente pequeños el sistema puede considerarse como de 1 GDL con movimiento vertical. Un decrecimiento del largo de la viga produce un incremento de las frecuencias naturales de este sistema. El sistema fue excitado con una señal swept sine, entre 10 y 110 Hz, con varios niveles de potencia de entrada, de tal forma que el EPD experimentara niveles de aceleración desde -30 dB hasta 20 dB (1 g de referencia). Para cada uno de estos niveles de aceleración fue obtenida una curva FRF puntual del sistema.

B. EPD en un Sistema de 1 GDL no Sintonizados. Estado de Fluidización. Las curvas de la magnitud de la movilidad del EPD en un sistema de 1 GDL obtenidas para diferentes niveles de aceleración son mostradas en la Figura 5. El sistema resultante es altamente no lineal. La curva negra continua corresponde al sistema con el recipiente vacío y la discontinua al sistema con una masa rígida equivalente a la de las partículas. Cuando este se llena con las partículas, su frecuencia natural decae por la adición de masa. Cuando el nivel de excitación es bajo, las curvas presentan picos estrechos lo cual significa poco amortiguamiento. A medida que se aumenta el nivel de excitación, los picos son atenuados, las curvas más gruesas, y, por lo tanto, hay mayor amortiguamiento. Cuando la aceleración del recipiente sobrepasa el valor de 1 g, aceleración necesaria para vencer la gravedad, las partículas comienzan a levantarse y el sistema alcanza un estado de fluidización. En esta condición, las partículas adoptan un comportamiento de un fluido con movimientos aleatorios. El amortiguamiento en este punto es el máximo debido a fricción y a choques inelásticos entre las partículas. Incrementando aún más el nivel de aceleración, las partículas comienzan a saltar, lo cual hace disminuir la masa en contacto con el recipiente y, por lo tanto, la curva tiende a la correspondiente a la del recipiente vacío. Las irregularidades de las curvas son debidas a un mecanismo de adhesión y deslizamiento (stick-slip) de las partículas según explicado por Papalou & Masri [11].

Fig. 5. Magnitud de la movilidad del sistema viga–EPD en función de la aceleración y de la frecuencia.

Lo anterior ya ha sido mostrado y explicado en la literatura [12]. Sin embargo, en la Figura 5, se observa un cambio. La curva de movilidad puntual de un sistema de 1 GDL, sobre su frecuencia natural, tiende a una recta dada por 1/(jωM), siendo M la masa y ω la frecuencia angular del sistema. No obstante, las curvas de movilidad obtenidas con bajo nivel de aceleración para el sistema estudiado, presentan mínimos locales alrededor de 65 Hz. La correspondiente curva de magnitud de la impedancia, mostrada en la Figura 6, muestra aún más claramente está situación.

Fig. 3. Sistema de medición de curvas FRF del EPD.

Fig. 4 Dimensiones de la viga de Oberst usada para montar un sistema de 1 GDL.

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material granular deja de estar en un estado condensado por lo que no se producen ondas estacionarias. Las curvas se presentan similares a las obtenidas en el estado de fluidización de las partículas observadas en el sistema no sintonizado. 4. Región que tiende a la curva del sistema sin partículas. Cuando la aceleración experimentada por el EPD es mayor de 1 g, las curvas tienden a aquella del sistema sin partículas, como también visto en el caso no sintonizado.

Fig. 6. Magnitud de la impedancia del sistema viga–EPD en función de la aceleración y de la frecuencia

De lo anterior, surge la hipótesis de cuando el material granular es excitado con amplitudes de vibración suficientemente bajas, este permanece en un estado condensado no habiendo movimientos relativos entre las partículas y, por lo tanto, debería poseer características similares a un estado sólido. Esto significa que deberían existir ondas estacionarias debidas a la propagación de ondas en el medio granular finito. El comportamiento dinámico del EPD en cada una de estas resonancias puede ser modelada como sistemas de 1 GDL unidos en paralelo. C. EPD en un Sistema de 1 GDL Sintonizados. Producto de lo expuesto en la sección anterior, fue asumido que el EPD posee una resonancia cerca de 65 Hz cuando es sometido a una aceleración de -30 dB. Pensando en usar el EPD como un neutralizador dinámico, fue estudiada la respuesta del sistema sintonizado, esto es, la frecuencia natural de la viga coincide con la del EPD. Para esto fue cambiada la viga por una de 111 mm de largo. La Figura 7a) muestra las curvas de la magnitud de la movilidad del sistema viga – EPD sintonizado en función del nivel de aceleración y en función de la frecuencia. La curva negra discontinua corresponde al sistema sin partículas. La frecuencia natural en este caso fue de 97 Hz. La curva negra continua corresponde al sistema sin partículas con una masa equivalente adherida rígidamente. La frecuencia natural en este caso fue igual a 65 Hz, sintonizada con la del EPD. Las curvas de color corresponden al sistema viga–EPD sintonizados. La Figura 7b) muestra las mismas curvas de la Figura 7a) pero en un gráfico 3D usando interpolación. Pueden ser observadas claramente cuatro regiones. 1. Región influenciada por el EPD con dos picos. Para los niveles más bajos de aceleración, las curvas presentan dos picos de resonancias. Estos picos decrecen cuando se aumenta la amplitud de excitación. Esto puede ser explicado porque el contacto entre las partículas comienza a ser cada vez más débil, y, por lo tanto, el módulo de elasticidad, la velocidad de propagación y la frecuencia de la onda estacionaria disminuyen también. 2. Región de anti-pico. Sobre la frecuencia de estos dos picos, para los niveles más bajos de aceleración, aparece una región anti-pico con una atenuación cercana a 30 dB en relación al valor peak del sistema con masa equivalente. Esto significa que la adición de las partículas consigue prácticamente la eliminación del pico inicial, actuando como un neutralizador dinámico. 3. Región de fluidización de las partículas. Cuando la aceleración experimentada por el EPD se aproxima a 1 g, el

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Fig. 7. a) Magnitud de la movilidad del sistema viga–EPD en función de la aceleración y de la frecuencia. b) Las mismas curvas de 7a en un gráfico 3D.

III. CONCLUSIONES Fue realizado un estudio experimental de un EPD en un sistema de 1 GDL. Fue comprobado que estos poseen un comportamiento altamente no lineal y presentan un estado de fluidización tal como descrito en la literatura. Además, fue encontrado que cuando el material granular es excitado con amplitudes de vibración suficientemente bajas se producen en él ondas estacionarias. Dentro del rango de frecuencias de análisis fue encontrada una frecuencia natural en 65 Hz para -30 dB de aceleración del recipiente. Fue comprobado que al unir el EPD sintonizado a la viga en Cantiléver, este funciona como un neutralizador dinámico no lineal provocando un anti-pico de 30 dB en la frecuencia natural de 65 Hz. Esto significa que la energía vibratoria de una estructura puede ser llevada a las partículas de EPD convenientemente sintonizados. De esta manera, los EPD pueden resultar una eficiente alternativa a los métodos tradicionales de control de ruido y vibraciones uniendo su condición de amortiguador y de neutralizador dinámico. Suponiendo además que el material granular de un EPD posee un gran número (en teoría infinitos) modos de vibración con sus correspondientes frecuencias naturales, el EPD puede actuar como como un conjunto de sistemas masa resortes

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional unidos en paralelo. Sin embargo, es necesario investigar con mayor profundidad la naturaleza física de la propagación de ondas en material granular para obtener modelos de su comportamiento dinámico. Esto es aún un área abierta de investigación. REFERENCIAS [1] R. E. Wetton, “Design and measurement of polymeric materials for vibration absorption and control”, Appl. Acoust., 11(2), 77-97, (1978). [2] W. Liu, G. R. Tomlinson and J. A. Rongong, “The dynamic characterization of disk geometry particle dampers”, J. Sound Vibr., 280, 849-861, (2005). [3] A. Papalou and S. F. Masri, “Response of Impact Dampers with Granular Materials Under Random Excitation”, Earthq. Eng. Struct. Dyn., 25, 253-267, (1996). [4] M. Y. Yang, “Development of master design curves for particle impact dampers”, Ph.D. thesis, Department of Mechanical and Nuclear Engineering, Pennsylvania, USA, (2003). [5] R. D. Friend and V. K. Kinra, “Particle Impact Damping”, J. Sound Vibr., 233(1), 93-118, (2000). [6] Z. Lu, S. F. Masri and X. Lu, “Parametric studies of the performance of particle dampers under harmonic excitation”, Struct. Control Heal. Monit., 18:79-98, (2009). [7] B. Darabi and J. A. Rongong, “Polymeric particle dampers under steady-state vertical vibrations”, J. Sound Vibr., 331, 3304-3316, (2012). [8] M. Sánchez, G. Rosenthal and L. A. Pugnaloni, “Universal response of optimal granular damping devices”, J. Sound Vib., 331:4389–4394. (2012). [9] Jacques Duran, Sand, Powders, and Grains. An Introduction to the Physics of Granular Materials, Springer-Verlag, New York, (2000). [10] C. Salueña, T. Pöschel, and S. E. Esipov, “Dissipative properties of vibrated granular materials”, Phys. Rev. E., 59(4), 4422–4425, (1999). [11] A. Papalou and S. F. Masri, “An Experimental Investigation of Particle Dampers Under Harmonic Excitation”, J. Vib. Control, 4(4), 361–379, (1998). [12] M. Bustamante, Samir N.Y. Gerges, and E. Vergara, “High Damping Characteristics of an Elastomer Particle Damper”, IJAV, 21(1), 112-121, (2016).

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DSP E INGENIERÍA EN AUDIO

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Sobre una mirada acĂşstica de la convoluciĂłn basada en la respuesta impulso de una sala A. Astudillo1, I. GonzĂĄlez1, T. Pereira1, F. Orellana1, L. Alvarado1, R. Briones2, F. Figueroa1, J. L. Barros1 & V. Poblete1 1

Instituto de AcĂşstica, Universidad Austral de Chile, 5111187, Valdivia, Chile. vpoblete@uach.cl DirecciĂłn de TecnologĂas de InformaciĂłn, Universidad Austral de Chile, Casilla 567, Valdivia, Chile

Abstractâ&#x20AC;&#x201D; En este trabajo se asume que el uso de recursos audiovisuales no ha sido explotado suficientemente en la formaciĂłn de ingenieros civiles acĂşsticos y que, en particular, la producciĂłn de videos tutoriales cortos que sirvan de apoyo para el aprendizaje de los estudiantes en el curso de Procesamiento Digital de SeĂąales, puede llegar a ser de utilidad e interĂŠs, tambiĂŠn para profesores de distintas especialidades que deseen incorporar tales estrategias en su propia docencia. Se asume, ademĂĄs, que los jĂłvenes perciben el saber en matemĂĄtica, ĂĄlgebra y programaciĂłn computacional de manera muy distante con sus propios intereses en el dominio de la acĂşstica, casi no interactuantes, e incluso sin interĂŠs, debido a la poca aplicabilidad y asociaciĂłn que aparentan tener los contenidos que aprenden. Basados en estos supuestos, este trabajo aborda el problema, incorporando parte de los conocimientos de procesamiento digital de seĂąales, en un contexto real en el cual puedan superar ese distanciamiento con sus intereses y mejorar la calidad de lo aprendido. La utilizaciĂłn de instrumentos y equipos de mediciones acĂşsticas en una etapa temprana de su carrera, puede tambiĂŠn potenciar sus talentos y habilidades. En este trabajo se propone que los estudiantes mejoren la calidad de su aprendizaje en la unidad especĂfica de SeĂąales y Sistemas Lineales e Invariantes en el Tiempo, en particular sobre el concepto de Suma de ConvoluciĂłn en un contexto de aplicaciĂłn real de la acĂşstica y que dicha suma la vinculen con matemĂĄtica, ĂĄlgebra y programaciĂłn computacional, todos conocimientos que ya han aprendido en cursos anteriores en su carrera. Keywordsâ&#x20AC;&#x201D; Procesamiento digital de seĂąales; Suma de convoluciĂłn; Respuesta impulso; Videos tutoriales.

I. Â EL PROBLEMA Y SU JUSTIFICACIĂ&#x201C;N La Suma de ConvoluciĂłn o simplemente ConvoluciĂłn, es un concepto fundamental en un curso de procesamiento digital de seĂąales (PDS). Aunque en sĂ mismo el mĂŠtodo es importante, el acercamiento al cĂĄlculo analĂtico y la programaciĂłn de la convoluciĂłn puede llegar a ser complejo y confuso para un estudiante. Basados en aplicaciones acĂşsticas reales, de importancia en la actividad profesional, una posible estrategia educativa que intenta abordar esta dificultad, consiste en apoyar las habilidades existentes en un estudiante, con su propia motivaciĂłn en el campo de la acĂşstica, con recursos audiovisuales y con manejo temprano de instrumentos de mediciones. Esta estrategia, unida en sincronĂa con las clases de conceptos, pueden resultar en una mejor calidad de lo que aprende acerca de la convoluciĂłn.

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II. Â NOTACIĂ&#x201C;N Y DEFINICIĂ&#x201C;N DEL PROBLEMA Conceptualmente, para una fuente de sonido y un micrĂłfono de grabaciĂłn, una sala o recinto acĂşstico cerrado actĂşa como un sistema lineal e invariante en el tiempo (sistema LTI) de una entrada y una salida. Una seĂąal de audio grabada por un micrĂłfono dentro de la sala, representada por đ?&#x2018;Śđ?&#x2018;Ś[đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;], es la seĂąal đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ[đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;] emitida por la fuente de sonido, convolucionada con la correspondiente respuesta impulso h[đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;] de la sala, la que consiste del sonido directo, mĂĄs mĂşltiples reflexiones. Entonces, basados en Oppenhein & Schafer [1], la convoluciĂłn se puede modelar como:

!!"[$] = '[$] â&#x2C6;&#x2014; â&#x201E;&#x17D;[$] =

* +,-*

'[.]â&#x201E;&#x17D;[$-.]

(1)

Las respuestas impulsos se usan ampliamente para caracterizar las condiciones acĂşsticas de salas, tales como en la derivaciĂłn del tiempo de reverberaciĂłn, quizĂĄs el indicador acĂşstico mĂĄs reconocido para describir la acĂşstica de una sala. Por definiciĂłn el tiempo de reverberaciĂłn es el tiempo requerido para que la energĂa del sonido decaiga 60 dB luego que la fuente de sonido se ha interrumpido [2]. Por esta razĂłn, para el desarrollo de este trabajo fue necesario obtener las respuestas impulsos de salas con variados tiempos de reverberaciĂłn y asĂ poder calcular la convoluciĂłn. Se seleccionaron distintas clases de recintos en funciĂłn del tiempo de reverberaciĂłn: 1) CĂĄmara reverberante y cĂĄmara anecoica del Instituto de AcĂşstica de la Universidad Austral de Chile (UACh); 2) Catedral de Valdivia; 3) Aula Magna de la UACh y 4) Sala de clases 9202 del Edificio 9000 en el campus Miraflores UACh. Para el cĂĄlculo de la convoluciĂłn, los estudiantes usarĂĄn las respuestas impulsos obtenidas en estas salas y junto con una seĂąal de audio que ellos mismos seleccionarĂĄn y que grabarĂĄn en condiciones de cĂĄmara anecoica, podrĂĄn diferenciar auditivamente por su propia percepciĂłn cuĂĄl es el efecto acĂşstico sobre la seĂąal de la suma de convoluciĂłn. Paralelamente, durante las clases de teorĂa, los estudiantes programarĂĄn la convoluciĂłn con datos numĂŠricos usando los lenguajes Matlab y Python. En las siguientes secciones se dan a conocer los avances de este proyecto en innovaciĂłn docente, el cual todavĂa no estĂĄ terminado, sino que se encuentra en su segunda fase de desarrollo. La primera fase, correspondiĂł al primer semestre

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional de 2017 y fue llevada a cabo por el equipo de investigadores conformado por estudiantes de Ingeniería Civil Acústica y del Magíster en Acústica y Vibraciones, una integrante de la Dirección de Tecnologías de Información de la UACh, y dos profesores del Instituto de Acústica. Durante esta primera fase, además, de las mediciones acústicas de las respuestas impulsos en cámara reverberante del Instituto de Acústica, en el Aula Magna UACh, y en la Catedral de Valdivia, se realizaron también grabaciones de video, animaciones y etapas de edición, por ejemplo, cortar, pegar, alinear audios, para producir tres videos tutoriales. Estos videos fueron creados con el objetivo de ser usados por los estudiantes que tomen el curso de PDS durante el semestre de primavera 2017. Los videos sirven como material de apoyo para que los estudiantes se preparen y recuerden los distintos pasos que deberán seguir cuando realicen las mediciones y obtengan las respuestas impulsos en cada una de las salas. Actualmente, en este semestre primavera 2017, el curso de PDS está en desarrollo y aún no se ha llegado a las actividades de medición. III. ANTECEDENTES PREVIOS A través del Proyecto de Innovación en Docencia Universitaria adjudicado para los años 2016-2017 [3], fondo concursable de la Dirección de Estudios de Pregrado de la UACh, se dio origen a esta estrategia educativa para dar una mirada acústica a la convolución. Este trabajo explora la efectividad de un aprender que esté alineado o en sincronía con un contexto real [4]. Adicionalmente, el uso de videos, animaciones y simulaciones, que acercan a esos contextos pueden proporcionar una efectiva manera de integrar los conocimientos, intereses y aplicaciones durante el proceso de docencia en un curso. Los videos tutoriales sobre conceptos matemáticos ofrecen una oportunidad para que los estudiantes no sólo revivan ellos mismos una experiencia en sí, sino que también aprendan indirectamente a partir de las experiencias de otros [5]. Además, al observar un video producido y realizado por sus propios compañeros, como en el presente trabajo, el modo de aprender también puede mejorar, ya que reciben retroalimentación positiva sobre aspectos del desempeño esperado, a partir de los demás y lo vinculan al desempeño propio, facilitando la reflexión de su aprendizaje [6]. Existe evidencia científica, que respalda que un video es mucho más atractivo que un texto, para una persona con problemas de lectura (por ejemplo, [7]). Algunas ventajas de los videos tutoriales son la optimización del tiempo y el desarrollo de la memoria a corto plazo, y existe una gran cantidad de ellos disponibles en la red. Son elaborados por profesionales o aficionados y están almacenados en YouTube u otras plataformas. También, hay una gran variedad de cursos online, algunos desarrollados por Universidades y están disponibles en variadas plataformas, como, por ejemplo, Coursera, en donde se puede tomar el curso gratuito sin certificación o pagar por ésta al aprobar todos los módulos. Incluso, diversos institutos educacionales han comenzado a impartir carreras técnicas y profesionales en modalidad cien por ciento online. Muchas personas se inscriben en estas

carreras ya que son más económicas y no necesita mayor infraestructura. Para generar material audiovisual se requiere de hardware, ya sea micrófonos, interfaz de sonido, cámaras y computadores que son cada vez más accesibles a todas las personas [8]. En cuanto a softwares, existen alternativas gratuitas y pagadas. Para una revisión más amplia de videos tutoriales en educación superior, se pueden mencionar [9,10]. IV. HIPÓTESIS DEL TRABAJO Una de las hipótesis de este trabajo es que los recursos audiovisuales no han sido suficientemente explotados en ingeniería y que producir videos tutoriales para un curso de PDS, alentará a profesores de otras asignaturas a incorporar estas estrategias en su docencia. Además, si bien los jóvenes perciben la matemática y la programación computacional de manera muy alejada de ellos y a veces casi sin interés, debido a la poca aplicabilidad y asociación que aparentan tener los distintos contenidos que se les presentan, el hecho de incorporar en el aprendizaje de los estudiantes de PDS, el uso de videos tutoriales como apoyo en docencia, dentro de un contexto real, puede ayudar a mejorar su desempeño y la calidad de lo que aprenden, factores determinantes en su formación académica y también profesional. A su vez, la utilización de equipos de medición en etapa temprana de su plan de estudios potencia el talento de los estudiantes. V. OBJETIVOS Este trabajo presenta los resultados de una estrategia novedosa de aprendizaje sobre la suma de convolución, basada en la respuesta impulso de una sala. La estrategia plantea que los estudiantes pueden mejorar su aprendizaje en la unidad de Señales, Sistemas LTI y Convolución, y asociar efectivamente la matemática y la programación computacional que han aprendido, a un contexto real en el área de la acústica profesional. A. Videos El equipo de investigación realizó durante el primer semestre de 2017, la producción de tres videos tutoriales, los que fueron incorporados como material educativo audiovisual de apoyo y/o guía para los estudiantes del curso de PDS durante el semestre de primavera actual. B. Actividad práctica Estos videos tutoriales describen la metodología a seguir para realizar laboratorios prácticos de mediciones acústicas y grabaciones de respuestas impulsos en distintas salas reales en la ciudad de Valdivia. Estas son: a) Cámara reverberante y cámara anecoica del Instituto de Acústica de la UACh; b) Aula Magna de la UACh; c) Catedral de Valdivia; y d) Sala de clases del Pabellón Docente Edificio 9000 de la UACh. En una segunda actividad práctica, los estudiantes deben seleccionar una señal musical o de audio, de no más de 10 segundos y re-grabarla en un ambiente acústico anecoico (libre de las reflexiones del sonido). C. Programación Durante las actividades teóricas del curso de PDS los estudiantes programan en Matlab y en Python, una función

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que realiza la suma de convoluciĂłn. Para validar su funciĂłn, los estudiantes comparan sus cĂłdigos con la funciĂłn â&#x20AC;&#x153;Convâ&#x20AC;? de Matlab y calculan el error cuadrĂĄtico medio entre el resultado obtenido con su propio cĂłdigo y aquĂŠl que dispone Matlab. Esta funciĂłn la usan para convolucionar la seĂąal seleccionada, con cada una de las respuestas impulsos obtenidas en las distintas salas medidas y puedan detectar auditivamente cuĂĄles son las diferencias entre las convoluciones y comprender el efecto de la sala sobre la seĂąal limpia o seĂąal sin distorsiĂłn por la reverberaciĂłn de la sala.

manera, los estudiantes disponen de un conjunto de seĂąales capturadas por ellos mismos durante las actividades prĂĄcticas. Los tiempos de decaimiento de la energĂa del sonido, en bandas de frecuencia, en el interior de una sala se derivan a partir de la mediciĂłn de la respuesta impulso. La Fig. 4. muestra el decaimiento del nivel de presiĂłn sonora, Lp, en dB, (ref. 2 â&#x2039;&#x2026; 10%& '/)* ) obtenido usando excitaciĂłn con mĂŠtodo impulsivo, en dos tipos de salas: anecoica y reverberante, para tres frecuencias de interĂŠs: 500 Hz, 1000 Hz y 2000 Hz.

VI. Â METODOLOGĂ?A A. Â Videos Como se ilustra en la Fig. 1., se planifica y distribuye entre el equipo de trabajo, las tareas relativas a la producciĂłn de los videos tutoriales, tales como: gestionar locaciones y equipamiento, escritura de guiĂłn y libreto, grabaciĂłn de elocuciones, videos y animaciones, elecciĂłn de mĂşsica y ediciĂłn del material audiovisual.

Fig.2: ExcitaciĂłn con mĂŠtodo barrido sinusoidal en Aula Magna UACh (izquierda); excitaciĂłn con mĂŠtodo impulsivo en Catedral de Valdivia (derecha).

Fig.3: Respuestas impulsos h[đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;] obtenidas con mĂŠtodo impulsivo usando pistola a fogueo. Fig.1: IlustraciĂłn de las distintas etapas seguidas durante el proceso de producciĂłn de los videos.

B. Â Toma de datos En las salas seleccionadas se usaron tres procedimientos de excitaciĂłn acĂşstica: 1) Ruido interrumpido; 2) Barrido sinusoidal, y 3) Impulsivo. Tales mĂŠtodos o procedimientos se describen en detalle en cada uno en los vĂdeos tutoriales. Particularmente, la Fig. 2 ilustra dos casos de excitaciĂłn: Aula Magna de la UACh con fuente interrumpida y Catedral de Valdivia con excitaciĂłn impulsiva usando un disparo a fogueo. Para cada sala se obtienen 12 respuestas impulsos distintas modificando las posiciones de fuente y micrĂłfono. En la Fig. 3, se describen dos respuestas impulso h[đ?&#x2018;&#x203A;đ?&#x2018;&#x203A;] obtenidas en una sala anecoica y en una sala reverberante, respectivamente. Los procedimientos descritos en los videos deberĂĄn repetir los estudiantes una vez que desarrollen las actividades en cada una de las salas seleccionadas. De esta

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Fig.4: ComparaciĂłn del decaimiento sonoro en salas con distintas caracterĂsticas de reverberaciĂłn.

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional C. Programación

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En clases prácticas del curso de PDS, se ofrece al estudiante una introducción a lenguaje Python en donde se espera desarrollar un script sencillo para manipular señales de audio y desarrollar una función que calcule la suma de convolución, de la misma forma que lo hace Matlab con su función Conv. A su vez, con el enfoque de puesto en promover el uso de software libre, se propone al estudiante la instalación de Python en sistema operativo Ubuntu (ver https://youtu.be/9Fp8eCnmK6c), mediante máquina virtual VirtualBox (ver https://youtu.be/MOs3TZAqzCM) [8]. De este modo, los estudiantes pueden utilizar Ubuntu y las librerías necesarias de Python sin modificar o dañar los elementos de sus computadores personales. Durante el transcurso del semestre, se espera que los estudiantes sean capaces de leer una señal de audio en Python, realizar la suma de convolución con una respuesta impulso y obtener, además, un espectrograma de la señal. VII. RESULTADOS Ante la incorporación de videos tutoriales en el curso de PDS, se consigue agilizar los tiempos de clases, se requiere aproximadamente de un 75% menos para que los estudiantes comiencen a trabajar efectivamente en programación. El laboratorio práctico de medición explicado en los tres nuevos videos tutoriales, logra motivar a los estudiantes a comprender en profundidad los contenidos teóricos de la convolución. Se valora la intención de acercarlos de forma temprana a experiencias de medición en aplicaciones reales, ligadas al uso de equipamiento profesional, procedimientos normados y capacidad de análisis cuantitativo de datos y de programación. VIII. ANÁLISIS Y CONCLUSIONES Si bien este trabajo está aún en desarrollo, se espera que el aprendizaje de los estudiantes mejore en cuanto a los conceptos teóricos, y que se reduzcan tiempos destinados a explicar procedimientos técnicos, para las actividades prácticas propuestas en los nuevos videos. Estas prácticas tempranas favorecerán también a los estudiantes para enfrentar de mejor manera los futuros cursos de su plan de estudios. Los tres nuevos videos tutoriales, ya se están siendo utilizandos en el curso de PDS, y se encuentran disponibles para su visualización en nuestro canal de YouTube, a través de los siguientes enlaces:

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Video 1: https://youtu.be/6Oup-3vw5b0

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Video 2: https://youtu.be/0gHIUP_qHRo

Video 3: https://youtu.be/sHhxbXmOgTI

Por otra parte, de este trabajo se desprenden dos líneas de investigación futuras. Las señales obtenidas gracias al trabajo expuesto, permiten comparar y/o analizar los métodos de medición de respuesta impulso de salas utilizadas, relacionarlos con parámetros arquitectónicos y psicoacústicos. Mientras que, con los videos tutoriales y la experiencia práctica, se puede valorar el impacto educativo y motivacional que genera la innovación docente ligado al uso de recursos audiovisuales en la formación de ingenieros. AGRADECIMIENTOS El trabajo de investigación presentado aquí, fue financiado por el proyecto DACIC 2017 Universidad Austral de Chile. REFERENCIAS [1] Oppenheim, A., Schafer, R., 1989. Discrete-Time Signal Processing. Prentice-Hall, Englewood Cliffs, New Jersey. [2] Falk, T. H., Chan W. Y., 2010. Modulation spectral features for robust far-field speaker identification. IEEE Transactions on Audio, Speech, and Language Processing. Vol. 18(1), pp. 90-100. [3] Poblete, V., Barros J.L., 2016. Una interpretación acústica de la suma de convolución basada en la respuesta impulso de una sala. Proyecto DACIC 2017, de Innovación en Docencia Universitaria para el curso de Procesamiento Digital de Señales, Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile. [4] Randy L. B., Jennifer L. M., Ian C. B., 2013. Learning in context: Technology integration in a teacher preparation program informed by situated learning theory. Journal of Research in Science Teaching. Vol. 50(3), pp. 348-379. [5] Paiva, R.C., Ferreira, M.S., Frade, M. M., 2017. Intelligent tutorial system based on personalized system of instruction to teach or remind mathematical concepts. Journal of Computer Assited Learning, Vol. 33(4), pp. 370-381. [6] Winch, J.K., Cahn, E.S., 2015. Improving student performance in a management science course with supplemental tutorial videos. Journal of Education for Business. Vol. 90,(7), pp. 402-409. [7] Toetenel, L., Rienties, B., 2016. Learning Design – creative design to visualise learning activities. Open Learning: The Journal of Open, Distance and e-Learning. Vol. 31,(3), pp. 233-244. [8] Poblete, V., González, D.I., Escudero, J.P., Alvarado, L., Briones, R., Astudillo, A., 2016. Producción de dos videos tutoriales educacionales para un curso de procesamiento digital de señales. En resúmenes del XXIX Congreso de Educación en Ingeniería. 5-7 Octubre 2016, Pucón, Chile. [9] Huang, Y. H., Chuang, T. Y., 2016. Technology-assisted sheltered instruction: Instructional streaming video in an EFL multipurpose computer course. Computer Assisted Language Learning. Vol. 29(3), pp. 618-637. [10] Wells, J., Barry, R., Spence, A., 2012. Using video tutorials as a carrotand-stick approach to learning. IEEE Transactions on Education, Vol. 55, pp. 453-458.

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PSICOACÚSTICA Y ACÚSTICA BIOMÉDICA

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Evaluación Clínica de la Voz por medio de Mediciones Aerodinámicas y Acústicas a

V. M., Espinozaa,b & M., Zañartua Departamento de Electrónica, Universidad Técnica Federico Santa María, Valparaíso, Chile, matias.zanartu@usm.cl. b Departamento de Sonido, Facultad de Artes, Universidad de Chile, Santiago, Chile, vespinoza@uchile.cl

Abstract— En este trabajo se presenta un método de evaluación clínica de la voz por medio de mediciones aerodinámicas y acústicas. El foco está en la estimación de parámetros derivados del flujo aéreo glotal los cuales han demostrado potencial diferenciador de patologías vocales. Medidas aerodinámicas (estimaciones de la presión de aire subglotal, flujo de aire peak-to-peak, tasa de declinación máxima de flujo y cuociente de apertura), fueron obtenidas mediante la máscara de Rothenberg en 16 mujeres con lesiones en las cuerdas vocales (nódulos) y 16 mujeres con disfonía músculo-tensional, las cuales fueron contrastadas con grupos de control pareado y un grupo normativo de voces sanas. Cada participante ejecutó una serie de gestos vocales de la sílaba /pae/, donde se extraen las medidas aerodinámicas de interés a través de un proceso de filtrado inverso. Todas las medidas fueron compensadas con su correspondiente nivel de presión sonora frecuencia fundamental y estadísticamente testeadas (z-score y test de hipótesis) entre voces patológicas y normales, como un análisis adicional al recientemente publicado en [13]. Los resultados muestran que las medidas compensadas del grupo de pacientes con lesiones mostraron diferencias significativas respecto a su grupo de control. Sin embargo, para el grupo de pacientes con disfonía músculo-tensional, las diferencias fueron menores. Estos resultados confirman la evidencia preliminar, indicando que las medidas aerodinámicas, en conjunto con medidas acústicas, pueden diferenciar claramente los comportamientos patológicos respecto a voces normales. Keywords— evaluación vocal; filtrado inverso; medidas aerodinámicas; voz hiperfuncional.

I. INTRODUCCIÓN Las enfermedades a la voz son uno de los problemas de salud ocupacional más comunes en nuestra sociedad. En EE.UU. afectan a cerca de un 30% de la población adulta [1] y en Chile se ha reportado hasta un 50% de prevalencia sobre grupos específicos (profesores) [2]. Una de las razones que provocan patologías vocales resultan del uso incorrecto o excesivo de la voz, producto de una condición conocida como hiperfunción vocal [3]. Dos categorías se han propuesto para este comportamiento 1) hiperfuncionalidad vocal fonotraumática (HVF), relacionada por lesiones visibles en las cuerdas vocales producto de la colisión entre ellas y 2) hiperfuncionalidad vocal no-fonotraumatica (HVNF), relacionada una excesiva tensión muscular que impide el cierre adecuado de la glotis [4]. El estudio físico-acústico de la voz, por medio de modelos matemáticos y biosensores, ha permitido abordar esta problemática a través de métodos inversos que permiten estimar el flujo glotal. En este marco de

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referencia, se pueden determinar medidas aerodinámicas y vibro-acústicas objetivas de la función vocal en el contexto de la evaluación clínica de la voz. En la figura 1, se ilustra la configuración de (A) sensores y (B) señales usadas para obtener información biométrica de la función vocal. Señales extraídas de un micrófono (MIC), un sensor de flujo oral (FLO), un sensor de presión intraoral (PRE), un sensor de electroglotografía (EGG), y un acelerómetro (ACC), son digitalizadas, registradas simultáneamente, sincronizadas (debido a diferencias espacio-temporales) y calibradas en sus correspondientes unidades físicas. A partir de las señales de MIC, PRE y FLO son derivadas las medidas aerodinámicas de relevancia clínica. EGG y ACC son usadas como señales auxiliares para el proceso de filtrado inverso, y como sensor alternativo al flujo oral [4], respectivamente. Un procedimiento clave para determinar los parámetros aerodinámicos es el denominado filtrado inverso, el cual cancela las resonancias del tracto vocal para así obtener una estimación del pulso glotal. La mayoría de los métodos de filtrado inverso están basados en alguna forma de predicción lineal (Linear Prediction) [5] o en modelos físico-acústicos de la voz [6]. El resultado de este filtrado se ilustra en la figura 2 con su correspondiente descripción relativa a las medidas aerodinámicas (ver detalles en sección Métodos). Estas medidas han mostrado tener poder discriminatorio en una serie de experimentos de estudios pasados con un alto grado de correlación con el nivel de presión sonora (NPS) y la frecuencia fundamental de la voz (f0). En este trabajo se desarrolla una visión general de los métodos actuales y se proponen mejoras para la discriminación estadística robusta de hiperfunción vocal frente a voces normales, basados en la compensación con SPL y f0 de las medidas aerodinámicas.

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Fig. 1: (A) ConfiguraciĂłn y posiciĂłn de los diferentes sensores usados: micrĂłfono (MIC), sensor de flujo oral (FLO), sensor de presiĂłn intraoral (PRE), sensor de electroglotografĂa (EGG), y acelerĂłmetro (ACC). (B) Las respectivas seĂąales, sincronizadas y calibradas en sus correspondientes unidades fĂsicas: micrĂłfono en Pascales, flujo oral en mililitros por segundo, presiĂłn intraoral en centĂmetros de agua, electroglotografĂa (EGG) en volts, y acelerĂłmetro en centĂmetros por segundo al cuadrado. Figura extraĂda de [4] con permiso de los autores.

MĂ&#x2030;TODOS

Mediciones indirectas de la funciĂłn vocal fueron obtenidas a travĂŠs de aproximaciones no invasivas de la funciĂłn glĂłtica por medio de tĂŠcnicas de filtrado inverso [7]. MĂşltiples gestos vocales /pae/ fueron grabados a tres niveles de intensidad sonora (normal, fuerte y suave) para 16 pacientes diagnosticados con nĂłdulos (relacionado a HVF), y 16 pacientes con disfonĂa mĂşsculo-tensional (relacionado a HVNF), y un grupo normativo de 78 pacientes normales. Todos los pacientes fueron mujeres. Los tres grupos fueron diagnosticados por un equipo mĂŠdico multidisciplinario conformado por cirujanos otorrinolaringĂłlogos y fonoaudiĂłlogos del Massachussets General Hospital (MGH) en Boston, EE.UU. Para cada set de grabaciones se estimaron el valor peak-to-peak del pulso glotal (ACFL), el maximum flow declination rate (MFDR), la presiĂłn subglotal (SGP), el speed quotient (SQ=t2/t1), el open quotient (OQ=(t1+t2)/T0), los cuales son referenciados en la figura 1 [3]. TambiĂŠn se incluye el Cepstral Peak Prominence (CPP), definido como la distancia (en escala logarĂtmica) del primer rahmonic y el piso de ruido [8]. Para ACFL, MFDR y SGP una transformaciĂłn logarĂtmica fue realizada ante la evidencia de heterocedasticidad [9], y son renombrados como ACFLL, MFDRL y SGPL. Usando el grupo normativo de 78 pacientes normales, un modelo lineal de cada medida aerodinĂĄmica fue covariado con NPS y f0. Para determinar el modelo lineal que mejor describiera al grupo normativo, se impuso una estrategia robusta [10] para la detecciĂłn o ponderaciĂłn de eventos esporĂĄdicos o outliers, y asĂ minimizar el sesgo del modelo lineal estĂĄndar (no robusto). Para el anĂĄlisis de z-scores se calculĂł el valor zi de cada medida aerodinĂĄmica para ambos grupos de patologĂas como,

đ?&#x2018;§đ?&#x2018;§đ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013; =

đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;&#x2013;đ?&#x2018;&#x2013; â&#x2C6;&#x2019;đ?&#x2018;Ľđ?&#x2018;Ľ đ?&#x153;&#x17D;đ?&#x153;&#x17D;

(1)

donde xi es el valor de la medida aerodinĂĄmica para el caso patolĂłgico, x el valor del modelo lineal dado los valores NPS y f0 de xi, y Ď&#x192; el error estĂĄndar del modelo lineal. Este enfoque de comparaciĂłn individual se realiza para determinar si los resultados en este grupo de pacientes son similares a estudios anteriores [3]. AdemĂĄs, se realizĂł una prueba de comparaciĂłn de medias de muestras pareadas, corregidas por el modelo lineal. Este enfoque considera grupos de datos y no comparaciones individuales como si se realiza con z-score. III.

RESULTADOS

En esta secciĂłn se presentan dos resultados estadĂsticos: A) el anĂĄlisis de z-score, y B) la prueba de hipĂłtesis pareada y tamaĂąo del efecto. Fig. 2: (A) EstimaciĂłn del flujo glotal mostrando indicaciones para las medidas aerodinĂĄmicas ACFL, y los tiempos de apertura (t1) y cerrado (t2) de la glotis. De estos Ăşltimos se deriva el speed quotient SQ=t2/t1, y el open quotient OQ=(t1+t2)/T0. (B) Derivada temporal del flujo glotal en (A) mostrando la medida aerodinĂĄmica MFDR y el periodo del pulso glotal T0. Figura adaptada de [13].

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A. AnĂĄlisis de z-score. En Tabla 1 se muestran los resultados del anĂĄlisis de zscore para el grupo de mediciones aerodinĂĄmicas estudiadas. Los resultados indican que OQ y SGP L (con un mĂĄximo de 50% de discriminaciĂłn) son las medidas con mayor poder discriminador para el caso de HVF. ACFLL y MFDRL presenta

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los resultados más hiperfuncionalidad.

débiles

para

ambos

tipos

Tabla 1: Z-score análisis. Para cada columna, el porcentaje (%) de discriminación para los dos grupos con hiperfuncionalidad fonotraumática y no-fonotraumática en ambas condiciones de intensidad sonora.

ACFLL

Fonotraumático (HVF) Normal Fuerte 6.25 0

No-Fonotraumático (HVNF) Normal Fuerte 0 6.25

MFDRL

12.5

12.25

SGPL OQ CPP

37.5

12.5

18.75

25 25

50 25

12.5 18.75

6.25 18.75

B. Prueba de Hipótesis para Diferencia de medias y tamaño del efecto. Los resultados de la prueba de comparación de medias son presentados en la Tabla 2. Cuando la prueba de diferencia de medias pareada (voz patológica y su control) es estadísticamente significativa (p<0.05), considerando un α=0.05 (ajustado por el método de Bonferroni [11]), se calcula el tamaño del efecto combinado dCohen (pooled effect-size [12]) de la medida aerodinámica correspondiente. Valores de tamaño del efecto mayores a 0.6 son considerados grandes (large effect-size). Nuevamente, OQ y SGP L son las medidas con mayor poder discriminador para el caso de HVF con tamaño del efecto mayor a 1, seguido por ACFL L y MFDRL, lo cual indicaría alto poder discriminador de estas medidas aerodinámicas. Para el caso de HVNF solo OQ aparece como saliente, indicando que esta medida puede discriminar ambos tipos de hiperfuncionalidad. Los restantes parámetros CPP y SQ no aparecen como medidas aerodinámicas salientes. Tabla 3: Resultado para el tamaño del efecto (effect sizes). Para cada columna se muestra el tamaño del efecto para los dos grupos con HVF y HVNF en ambas condiciones de intensidad sonora, donde la prueba de hipótesis nula es rechazada (p<0.05), a un nivel de significancia α=0.05 (ajustado por el método de Bonferroni). SGPL MFDRL ACFLL SQ OQ CPP Fonotraumático (HVF) Normal -1.28 -0.77 - -1.94 Fuerte -1.32 -0.89 -1.13 - -1.37 No-fonotraumático (HVNF) Normal - 0.69 Fuerte -

IV.

DISCUSIÓN

Estos resultados están en concordancia por los recientemente publicados en [13] con la diferencia que las medidas aerodinámicas de este estudio siguen el enfoque descrito en [4], i.e., el uso de un modelo lineal basado en un grupo normativo (enfoque denominado regressed z-score [4]). El uso de una versión robusta de regresión lineal presenta un grado importante de inmunidad a la presencia de outliers o eventos esporádicos excluyendo sólo un 5% de los datos normativos. El análisis de z-scores muestra la misma tendencia de variados estudios [4,14,15], pero para el caso de

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voces femeninas su potencial discriminatorio es reducido comparado con el presentado en [4]. Para la prueba de medias es de notar que ACFLL y MFDRL aparecen con potencial discriminador mientras que las mismas medidas en el enfoque de z-scores el potencial es menor. Esto sugiere que el uso de zscores aparece conservador y favorece a la hipótesis nula. Los resultados del enfoque estadístico con la prueba de medias compensada con el modelo lineal robusto aparecen como una alternativa a considerar frente a otros métodos de compensación por SPL y f0. Si bien los resultados en [13] tienen mayor poder discriminador, esta diferencia se puede explicar por el uso del método de Bonferroni el cual es conocido por ser conservador, i.e., más exigente en el rechazo de la hipótesis nula. Otra razón posible es el uso de la compensación covariada de SPL y f0 (modelo), en vez de las medidas normalizadas con SPL en [13]. Es importante advertir que la simplificación de los fenómenos aerodinámicos del tracto vocal y glotis, el ancho de banda reducido y la incerteza propia del filtrado inverso reducen la precisión de las medidas aerodinámicas, en especial para MFDR [16,17] y CPP [8], medidas con bajo poder diferenciador en este estudio. Estas problemáticas siguen siendo objeto de estudio en el área.

CONCLUSIÓN

En este trabajo se han presentado resultados del potencial discriminador de las medidas aerodinámicas para dos tipos de hiperfuncionalidad vocal. Los análisis estadísticos muestran que las medidas aerodinámicas OQ, SGP L y ACFLL son las más salientes para el caso de HVF, y OQ para el caso HVNF. El método presentado aquí aparece como una alternativa a otros que han demostrado un poder discriminador similar [13].

AGRADECIMIENTOS Parte de este trabajo fue financiado por CONICYT mediante los fondos FONDECYT 1151077 y BASAL FB0008, los institutos de salud de EEUU (NIH) mediante los fondos R331DC011588 y P50DC015446, y Universidad de Chile. REFERENCIAS [1] Roy, N., Merrill, R. M., Gray, S. D., and Smith, E. M. (2005). Voice disorders in the general population: prevalence, risk factors, and occupational impact. Laryngoscope 115, 1988–1995. doi: 10.1097/01.mlg.0000179174.32345.41 [2] Morales, C. (2007). ¿De qué se enferman las trabajadoras chilenas? Revista Ciencia y Trabajo, 23:20–24. [3] Hillman, R. E., Holmberg, E. B., Perkell, J. S., Walsh, M., & Vaughan, C. (1989). Objective Assessment of Vocal Hyperfunction: An Experimental Framework and Initial Results. Journal of Speech and Hearing Research, 32, 373–392. [4] Mehta, D. D., Van Stan, J. H., Zañartu, M., Ghassemi, M., Guttag, J. V., Espinoza, V. M., … Hillman, R. E. (2015). Using Ambulatory Voice Monitoring to Investigate Common Voice Disorders: Research Update. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology, 3, 155. [5] Rabiner, L. R., & Schafer, R. W. (1978). Digital Processing of Speech Signals (US Edition). Prentice Hall.

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional [6] Sahoo, S. and Routray, A. (2016), "A Novel Method of Glottal Inverse Filtering," in IEEE/ACM Transactions on Audio, Speech, and Language Processing, vol. 24, no. 7, pp. 1230-1241. [7] Perkell, J. S., Holmberg, E. B., & Hillman, R. E. (1991). A system for signal processing and data extraction from aerodynamic, acoustic, and electroglottographic signals in the study of voice production. The Journal of the Acoustical Society of America, 89(4), 1777–1781. [8] Fraile, R., Godino-Llorente, J. I. (2014). Cepstral peak prominence: A comprehensive analysis, In Biomedical Signal Processing and Control, Volume 14, Pages 42-54, ISSN 1746-8094, https://doi.org/10.1016/j.bspc.2014.07.001. [9] James, G., Witten, G., Hastie, T. and Tibshirani, R. (2015), An Introduction to Statistical Learning, Springer. [10] Maronna, R., Martin, R. and Yohai, V. (2006), Robust Statistics: Theory and Methods, John Wiley & Sons. [11] Johnsons, R. A. and Wichern, D. W. (2013), Applied Multivariate Statistical Analysis, Pearson Education Incorporated. [12] Hedges, L. V. and Olkin, I. (1985). Statistical Methods for MetaAnalysis. Academic Press. [13] Espinoza, V. M., Zañartu M., Mehta, D. D., Van Stand, J. H., Hillman, R. E. (2017), Glottal Aerodynamic Measures in Women With Phonotraumatic and Nonphonotraumatic Vocal Hyperfunction, Journal of Speech, Language, and Hearing Research (JSLHR). [14] Holmberg, E. B., Doyle, P., Perkell, J. S., Hammarberg, B., & Hillman, R. E. (2003). Aerodynamic and acoustic voice measurements of patients with vocal nodules: variation in baseline and changes across voice therapy. Journal of Voice: Official Journal of the Voice Foundation, 17(3), 269–282. [15] Holmberg, E. B., Hillman, R. E., & Perkell, J. S. (1988). Glottal AirFlow and Transglottal Air-Pressure Measurements for Male and Female Speakers in Soft, Normal, and Loud Voice. The Journal of the Acoustical Society of America, 84, 511–529. [16] Espinoza, V. M. & Mehta, D. D. & Van Stan, J. H. & Hillman, R. E. & Zañartu, M. (2017). Uncertainty of glottal airflow estimation during continuous speech using impedance-based inverse filtering of the necksurface acceleration signal. The Journal of the Acoustical Society of America. 141. 3579-3579. 10.1121/1.4987622. [17] Alku, P. and Vilkman, E. (1995). Effects of bandwidth on glottal airflow waveforms estimated by inverse filtering. The Journal of the Acoustical Society of America. 98. 763-767. 10.1121/1.413569.

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Influencia de la variación tonal de la voz hablada en el contexto de un proceso de enseñanza-aprendizaje: experimento piloto a

M.A., Benaventea, V. M., Espinozab Departamento de Sonido, Universidad de Chile, Santiago, Chile, mauricio.benavente@ug.uchile.cl b Departamento de Sonido, Universidad de Chile, Santiago, Chile, vespinoza@uchile.cl

Abstract— Este estudio busca evidencia respecto a la influencia de la variación tonal (pitch) de la voz hablada en el proceso enseñanza-aprendizaje entre un profesor y un grupo de estudiantes. Para lograr este objetivo, dos grupos de estudiantes, A (n = 8) y B (n = 8), nativos de habla hispana con edad y nivel académico similar, fueron encuestados separadamente con estímulos auditivos, EA y EB, con distintas variaciones en el rango tonal. La prueba fue realizada en una sala de clases, con requerimientos acústicos y electroacústicos, que mantuvieron estímulos auditivos repetibles para ambos grupos. Mediante encuestas de selección múltiple y valoración subjetiva (Likert), dos variables fueron medidas: 1) el Porcentaje de Aprobación (PAP), que indica el rendimiento de los estudiantes ante preguntas de reconocimiento y análisis, y 2) la Actitud (ACT), que da cuenta del grado de aceptación del estímulo escuchado. Ambas variables fueron testeadas estadísticamente, arrojando diferencias significativas (p < 0.05), y tamaño del efecto grande (Cohen’s d = 0.98) a favor del Grupo B para la variable de “Porcentaje de Aprobación”, indicando un potencial rol de la variación tonal en las variables testeadas. Finalmente, se discuten las posibles razones por las cuales el Grupo B presentó resultados favorables en relación con el Grupo A, y se plantean posibles escenarios para investigaciones futuras. Keywords—variación tonal; voz; proceso de enseñanza-aprendizaje; lenguaje paraverbal.

I. INTRODUCCIÓN El vínculo que existe entre el profesor y el estudiante es un factor importante al momento de facilitar el proceso de aprendizaje dentro del aula [1]. Este vínculo debe entenderse como una interacción interpersonal, en donde el docente hace uso de sus habilidades comunicativas con el estudiante [1-3]. Estas habilidades comunicativas se pueden clasificar como conversacionales, narrativas, referenciales, de soporte de ego, reconfortantes, de manejo de conflictos, y persuasivas [1]. Las habilidades conversacionales se relacionan con la capacidad de entregar información de forma clara y sin ambigüedad, así como las habilidades narrativas se definen por la competencia de hacer interesantes las conversaciones [1]. Además, la comunicación oral es el principal nexo que se genera entre el profesor y el estudiante dentro del aula [4], donde el uso correcto de ella será percibido como beneficioso, llegando a afectar el proceso de enseñanzaaprendizaje [5]. En este contexto, el mensaje acústico de la palabra hablada (asociado a las habilidades comunicativas paraverbales) juega un rol dentro del proceso de enseñanza. Por otro lado, diversos autores, estudios y literatura (en el área de la lingüística y la fonética), dan sustento suficiente para

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afirmar que la entonación de la voz aporta al proceso comunicativo [6-9]. Este carácter de la entonación ha tomado relevancia en las últimas décadas, lo que se evidencia en el basto campo de estudio de la fonética, la lingüística, y la pedagogía de lenguas extranjeras, que estudian y sustentan el comportamiento de la entonación de la voz y la prosodia [7, 10]. De los párrafos anteriores surge la relación que motiva la investigación: la entonación es parte del proceso comunicativo, siendo una variable inherente de la comunicación oral. El presente estudio busca evidencia objetiva sobre la influencia que la entonación tiene en un contexto de enseñanza-aprendizaje. Se plantea como hipótesis que, al transmitir un texto oral con diferente entonación, la comprensión de la información será afectada. Dado que la percepción de la entonación involucra variables como el tono, la duración, la sonoridad y la acentuación [7], en este estudio sólo se considera el tono (basado en la frecuencia fundamental, F0), específicamente en la variación de la extensión tonal que presenta la entonación. II. MÉTODOS A. Participantes Dieciséis (16) estudiantes voluntarios pertenecientes al mismo nivel académico (segundo medio), nativos de habla hispana (10 hombres y 6 mujeres, rango de edad 15 – 17 años, promedio 15.4) participaron en el estudio. Los voluntarios no poseían disfunciones auditivas o neurológicas, y presentaron valores normales de capacidad de concentración de acuerdo con el Test de Toulouse [11] previamente aplicado. Los estudiantes no habían sido sometidos con anterioridad a la experiencia y no estaban familiarizados con los estímulos auditivos. B. Estímulos Los estímulos auditivos, Estímulo A (EA) y Estímulo B (EB), consistieron en la narración de un texto Simce 2007 (para segundo año medio) preparado por Mineduc [12], con variaciones en el rango tonal ejecutado por un locutor entrenado. La duración total de ambos estímulos fue de 195 segundos (3’15’’). Los parámetros de velocidad, ritmo y sonoridad se mantuvieron controlados. La Tabla 1 muestra los valores asociados al pitch de cada estímulo. El rango de EA (213.64 Hz) va desde 78.95 Hz (aproximadamente una nota Re#2) hasta 292.59 Hz (~Re4) lo que corresponde a aproximadamente dos octavas de rango. El rango de EB (103.17 Hz) va desde 95.97 Hz (~Sol2) hasta 199.14 Hz (~Sol3), lo que corresponde a aproximadamente una octava de

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional rango. La cantidad de variación del pitch (span) se midió por la diferencia entre el rango de percentil 90 y 10 (rango del 80%) en semitonos, y por ±2 desviaciones estándar alrededor del promedio en semitonos [13]. La Figura 1 muestra un extracto de 1.6 segundos del pitch de cada estímulo auditivo. Se observa que EA tiene mayor rango tonal y span que EB, condición que se mantiene a lo largo de toda la narración. TABLA I.

CARACTERÍSTICAS DEL RANGO TONAL PRESENTADO POR CADA ESTÍMULO AUDITIVO.

Parámetro (unidad) Tono Promedio (Hz) Mínimo (Hz) Máximo (Hz) Rango (Hz) Rango del 80% (semitonos) ±2 desviaciones estándar (semitonos)

Estímulo A

152.72 78.95 292.59 213.64 10.54 15.32

129.46 95.97 199.14 103.17 3.16 5.72

Fig.1: Pitch Estímulos Auditivos (extracto). A modo de ejemplo, se muestra un segmento de 1.6 segundos de ambos estímulos auditivos. Se puede apreciar que EA tiene un mayor rango tonal que EB. Notar escala logarítmica en el eje de la frecuencia.

Ambos estímulos fueron grabados con un narrador masculino entrenado en una sala tratada acústicamente. Las señales fueron digitalizadas a 24bit/44.1 kHz de frecuencia de muestreo. Los parámetros relativos a la velocidad y ritmo de las narraciones se controlaron a través de herramientas de edición en postproducción de audio, sincronizando el inicio y el final de las oraciones, y manteniendo similar el tiempo de pausa entre las oraciones para ambos estímulos. La sonoridad fue controlada a través de la calibración del valor medio del nivel de cada señal. C. Procedimiento Los dieciséis sujetos fueron divididos aleatoriamente en dos grupos, conformando así el Grupo A (n = 8) y el Grupo B (n = 8). Cada grupo escuchó el estímulo auditivo respectivo separa-

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damente. Los audios no fueron repetidos durante el experimento. El sonido monoaural fue reproducido a través de un único altavoz ubicado en el centro de la pared frontal de la sala de clases (posición habitual del profesor). Se mantuvieron los requerimientos acústicos y electroacústicos repetibles para ambos grupos. D. Cuestionario Una vez terminada la reproducción del estímulo auditivo, a cada estudiante se les solicitó contestar un cuestionario en un tiempo máximo de 15 minutos. Dicho cuestionario consistió en dos secciones: 1) Preguntas de Selección Múltiple: la primera sección contenía siete preguntas de selección múltiple (con sólo una alternativa correcta). Las primeras tres preguntas fueron extraídas de la prueba Simce respectiva al texto, mientras que las cuatro preguntas restantes fueron diseñadas conjuntamente por los autores y el profesor de Lenguaje y Comunicación del curso al que pertenecían los estudiantes. La variable Porcentaje de Aprobación (PAP) indica, porcentualmente, la cantidad de respuestas correctas que cada estudiante obtuvo en esta primera sección. 2) Encuesta de Valoración Subjetiva: en la segunda sección del cuestionario, el estudiante debió responder (a través de una escala de valoración subjetiva Likert) qué tan de acuerdo estaba con cada una de las ocho afirmaciones que se le presentaron. Estas afirmaciones apelaban a las actitudes que tomaron los estudiantes durante la escucha del estímulo (p.e., “durante la narración me distraje”), así como a la percepción que tuvieron sobre el propio estímulo (p.e., “la narración es monótona”). A cada respuesta se le asignó un puntaje en una escala de 1 – 5. La variable Actitud (ACT) es el puntaje promedio obtenido por cada estudiante a partir de las ocho preguntas de valoración subjetiva, e indica el grado de aceptación general hacia el estímulo escuchado. E. Estadística Los resultados fueron testeados estadísticamente a través del test de hipótesis nula de igualdad de medias multivariadas de Hotelling T2 [14]. Posteriormente se realizó el análisis univariado por medio del test estadístico Bootstrap para probar igualdad de medias [15] en las variables testeadas (PAP y ACT). Por último, se obtuvo el tamaño del efecto (Cohen’s d) [16] presente en cada variable a partir de la comparación de los resultados de cada grupo, con la finalidad de evaluar la diferencia entre estos. III. RESULTADOS La Tabla 2 resume los resultados de las variables testeadas obtenidos por cada grupo a través de los estadísticos descriptivos. Se observa que la media y la mediana se encuentran en valores cercanos en cada grupo y en ambas variables. Los resultados de las medias se muestran favorables para el Grupo B en ambas variables, lo cual será discutido a continuación.

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TABLA II.

ESTADÍSTICOS DESCRIPTIVOS DE LAS VARIABLES ACT Y PAP SEGÚN CADA GRUPO.

Variable

Estadístico

Grupo A

ACT

PAP

Media

3.08

3.16

Mediana

2.94

3.19

Desviación estándar

0.52

0.54

Mínimo

2.50

2.38

Máximo

4.00

4.13

Rango

1.50

1.75

Media

33.9

53.6

Mediana

35.7

50.0

Desviación estándar

18.6

21.3

Mínimo

14.3

28.6

Máximo

57.1

85.7

Rango

42.8

57.1

A. Análisis Estadístico Se realizó el análisis multivariado a través del test Hotelling T2 [14]. La normalidad multivariada de los datos de cada muestra fue probada con el test de MVN de Royston [17, 18]. El resultado del test de Hotelling T2 indica que para una significancia de α = 0.1, se rechaza la hipótesis nula de igualdad de medias multivariada entre ambos grupos con un valor de T2, T2 >

(n-1)p (n-p)

Fp,n-p (α) → 8.26 > 8.07

donde Fp,n-p (α) es el percentil 100α superior de la distribución de Fp,n-p (para mayor detalle revisar [14]). La Tabla 3 muestra los valores del tamaño del efecto (Cohen’s d) para cada variable (obtenidos de la comparación de los grupos A y B), en las cuales la diferencia de medias univariada unilateral fue significativa (p < 0.05). La medida de la variable PAP (-0.98) corresponde a un tamaño del efecto grande, lo cual indicaría que esta variable es potencialmente afectada por las diferencias entre los estímulos auditivos. Por otro lado, el tamaño del efecto en la variable ACT (-0.15) es pequeño, lo cual indicaría que el grado de aceptación hacia los estímulos no responde a las diferencias acústicas entre EA y EB. TABLA III.

RESULTADOS DEL TAMAÑO DEL EFECTO (COHEN’S D) [16]. Comparación

Los resultados de la presente investigación muestran que el tamaño del efecto en la variable PAP es grande y a favor del Grupo B, indicando un potencial rol de la variación tonal de la entonación en tareas de reconocimiento y análisis de la información recibida. Esta evidencia es consecuente con la hipótesis planteada: al transmitir un texto oral con diferente entonación, la comprensión de la información será afectada. Los resultados observados en [19] muestran que una de las estrategias utilizadas por los profesores al momento de transmitir información oral (en la enseñanza de lenguas extranjeras) es utilizar un mayor rango tonal de la entonación. Sin embargo, la evidencia encontrada en el presente estudio indica que dicha estrategia no asegura que los estudiantes comprendan mejor la información recibida. Una posible razón por la cual el Grupo B (expuesto al estímulo con menor variación tonal) presentó resultados favorables en relación con el Grupo A, es que la entonación de EB logra mayor inmediatez con el nivel académico (segundo medio) de los estudiantes que participaron en la experiencia, evidencia similar a la reportada en [5]. La limitación del presente estudio se encuentra en que no considera el proceso de enseñanza-aprendizaje como un proceso de participación activa desarrollada en el tiempo [20]; la experiencia realizada es un experimento particular asociado a un contexto de enseñanza-aprendizaje. V. CONCLUSIÓN Esta investigación ha presentado resultados que sugieren un potencial rol de la entonación dentro del proceso de enseñanzaaprendizaje. El análisis estadístico muestra que la variable PAP es afectada considerablemente por la entonación con que el estudiante recibe la información comunicativa. Como trabajo futuro, se sugiere realizar una experiencia a mediano y largo plazo, incorporando otras variables acústico-perceptuales y cognitivas. AGRADECIMIENTOS Esta investigación fue posible gracias al apoyo del Establecimiento Subercaseaux College al facilitar sus dependencias y cursos para realizar la experiencia. Se agradece especialmente al Profesor Marcelo Balbontín por su asistencia durante la ejecución de la experiencia, y por su ayuda en la revisión del cuestionario aplicado. Los autores también desean agradecer al Prof. Leonardo Cendoyya y al Prof. Javier Jaimovich, por su colaboración durante esta investigación. MB agradece a la Universidad de Chile por el apoyo a este trabajo. REFERENCIAS [1]

Variable ACT

Grupo A vs Grupo B

IV. DISCUSIÓN

-0.15

[2]

PAP a

-0.98

Tamaños del efecto negativos indican que la diferencia entre los grupos es favorable para el Grupo B.

[3]

[4]

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

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A.E. Carrilloa, J.L. Urníab,

Fundación Científica y Tecnológica, Asociación Chilena de Seguridad, Santiago, Chile, alonso.carrillo@outlook.com b Unidad de Desarrollo Preventivo, Asociación Chilena de Seguridad, Santiago, Chile, jurnia@achs.cl

Abstract— En este trabajo se registra la vibración en los lugares de trabajo de 73 vehículos de los rubros forestal, transporte de alimentos congelados y energía, registros que fueron procesados según las normas 2631-5:2004, ISO26311:1997, Directiva 2002/44/CE y la legislación nacional D.S.N°594/1999. El análisis de los resultados y comparación de las evaluaciones efectuadas entre el D.S N°594/1999 con las otras normativas, implica que la legislación nacional subestima significativamente el riesgo de la exposición a vibraciones para el conjunto de lugares de trabajo medidos cuando en la exposición se presentan vibraciones impulsivas o de múltiples choques. Cuando la normativa legal europea 2002/44/CE consideraría un 94.5% de los casos medidos para incluirlos en un programa de acciones preventivas y de control de la exposición por sobrepasar el límite de acción y límite máximo, el DS N°594/1999 consideraría un 19.2% de los casos por sobrepasar el límite máximo nacional. La norma 2631-5:2004 arrojó valores de Compresión Estática Equivalente “Sed” que en un 86.3% de los casos alcanzan una condición con Alta Probabilidad de efectos Adversos para la salud. El factor R de predicción de daño en la columna, dio un tiempo aproximado de 5 años para que los lugares de trabajo medidos alcancen una condición de riesgo significativa. Keywords—ISO2631-5; Vibración; choque; Exposición de Cuerpo Entero, Daño Columna.

I. INTRODUCCIÓN Estudios epidemiológicos demuestran una fuerte asociación entre el factor “vibración de cuerpo entero” y las lesiones y/o enfermedades que afectan la zona baja de la espalda, donde su incidencia sería comparable a la ocasionada por el factor “levantamiento de carga” en el origen de una enfermedad profesional [1]. Adicionalmente, cuando la vibración posee componentes impulsivas, o múltiples choques, aumenta la severidad de la exposición de las personas, utilizándose indicadores específicos para la evaluación del riesgo. En Chile, no se utilizan modelos de evaluación que consideren vibración impulsiva o que contenga múltiples

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choques, siendo utilizado el indicador aceleración rms ponderada “aw” que corresponde al “promedio” de la energía vibratoria dentro del período de exposición, donde las aceleraciones impulsivas o “choques”, de reducida duración quedan subestimadas en la medición [2]. La Directiva 2002/44/CE de la Comunidad Europea, basada en la norma ISO2631-1:1997, contiene indicadores que abordan la presencia de vibración impulsiva como la Dosis de Vibración “VDV” [3], [4]. Este trabajo tiene como objetivo evaluar la exposición a vibración de cuerpo entero que contiene múltiples choques según la norma 2631-5:2004 [5] y comparar los resultados con la evaluación efectuada según ISO2631-1:1997, Directiva 2002/44/CE y legislación Nacional D.S. Nº594/1999. Se han utilizado diversos modelos biodinámicos experimentales para establecer la respuesta dinámica de la columna vertebral y su posible daño ante las vibraciones [6] [7] y otros donde se han efectuado ensayos de cargas estáticas y dinámicas sobre especímenes espinales de donantes jóvenes y otros de mayor edad, asimilables a edades típicas de ambientes laborales, estableciéndose in vitro, los niveles de fatiga para compresiones alternas inducidas en las vertebras, generando en ellas presiones del orden de 1.4 MPa, planteándose inicialmente que la edad de la persona sería un factor relevante relacionado con la fatiga y daño de la columna cuando ésta se somete a vibración [5] [8]. Estudios de la respuesta de la columna vertebral referenciados en la normativa 2631-5:2004:2004, determinaron que en los ejes X e Y la respuesta de la columna es aproximadamente lineal, representada por un sistema de un grado de libertad (modelo de los parámetros concentrados) con una frecuencia de resonancia de 2.125 Hz, no así en la dirección del eje Z, donde la respuesta dinámica ante una vibración de entrada, es de tipo No Lineal, cuyo movimiento se puede representar por un modelo numérico de red neuronal iterativo [5]. Para esta norma, la evaluación del riesgo se

111

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional efectúa según la Dosis de Compresión Estática Equivalente “Sed” en megapascales MPa, como se indica en la ecuación (1). (1)

donde: mk

: constantes de ponderación de compresión estática recomendadas

Dkd

: dosis de aceleración impulsiva promedio diaria.

para ejes x, y, z.

Posteriormente, se define el factor “R” en función del Sed, utilizado para predecir el riesgo de la exposición, dependiendo de la edad del sujeto y de los años proyectados de exposición, como lo señala la ecuación (2).

(2)

un acelerómetro triaxial digital GCDataconcept X16-mini, inserto en un disco de caucho normalizado para la medición de la exposición a vibración de cuerpo entero, sensor que fue verificado en laboratorio con un acelerómetro de referencia PCB 301A03, excitador electromecánico Bruel & Kjaer Ty4810, generador de señales NI-6289 y tarjeta de adquisición NI-USB9234, midiendo su respuesta de frecuencia y linealidad, obteniendo resultados satisfactorios según ISO16063-21:2003 e ISO8041:2005. Implementar herramientas informáticas para el proceso de los registros de vibración triaxial y la modelación de la respuesta dinámica de la columna vertebral según la norma 2631-5:2004. Esto se logró con los Software Sigview 2.7.1 y MATLAB R2016a, pudiendo además calcular los indicadores requeridos por la normativa D.S.N°594/1999, ISO26311:1997 y Directiva 2002/44/CE, de manera simultánea, correspondiendo a la aceleración rms ponderada aw, factor de cresta FC y dosis de vibración DVD. TABLE I. CRITERIO DE EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN DE LA EXPOSICIÓN A VIBRACIÓN DE CUERPO ENTERO, PARA DISTINTAS NORMATIVAS. Normativa

D.S N°594/1999

Sui b

: es el número de días de exposición en un año : es el contador de años : es el número de años de exposición : constante que representa la compresión estática debido a la fuerza de gravedad : es la última compresión de la espina lumbar para una persona de edad (b+i) : edad a la cual la exposición a vibración comienza.

Los valores de Sui varían según la densidad ósea de la vertebra, la que normalmente disminuye con la edad según la ecuación (3). (3)

Para la evaluación de la exposición a vibración, los parámetros para Sed son 0.5 MPa para obtener una Baja probabilidad de efecto adverso y de 0.8 MPa para obtener una Alta probabilidad de efecto adverso en la columna. En el caso del factor R, los parámetros propuestos en la normativa son 0.8 para obtener una Baja probabilidad de efecto adverso y de 1.2 MPa para obtener una Alta probabilidad de efecto adverso en la columna, predicho en un periodo de tiempo determinado (años), tal como se muestra en la Tabla I. En la misma tabla, también se muestran los criterios de evaluación, indicadores, parámetros y calificación de la exposición para las demás normativas señaladas. II. MATERIAL Y MÉTODOS Implementar un sistema de registro simultáneo de la señal de vibración en los ejes X, Y y Z, en el lugar de exposición de los trabajadores, asiento del operador. Este se constituyó por

112

Calificación Exposición

aw ≥ 0.63 m/s2

donde : N i n c

Criterio

aw < 0.63 m/s2

ISO2631-1:1997

2002/44/CE

ISO2631-5:2004

aw < 0.5 m/s2 VDV < 8.5 m/s1.75 0.5 m/s2 ≤ aw < 0.81 m/s2 8.5 m/s1.75 ≤ VDV <17m/s1.75 aw ≥ 0.81 m/s2 VDV ≥ 17 m/s1.75 aw < 0.5 m/s2 VDV < 9 m/s1.75 0.5 m/s2 ≤ aw < 0.81 m/s2 9 m/s1.75 ≤ VDV< 21 m/s1.75 aw ≥ 0.81 m/s2 VDV ≥ 21 m/s1.75 Sed ≤ 0.5 MPa R ≤ 0.8 0.5 MPa < Sed ≤0.8 MPa 0.8 < R ≤ 1.2 Sed > 0.8 MPa R > 1.2

BLM: Bajo el Límite Máximo SLM: Sobre el Límite Máximo BLA: Bajo Límite de Acción P: Precaución para la Salud. SLE: Sobre el Límite de Exposición BLA: Bajo Límite de Acción P: Precaución para la Salud. SLE: Sobre el Límite de Exposición B: Baja Probabilidad Efecto Adverso M: Probabilidad Media Efecto Adverso. A: Alta Probabilidad Efecto Adverso

Seleccionar un conjunto de vehículos de carga y transporte, utilizados dentro y fuera de carretera, con la presencia de exposición a vibración que contiene múltiples choques. Estos correspondieron a 38 camiones forestales, 27 camiones frigoríficos y 8 vehículos del rubro energía. Para los dos primeros tipos de vehículos señalados, sus conductores formaron dos grupos homogéneos de exposición, respectivamente. Para efectuar el cálculo de los indicadores aeqw y VDV y posterior comparación entre las distintas normativas y según lo observado en la exposición de los conductores, se estableció un tiempo efectivo de exposición diario de 6 horas. Adicionalmente, para calcular el indicador R de 2631-5:2004 y predecir la probabilidad de efectos adversos o daño de la

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columna a través de los años, se estableció la edad de inicio de la exposición del conductor en 30 años, edad que se proyectó 20 años en tramos de cinco años para observar la progresión de un eventual efecto adverso. También se asumirá para la proyección del R que el trabajador se expone 230 días al año.

Directiva 2002/44 CE de la Comunidad Europea, se muestra en la Figura 2 y Tabla III.

Finalmente, evaluar la exposición según las normativas señaladas y comparar los resultados. III. RESULTADOS El resultado general para la evaluación de la exposición utilizando los indicadores Sed y Factor R de la Norma ISO 2631-5, se muestran en la figura 1 y tabla II. Fig.1: Comparación de la evaluación del riesgo para la vibración registrada en 73 vehículos con presencia de vibración impulsiva. TABLE III.

EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN DEL RIESGO PARA 73 VEHÍCULOS DE TRANSPORTE, SEGÚN NORMATIVA D.S.N°594:1999, ISO2631-1:1997, DIRECTIVA 2002/44/CE.

D.S N°594 (RMS)

BLM=59 (80.8%) -SLM=14 (19.2%) Total=73 (100%)

Normativa de Vibración ISO2631-1

BLA=2 (2.7%) P=47 (64.4%) SLE=24 (32.9%) Total=73 (100%)

2002/44/CE

BLA=4 (5.5%) P=56 (76.7%) SLE=13 (17.8%) Total=73 (100%)

IV. DISCUSIÓN Y TRABAJO FUTURO Para el total de 73 casos donde se registro la exposición a vibraciones, el valor calculado de Compresión Estática Equivalente Sed, dio en 39 mediciones (53.4% de los casos), valores sobre de 0.8 MPa, calificando la exposición como con Alta probabilidad de efectos adversos para la salud. En 24 casos, 32.9% del total, el valor de Sed se ubicó entre 0.5 MPa y 0.8 MPa, con una probabilidad “Media” de efectos adversos y 10 casos, 13.7% del total los valores de Sed estuvieron bajo 0.5 MPa resultando la exposición con una Baja probabilidad de efectos Adversos, tal como se observa en la Figura 1 Tabla II. Fig.1: Evaluación y Calificación de la Exposición según ISO 26315:2004, indicadores Sed y Factor R, para 73 vehículos con presencia de vibración impulsiva. TABLE II.

EVALUACIÓN Y CALIFICACIÓN DEL RIESGO PARA 73 VEHÍCULOS DE TRANSPORTE, SEGÚN NORMA ISO2631-5.

ISO 2631-5 (Sed)

B=10 (13.7%) M=24 (32.9%) A=39 (53.4%) Total=73 (100%)

ISO 2631-5 (R-5 años)

ISO 2631-5 (R-10 años)

ISO 2631-5 (R-15 años)

B=57 (78.1%) M=11 (15.1%) A=5 (6.8%)

B=46 (63%) M=21 (28.8%) A=6 (8.2%)

B=34 (46.6%) M=30 (41.1%) A=9 (12.3%)

Total=73 (100%)

ISO 2631-5 (R-20 años)

B=28 (38.4%) M=30 (41.1%) A=15 (20.5%) Total=73 (100%)

El resultado general de la evaluación y calificación del riesgo para el total de 73 vehículos medidos, para la normativa nacional D.S N°594:1999, Norma ISO 2631-1:1997 y

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El valor R, calculado en función del Sed, según la edad del trabajador en el inicio de la exposición junto con la cantidad de días anuales en el lugar de trabajo, según la figura 1 y Tabla II, en los primeros 5 años dio 5 casos, 6.8% del total donde se supera el valor de 1.2 de referencia con una alta probabilidad de efectos adversos para la salud predicha. La cantidad de casos en esta categoría aumentaría progresivamente en 1 caso más a los 10 años, en 4 casos más a los 15 años y aumentaría en 10 casos adicionales a los 20 años, pudiendo llegar a involucrar a un 20.5% del total en esta categoría o condición de riesgo. Los casos donde el R superó el valor de referencia de 0.8, sin sobrepasar 1.2, probabilidad “Media” de efectos adversos, comienza en 11 casos, 15.1% del total, aumentando a los 10 años en 10 casos (28.8%), 9 más a los 15 años (41.1%), conservándose esta condición a los 20 años de proyección. Con valores R inferiores a 0.8, Baja probabilidad de efectos adversos, inician con 57 casos, 78.1% del total en los primeros 5 años, para ir disminuyendo a un

113

INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional 63% a los 10 años de exposición, 46.6% a los 15 años y a un 38.4% a los 20 años. Finalmente, evaluación según el indicador “Sed” de la norma 2631-5:2004, cubriría un 86.3% de los casos con alguna probabilidad de efectos adversos en la salud y el factor R, proyectado a 20 años, predice una condición adversa para el 20.5% de los casos. Para la norma ISO 2631-1:1997, de un total de 73 vehículos de transporte, en 69 de ellos la vibración se calificó como impulsiva (FC >9) y evaluada con la Dosis de Vibración VDV, considerando 4 casos con vibración de característica “estable” y evaluada con la aceleración rms ponderada aw. En 24 casos, 32.9% del total, se presentó exposición a vibración Sobre el Límite de Exposición “SLE”, para un tiempo de exposición de 6 horas diarias. Luego, 47 casos o 64.4% del total, obtuvieron valores de vibración dentro de la zona de precaución “P”. Finalmente, 2 casos, 2.7% del total, obtuvieron vibraciones “Bajo el Límite de Acción” “BLA”, con escaso nivel de riesgo. Sumando los casos en la Zona de Precaución y los que superan el Límite de Exposición se obtiene que un 97.3% del total requerirían de una acción preventiva de control en el lugar de trabajo o de salud para las personas (ver Tabla III). La Directiva 2002/44/CE, según esta evaluación, obligaría a adoptar acciones preventivas de control y de salud sobre el 94.5% de los trabajadores cubiertos, sumando los porcentajes correspondientes a casos en la zona de precaución para la salud, 76.7% y los que están sobre el Límite de Exposición, 17.8% de los casos (ver Tabla III). El D.S. N°594/1999 de Chile, cubriría un 19.2% de los casos con medidas de control de tipo técnicas, subestimando significativamente el riesgo de la exposición a vibraciones para el conjunto de lugares de trabajo seleccionados cuando en la exposición se presenta vibración impulsivas o con múltiples choques (ver Tabla III). Lo anterior, principalmente por no considerar nuestra legislación, al menos un indicador específico para ponderar el efecto y riesgo de la vibración impulsiva, como la Dosis de Vibración VDV o el indicador Sed y R. Por otro lado, no considera acciones preventivas a partir de un valor umbral o “Límite de Acción” fijado según la evidencia de manifestación de lesiones o enfermedades profesionales.

internacionalmente [4],[9], piezas fundamentales para validar y actualizar estas herramientas, como también hacer factible el seguimiento del estado de salud de las personas luego de la implementación de medidas de control técnicas o administrativas. Como trabajo a futuro, se propone extender las mediciones y evaluación realizada en estos puestos de trabajo y otros donde exista presencia de vibración impulsiva, para caracterizar la exposición por medio de los indicadores propuestos, creando perfiles de exposición para grupos homogéneos donde se haya observado la manifestación de una enfermedad profesional debida a este agente. REFERENCIAS [1] Bruce P. Bernard, M.D., M.P.H., Musculoskeletal Disorders and Workplace Factors, A Critical Review of Epidemiologic Evidence for Work-Related Musculoskeletal Disorders of the Neck, Upper Extremity, and Low Back, U.S. DEPARTMENT OF HEALTH AND HUMAN SERVICES, 1997. [2] D.S. 594/1999 Reglamento Sobre Condiciones Sanitarias y Ambientales básicas en los Lugares de Trabajo, Ministerio de Salud, 1999. [3] Directiva 2002/44/CE, Disposiciones Mínimas de Seguridad y de Salud Relativas a la Exposición de los Trabajadores a los Riesgos Derivados de los Agentes Físicos, vibraciones, Parlamento Europeo, Decimosexta Directiva, 25 de junio de 2002, Diario Oficial L 177 de 6.7.2002. [4] Comisión Europea, Guía no vinculante sobre buenas prácticas para la aplicación de la Directiva 2002/44/CE, Oficina de Publicaciones Oficiales de las Comunidades Europeas, Luxemburgo 2008, ISBN 97892-79-07534-6. [5] ISO 2631-5:2004 Mechanical vibration and shock -- Evaluation of human exposure to whole-body vibration -- Part 5: Method for evaluation of vibration containing multiple shocks [6] Wenping WANG, Babak BAZRGARI, Biodynamic Response and Spinal Load Estimation of Seated Body in Vibration Using Finite Element Modeling , 1Department of Mechanical Engineering, Ecole Polytechnique, C.P. 6079, Succ centre-ville, Montreal, 2010. [7] Gerd HUBER, Daniel M. SKRZYPIEC, High Cycle Fatigue Behaviour of Functional Spinal Units, Institute of Biomechanics, TUHH Hamburg University of Technology, Denickestrasse 15, 21073 Hamburg, Germany, 2010. [8] Yi QIU and Michael J. GRIFFIN, Biodynamic Response of the Seated Human Body to Single-axis and Dual-axis Vibration: Effect of Backrest and Non-linearity, Human Factors Research Unit, Institute of Sound and Vibration Research, University of Southampton, Southampton SO17 1BJ, United Kingdom, 2012. [9] Guidelines for Whole-Body Vibration Health Surveillance, Vibration Injury Network, EC Biomed II concerted action BMH4-CT98-3251, Appendix W1E to Final Report May 2001.

Lo anterior conlleva a reformular y actualizar los instrumentos de evaluación disponibles en el país, indicadores, métodos de medición, límites preventivos y máximos de exposición, para establecer de manera razonable el potencial daño que puede ocasionar la vibración en la salud de las persona y definir en consecuencia estrategias de control técnicas y de salud de manera efectiva. Las últimas herramientas normativas disponibles de evaluación señaladas, aw, VDV, Sed, factor R y su aplicación coherente, representan el puente entre la manifestación física del agente en el lugar de trabajo y su efecto en la salud, siendo los Protocolos de Vigilancia de Salud propuestos

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Determinación de la Efectividad de Sistemas de Refuerzo Sonoro de la Voz mediante el Indice STI (Speech Transmission Index), para la Prevención de la Disfonía Funcional en Profesores de Aula a

A.E. Carrilloa, R.A. Zúñigab,

Fundación Científica y Tecnológica, Asociación Chilena d Seguridad, Santiago, Chile, alonso.carrillo@outlook.com b Unidad de Desarrollo Preventivo, Asociación Chilena d Seguridad, Santiago, Chile, rzuniga@achs.cl

Abstract— En este trabajo se estudia la efectividad de dispositivos personales de refuerzo sonoro de la voz, micrófono y parlante portátil, previamente seleccionados, para evitar el sobreesfuerzo de la voz de un profesor. Esto se realiza mediante el índice STI (Speech Transmission Index), indicador que varía entre 0 (inteligibilidad nula) y 1 (inteligibilidad óptima), que integra un conjunto de variables acústicas del lugar de medición y permite calificar la inteligibilidad del mensaje hablado recibido por los alumnos. Para lo anterior, se dispuso de 73 salas de clases de colegios de comunas de las ciudades de Santiago y Rancagua. Se comprobó que para el uso de los dispositivos seleccionados, el mensaje hablado conservó o mejoró la inteligibilidad o calidad de la comunicación hablada desde un valor promedio de STI= 0.548 para un nivel normal de emisión de la voz a 65 dBA Sin Refuerzo sonoro (SR), hasta un STI= 0.603 para una condición Con Refuerzo de la voz (CR). Por otro lado, los Niveles de Presión Sonora medidos en el lugar de los alumnos, se elevaron en promedio 11.1 dBA con refuerzo sonoro con un máximo de 18.3 dBA. Keywords— Disfonía; Daño Voz; Profesores; Inteligibilidad.

I. INTRODUCCIÓN En Chile, la disfonía se sitúa como la primera causa de enfermedad profesional, cuyo principal origen atribuido es el “Uso Excesivo de la Voz” (93.1% de los casos), asignando esta causa a una condición intrínseca del orador y no a otros factores propios del lugar de trabajo. En este sentido, la principal medida de control del riesgo disponible es la “instrucción en el uso de la voz”, no existiendo en la actualidad, métodos de evaluación y control del riesgo debido a factores del lugar de trabajo, siendo la principal actividad laboral afectada, la de profesor. La disfonía, se refiere a la disfunción en la capacidad de producir la voz. Para que la voz sea clasificada como "disfónica", las anormalidades se deben presentar en uno o más parámetros vocales como: tono, timbre, volumen y variabilidad. Puede clasificarse en dos tipos principales dependiendo de su origen, orgánicas y funcionales, [1] [2]. Las disfonías Orgánicas, se relacionan con alteraciones anatómicas

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- estructurales que afectan la función vocal. Las disfonías Funcionales, se refieren a los trastornos en los que la desviación del patrón normal de funcionamiento de la voz es el principal factor causal. Entre los factores de riesgo se encuentran los de tipo individual (sexo, edad, técnica deficiente de uso de la voz, consumo de tabaco), ambientales (ruido de fondo, reverberación, temperatura, humedad, calidad del aire, ventilación) organizacionales (horas de trabajo y uso de la voz, asignaturas impartidas, cantidad de alumnos), biológicos (bacterias, alérgenos, enfermedades infectocontagiosas, síntomas de reflujo esofágico), psicosociales (estrés, ansiedad, depresión) [3][10]. Referencias internacionales señalan que la disfonía funcional en profesores se origina, principalmente, por el uso del habla con una intensidad más alta de lo normal, junto con conductas de abuso vocal. Por otra parte, estudios recientes, atribuyen el sobreesfuerzo de la voz, principalmente a condiciones acústicas inadecuadas en las salas de clases, como alto ruido de fondo y elevado tiempo de reverberación [3] [4] [5], las que obligan al profesor a elevar la voz, muchas veces de manera inconsciente por el efecto Lombard. Las directrices de la OMS, recomiendan para las aulas escolares, un nivel de ruido de fondo en torno a 35 dBA, cuando se ha demostrado que el nivel habitual del ruido de fondo se encuentra entre 60 y 80 dBA, pudiendo ser mayor en talleres y recintos deportivos [3]. Experiencias con el uso de un sistema portátil de refuerzo sonoro de la voz [4], indican un mejoramiento de la relación señal – ruido, en la inteligibilidad y una disminución del esfuerzo vocal, señalando también limitaciones, para casos con tiempos de reverberación extremadamente altos y cuando los alumnos quieren participar en la clase y no disponen de un sistema de refuerzo de voz. Para lo anterior, se estableció como objetivo de este trabajo, determinar la efectividad de un sistema personal de bajo costo para el refuerzo sonoro de la voz de profesores, mediante el

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional índice STI (Speech Transmission Index), para la reducción del sobreesfuerzo de la voz. II. MATERIALY MÉTODOS Utilizar tres dispositivos portátiles de refuerzo sonoro micrófono-parlante para proyectar la voz de un profesor emitida con un nivel normal o sin sobreesfuerzo dentro de una sala de clases. Los sistemas de refuerzo fueron seleccionados previamente entre ocho dispositivos adquiridos en Chile y Estados Unidos, bajo el criterio de bajo costo (entre $15.000 y $50.000 pesos Chilenos). Las marcas y modelos seleccionados y utilizados fueron: UDE WA-700, QFX CS-80US y PYLE PWMA50B. Reproducir la voz normal del profesor, por medio de un parlante con características similares de emisión de la voz humana, de tal manera de emitir señales de comunicación y medir en el lugar donde se ubican los alumnos, el grado de comprensión o inteligibilidad usando el indicador STI. Posteriormente, incorporar al parlante simulador de la voz, uno de los dispositivos de refuerzo sonoro seleccionados, reproducir las señales de comunicación y medir nuevamente en los mismos lugares los cambios en el STI y las variaciones en el nivel de presión sonora conseguido. Adicionalmente, caracterizar acústicamente las salas de clases donde se desarrollen las pruebas de calidad de comunicación, en relación con el tiempo de reverberación según ISO3382-1:2009 [8] y nivel de ruido de fondo en el momento de las mediciones. Según la referencia Building Bulletin 93 “Acoustic design of schools” [9], se propone no superar un tiempo de tiempo de reverberación de 0.8 s, para una sala de clases desocupada. Para el desarrollo de las mediciones, se dispuso de 74 salas de clases de seis establecimientos educacionales, cuatro públicos y dos privados de la Región Metropolitana y de la Sexta Región. Se implementaron dos sistemas de medición, el primero compuesto por una Boca Artificial BSWA AM0102, micrófono Bruel & Kjaer Ty4155, Tarjeta de generación y adquisición de señales Aurolex DAC-07, software WinAudio MLS y Calibrador Acústico Quest Technologies QC-10. El segundo sistema se constituyó con un parlante Logitech Z50, micrófono de medición Presonus PRM1, Interface de audio PRESONUS Audiobox USB, Software ARTALABS y calibrador acústico GRAS 42 AA. Los dos sistemas fueron verificados y trazados con instrumental calibrado en laboratorios acreditados ISO17025, como micrófono GRAS 40AO y tarjetas de generación y adquisición de señales National Instrument NI USB-9234 y NI PCI-6289, siguiendo la metodología para la verificación de la calibración de sonómetros IEC61672-3. En cada sala de clases se seleccionaron 5 puntos para la medición del STI en la condición SIN sistema de refuerzo sonoro (SR) y luego CON sistema de refuerzo sonoro (CR). La distribución de los puntos de medición se asocia al lugar del alumno más favorecido en la emisión acústica directa o

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primer puesto central junto al profesor (P1), a los lugares menos favorecidos o “esquinas más alejadas del profesor” (P3-P4) y puntos laterales de la primera fila (P2-P5). Las mediciones se realizan sin la presencia de alumnos y profesores. Para obtener el STI final por sala y la calificación de la Inteligibilidad, se siguió la metodología establecida en la norma IEC 60298-16:2011[6], que propone una calificación D (ST ≥ 0.60) y superior (C, B, A o A+) para el uso típico de una sala de clases. Paralelamente se calificará el STI según la escala de Barnett [7]. III. RESULTADOS Promediando el resultado de los STI y Nivel de Presión Sonora Equivalente para todas las salas de cada colegio en la condición Sin Refuerzo y Con Refuerzo se obtuvieron los resultados que se indican en la Tablas I y II. Una representación de la distribución de la calificación del STI según IEC 60298-16 se muestra en la figura 1, para todas las salas medidas.

TABLE I. VALORES DE STI, NIVELES DE PRESIÓN SONORA EQUIVALENTE Y CALIFICACIÓN DE LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA PARA LA CONDICIÓN SIN REFUERZO DE LA VOZ. Escuela o Colegio N°

N° de Salas Clases medidas

STI Promedio SR y Desviación Estándar

1 2 3 4 5 6

4 7 11 48 29 4

0.6 (0.09) 0.54 (0.08) 0.53 (0.06) 0.56 (0.06) 0.53 (0.08) 0.65 (0.03)

Total General

0.548 (0.08)

NPSeq Promedio SR y desviación estándar [dB(A)]

Calificación STI SR, IEC 60298-16

61.5 (2.09)

F (Regular)

59 (3.03) 59.9 (2.48) 62.9 (1.6) 61.4 (1.73) 62.1 (1.35) 59.3 (1.54)

y Barnett

E (Regular) F (Regular) G (Regular) F (Regular) G (Regular) D (Buena)

TABLE II. VALORES DE STI, NIVELES DE PRESIÓN SONORA EQUIVALENTE Y CALIFICACIÓN DE LA INTELIGIBILIDAD DE LA PALABRA PARA LA CONDICIÓN CON REFUERZO DE LA VOZ. Escuela o Colegio N°

N° de Salas Clases medidas

STI Promedio CR y Desviación Estándar

1 2 3 4 5 6

4 7 11 48 29 4

0.63 (0.07) 0.59 (0.05) 0.58 (0.05) 0.62 (0.06) 0.59 (0.09) 0.68 (0.03)

Total General

0.603 (0.07)

NPSeq Promedio CR y desviación estándar [dB(A)]

Calificación STI SR, IEC 60298-16

72.6 (3.19)

D (Buena)

70.3 (3.11) 71.8 (3.37) 74.5 (2.88) 72.6 (3.58) 72.8 (2.67) 69.9 (1.41)

y Barnett

D (Buena) E (Regular) E (Regular) D (Buena) E (Regular) C (Buena)

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ruido de fondo de las salas, usando el nivel normal o sin sobreesfuerzo de la voz. Según la Figura 1, del total de 73 salas evaluadas, 17 cumplieron el estándar “D o superior” sin refuerzo sonoro, representando un 23.2 %, en cambio, al evaluar con refuerzo sonoro se obtiene que 34 salas cumplen el estándar, lo que representa un 46.6 % del total. También se puede observar en la Figura 1 que la distribución de frecuencia de la calificación del STI, inicialmente centrada en “F” Sin Refuerzo sonoro, luego de utilizar el refuerzo sonoro se desplaza hacia calificaciones superiores centrándose en “E”, obteniéndose importantes aportes de salas en las calificaciones “C” y “B”.

Fig.1: Distribución de frecuencia de la calificación de STI IEC60289-16, para condición sin refuerzo y con refuerzo de la voz.

Respecto al tiempo de reverberación y ruido de fondo medido en las 73 salas, se muestra el resultado promedio para cada colegio en la Tabla III.

TABLE III.

VALORES DE RUIDO DE FONDO Y TIEMPO DE REVERBERACIÓN EN LAS SALAS DE CLASES.

Escuela o Colegio

1 2 3 4 5 6 Total General

N° de Salas Clases medidas

4 7 11 48 29 4 73

Ruido de Fondo Promedio y desviación estándar [dB(A)]

48.1 (0.88) 45.4 (4.61) 43.6 (5.95) 46.1 (3.78) 46.8 (4.66) 47.5 (3.93) 46.1 (4.68)

Tiempo Rev. Promedio y desviación estándar [s]

0.76 (0.18) 0.73 (0.21) 1.14 (0.26) 0.9 (0.24) 1.48 (0.34) 1.24 (0.19) 1.16 (0.4)

IV. DISCUSIÓN Y TRABAJO FUTURO En base a la escala de calidad o calificación del índice STI de la norma IEC60268-16:2011, el valor Total General de STI para la voz normal de un profesor en las 73 salas de clases medidas fue de STI=0.548 Sin Refuerzo Sonoro, obteniendo una calificación F que implica una condición “Regular” para la comunicación, tal como se indica en la Tabla I. Con refuerzo sonoro de la voz, resultó un valor Total General de STI=0.603 obteniendo una calificación D que implica una condición “Buena” para la comunicación, tal como se indica en la Tabla II. Para la escala de Barnett, la calidad de la comunicación cambia desde una calificación “Regular” a una “Buena” luego del uso del refuerzo sonoro.

Considerando un estándar de 0,8 segundos como tiempo de reverberación máximo recomendado para salas de clases desocupadas, se obtuvo que 17 de las 73 salas lo cumplen (ver Tabla III), lo que significa un 23.3% de los casos. El promedio del tiempo de reverberación para las 73 salas fue de 1.16 s para su condición vacía. Respecto al ruido de fondo medido en la condición sin alumnos y profesores, este solo valida el resultado de las mediciones de Nivel de Presión Sonora Equivalente emitido, STI y Tiempo de Reverberación y no corresponde al ruido de fondo habitual en el lugar de trabajo de los profesores. En general, la implementación de los dispositivos de refuerzo sonoro mantienen o mejoran la inteligibilidad del habla, aumentando la cantidad de salas con una condición “Aceptable” o “Buena” (desde 23.2% a 46.6%). Por otro lado, aumentan significativamente los niveles de presión sonora emitidos por el profesor, hasta 16.4 dBA, mientras éste conserva el nivel normal de emisión o sin sobreesfuerzo de su voz (65 dBA). Respecto al trabajo a futuro, se propone como materia de otra investigación, corroborar un efecto positivo de los dispositivos estudiados, en el estado de la voz de profesores “usuarios”, por medio de la medición y seguimiento de indicadores fonético-acústicos, para validar estos dispositivos como una real herramienta para evitar el sobreesfuerzo de la voz cuando los factores ambientales acústicos son desfavorables. La actual disponibilidad de sistemas inalámbricos de audio digital, permiten implementar nuevas formas de amplificación de la voz, de tipo móvil o de instalación, impulsando a investigar nuevas tecnología de bajo costo con aplicaciones en la prevención de la disfonía. Otro aspecto que se propone estudiar es el efecto de los dispositivos de refuerzo utilizados en este trabajo en salas de clases ocupadas con alumnos y profesores, las que presentarían otro comportamiento acústico debido a la absorción de ruido y ruido de fondo que ocasionan las personas, en conjunto con el ruido ambiental exterior.

Los niveles de presión sonora emitidos por el profesor desde su lugar de trabajo, aumentan en promedio 11.1 dBA, desde 61.5 dBA (Tabla I) a 72.6 dBA (Tabla II), con el uso del refuerzo sonoro y en el mejor de los casos aumentan hasta 16.4 dBA para los lugares más alejados de los alumnos, implicando una mejora significativa la relación señal - ruido respecto al

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional REFERENCIAS [1] Colton, R. H., Casper, J. K., Leonard, R. (2011). Understanding Voice Problems: A physiological perspective for diagnosis and treatment. Baltimore, MB: Lippincott Williams & Wilkins. pp. 372–385. [2] Aronson, A. E., & Bless, D. M. (2009). Clinical Voice Disorders. New York: Thieme. pp. 1–5. [3] Las enfermedades de la Voz, Federación Estatal de Enseñanza de CCOO, España 2010. [4] National Union of Teachers “NUT” , Acoustics in Schools: Health and Safety Briefing. UK 2012. [5] Final Report of the Project 'Speakers comfort and voice disorders in classrooms, Technical University of Denmark, Lund University – 2012. [6] IEC 60268-16:2011, Sound system equipment - Part 16: Objective Rating of Speech Intelligibility by Speech Transmission Index. [7] Barnett, P. W. (1999). "Overview of speech intelligibility" Proc. I.O.A Vol. 21 Part 5. [8] ISO3382-1:2009, Acoustics -- Measurement of Room Acoustic Parameters -- Part 1: Performance Spaces. [9] Guidance BB93, Acoustic Design of Schools - Performance Standards, Education Funding Agency, 19 December 2014, United Kingdom. [10] Adrián Castillo, César Casanova, Daniel Valenzuela, Sebastián Castañón, Docentes Unidad de Voz, Escuela de Fonoaudiología, Facultad de Odontología, Universidad Mayor., Prevalencia de disfonía en profesores de colegios de la comuna de Santiago y factores de riesgo asociados. http://www.scielo.cl/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S071824492015000100004

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TECNOLOGÍA MUSICAL Y ACÚSTICA MUSICAL

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Segmentación y expectación en música acusmática. Un estudio multi-modal F. Schumacher, C. Fuentes, A. Pérez.

Laboratorio de Fenomenología Corporal y Experiencia Musical. Facultad Psicología, Universidad Diego Portales, Santiago, Chile. Abstract— En este artículo presentamos los resultados de un estudio experimental, multimodal o de métodos mixtos, orientado a comparar y evaluar los enunciados de un compositor y las respuestas de auditores en relación a dos criterios centrales en los estudios cognitivos de la música, los cuales son la segmentación del flujo sonoro y el quiebre de expectativas. Para ello se realizó un diseño experimental que consideró el encargo de una obra acusmática a un compositor, la que fue presentada a auditores sin conocimiento previo del género. Durante la sesión de escucha se registraron los puntos de segmentación marcados por los participantes y se tomaron registros de dilatación pupilar como indicador de quiebre de expectativas. Posteriormente se le practicó a cada participante una entrevista microfenomenológica sobre su experiencia durante la sesión de escucha. Los resultados tanto cualitativos como cuantitativos indican un grado de coincidencia significativa entre compositor y auditores tanto en la segmentación de niveles jerárquicos superiores de la obra como en los puntos de quiebre de expectativas. Estos resultados podrían sugerir la recurrencia a ciertos esquemas y modelos cognitivos presentes durante la escucha que, inclusive sin conocimiento previo del género, orientarían el sentido que los auditores asignan a lo escuchado. palabras claves: cognición musical, acusmática, segmentación, expectación, métodos mixtos.

INTRODUCCIÓN

En este trabajo presentamos un estudio experimental orientado a comparar y evaluar los enunciados de un compositor y las respuestas de los auditores en relación a dos criterios centrales en los estudios cognitivos de la música, cuales son la segmentación del flujo sonoro y el quiebre de expectativas. Esto, dentro del contexto de la música acusmática donde aspectos como la espacialidad, tanto durante el modo de producción como en la representación acústica de la obra, juegan un papel relevante [1] [2]. Segmentación La segmentación y agrupación de flujos sonoros en unidades que permitan dar sentido a lo escuchado, es fundamental para la identificación semántica de los sonidos así como de sus características constitutivas [3]. Para ello la

mente extrae información sobre comienzos, finales y límites de los flujos sonoros, tanto durante la vida cotidiana, como en relación a aquello que llamamos música. Diversos autores han sostenido que los criterios de segmentación del flujo sonoro coexisten en varios niveles jerárquicos y escalas de tiempo [4] [5]. En el estado inferior estarían la percepción de duraciones y alturas discretas, intensidad, localización y timbre. En un nivel medio, las agrupaciones rítmicas y melódicas así como relaciones armónicas hasta alcanzar niveles jerárquicos superiores como motivos, frases y movimientos, a los que además se les asocia algún tipo de significación. Según Clarke y Kumhansi [6] los estudios empíricos sobre las estructuras temporales de la música han sido casi exclusivamente confinados al estudio de sus organizaciones rítmicas y métricas relacionadas con el canon armónico tonal de la música occidental. Algunos estudios han abordado la percepción de la forma, estructura y segmentación en música contemporánea [4] [5] [6], cuyo resultado más destacable ha sido la ausencia de diferencias significativas en el desempeño de músicos y no músicos en la segmentación de las obras estudiadas. Expectación Existen elementos fundamentales de la experiencia musical que se relacionan con las percepciones sensoriales, pero que también tienen un componente que podría ser considerado como subjetivo: las expectativas. En el trabajo seminal de David Huron [7] se define la expectativa de manera general como una forma de creencia, ya sea mental o corporal, de que un evento ocurrirá en el futuro, y para ello se genera una preparación cognitivo-corporal. Una definición más acotada de lo que significa tener una expectativa es la que desarrollan Raisig et al, [8] como una representación que existe en la memoria de trabajo, la cual se va comparando con los eventos que ocurren en el momento presente. Modelo que se genera con el fin de disminuir la carga cognitiva a la que está sujeto la persona, quien, de este modo, estructura su actuar y puede optimizar el resto de sus recursos cognitivos. De ello que cuando hay una ruptura o quiebre de expectativas, se espera que haya un aumento en la carga cognitiva en cuanto

Este texto contiene resultados del proyecto del Fondo de la Música Nacional Nº 201716, titulado Hacia una gramaticidad de las músicas no escritas: un enfoque neurofenomenológico. 2016

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional la persona debe modificar el modelo en su memoria de trabajo. La dilatación pupilar es una respuesta observable al quiebre de expectativas, en cuanto medida indirecta de carga cognitiva. [9]. II.

METODOLOGÍA

La investigación de la música desde enfoques cognitivos se ha basado en gran medida en análisis de datos cuantitativos, lo que les otorga confiabilidad y solidez científica. No obstante, hemos sostenido en otros lugares [10] que los mismos fenómenos estudiados bajo técnicas cuantitativas podrían beneficiarse de la incorporación de las ventajas de metodologías cualitativas en un marco metodológico complementario y coherente. En esa línea, los métodos mixtos (mixed method) [11] o también llamados métodos multimodales (MM) por Hernández Sampieri [12], incluyen idealmente los beneficios de métodos cualitativos y cuantitativos. Preferentemente los MM se han usado de manera complementaria, para proporcionar una interpretación más significativa de los datos y el fenómeno que se está examinando [15]. En esta línea, nuestro estudio recoge las ventajas de un diseño en dos etapas o de exploración secuencial con predominancia de lo cualitativo, que resulta más adecuada que un método de triangulación para probar una teoría emergente, debido a que ambos tipos de datos se interpretan durante la fase de su integración. Las hipótesis en un método mixto como el que presentamos difieren en comparación con las preguntas de investigación exclusivamente cuantitativas o cualitativas, y están basadas en la teoría de las tres hipótesis [13]. La primera hipótesis corresponde es de orden cuantitativo y la segunda a lo cualitativo. La tercera hipótesis refiere a la parte MM. Las hipótesis de este estudio son: A. Los auditores, aún sin conocimiento previo de la música acusmática, realizan segmentaciones de nivel superior del flujo sonoro que pueden ser coincidentes con la segmentación propuesta por el compositor, como se ha demostrado en la literatura sobre música contemporánea instrumental [4] [5] [6] B. En la descripción de la experiencia de escucha de los sujetos, existen convergencias intersubjetivas de las que se pueden deducir esquemas y modelos cognitivos recurrentes que dan sentido a lo escuchado. C. Las convergencias intersubjetivas entregan detalles relevantes de la experiencia de escucha que permiten contextualizar el análisis de los datos cuantitativos y cualitativos de segmentación y violación de expectativas. Adicionalmente nos proponemos explorar si los auditores perciben los quiebres de expectativas intencionados por el compositor, lo que se expresaría en la dilatación pupilar asociada al aumento de la carga cognitiva. Participantes El experimento contó con un total de 20 sujetos con un promedio de edad de 28 años, 11 personas de sexo

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femenino y 9 personas de sexo masculino. 17 de los 20 participantes no habían realizado con estudios musicales. Ninguno de los participantes había escuchado música acusmática previamente. Estímulo Se le solicitó al compositor Alejandro Albornoz, la composición de una pieza acusmática en formato octofónico específicamente para esta investigación, así como la redacción de un documento sobre la obra y el proceso de composición. Protocolo de experimento El experimento se realizó en tres etapas: 1.- Se les solicitó a los participantes realizar un test de audición previo a la sesión de escucha, cuyo fin era confirmar una audición normal en ambos oídos. Para ello se realizó un test on line (https://hearingtest.online). 2.- La sesión de escucha con Eye Tracker, donde se invitó a los sujetos que marcaran con la barra de espacio de un teclado cada vez que pensaban, escuchaba o sentían que algo cambia en el flujo sonoro. 3.- Una entrevista micro-fenomenológica [16] donde se solicitó a los sujetos evocar el o los momentos que identificaron como significativos durante la sesión de escucha. Tarea y procedimiento El experimentó se realizó en el Laboratorio de Fenomenología Corporal y Experiencia Musical de la Facultad de Psicología de la Universidad Diego Portales. Se utilizó un equipo Eye Link 1000 para las medidas de pupila. El estímulo fue reproducido desde la plataforma Pro Tools en un dispositivo octofónico habitual en un laboratorio de electroacústica. Durante el experimento, se pidió a los sujetos que presionaran la barra espaciadora cada vez que consideraran que ‛algo cambió’ en la obra. III.

RESULTADOS

Resultados Segmentación y Dilatación Pupilar Para el análisis de las segmentaciones, se dividió la obra en 58 segmentos de 7 segundos. Esta división en ventanas temporales es pertinente ya que, dada la naturaleza de la tarea, ésta se realiza con posterioridad a detectado o percibido el cambio. El tiempo de respuesta, puede variar entre 1 y 1,5 seg. en estudios sobre detección de variación de alturas en contextos tonales [7]. Por otra parte, dadas las diferencias intersubjetivas tanto en tiempo de reacción como en la evaluación del estímulo, dos sujetos pueden querer señalar el mismo cambio pero marcar en momentos distintos. En el análisis de los resultados se aplicó una regresión logística para evaluar la relación entre ventanas de tiempo y segmentaciones, apareciendo como significativos los valores en las ventanas 8 (0,0071); 11 (0.00709); 25 (0.0013); 29 (0.000565); 39 (0.0071); 43 (0.0031); 44 (0.0070) y 55 (0.0071). Las ventanas 25, 29, 37 y 43 son las que obtuvieron mayor concentración de marcas de segmentación. De ellas, en particular la Nº29 parece relacionarse principalmente con un cambio de movimiento espacial del sonido. Según reporta el

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compositor, en esa ventana temporal se repite un sonido de iteración doble, que se traslada por los altoparlantes 3-4, 5-6 y 1-2, para finalizar en 7-8. 12

9 6 3 0 Fig. 1: Puntos de concentración de marcas de segmentación

En cuanto a los datos de dilatación pupilar, según señala la literatura, ésta es una respuesta lenta desde el punto de vista fisiológico, tardando entre 300 y 500 milisegundos (ms.) en iniciarse (post-estímulo), alcanzando su peak entre los 3000 y 5000 ms. Para el análisis de estos datos, se procedió a comparar el promedio de la señal relacionada con los quiebres de expectativas musicales indicadas por el autor en bloques de tiempo de 1500 ms. de duración, con una señal random dentro de la experiencia de escucha. Se corrigió la señal por su línea de base mediante el promedio de toda la ventana de tiempo, la cual se restó a la señal original. Se promedió la totalidad de quiebres de expectativas por cada sujeto. Los puntajes fueron normalizados a z score para realizar las comparaciones.

Resultados entrevista micro-fenomenológica Las entrevistas, realizadas inmediatamente después de la sesión de escucha, fueron grabadas y posteriormente transcritas para su análisis. Este consistió, en detectar y diferenciar las descripciones en que los sujetos hacían mención de los elementos sonoros involucrados en la experiencia de aquellas donde se referían a lo que podríamos calificar como dimensiones psicológicas de la experiencia: la evocación de estados de ánimo, asociaciones o sensaciones corporales. A partir de esta primera distinción, el análisis se enfoca en ambas dimensiones presentes en la narrativa de los sujetos, generando categorías de análisis que surgen de las recurrencias, regularidades y convergencias detectadas en el discurso de los participantes. Para ello se utilizó una metodología de análisis de discurso orientado por la teoría fundada [15] organizadas con las herramientas convencionales del software de análisis cualitativo Atlas-TI. Del análisis de estas convergencias y regularidades descriptivas, resulta que los sujetos en mayoría distinguieron tres secciones o partes de la obra, lo cual coincide con la idea formal que esboza el compositor: ‟podría decirse que la obra podría dividirse en tres secciones generales, la primera de iteraciones de mediana intensidad (desde el inicio hasta el minuto 2:15 aproximadamente, lo que incluye el “puente atmosférico”), una segunda de gran despliegue energético e intensidades de gran volumen (loudness) desde 2:16 aproximadamente hasta el minuto 5:21 y la tercera y final de intensidad mediana que se fluctúa entre un “fade in” y un desvanecimiento que lleva al final, todo desde el minuto 5’38, luego de una pequeña transición entre 5:21 y 5:38 compuesta por granos y los sonidos descritos previamente como de “interferencia eléctrica” [16] Descripciones

Fig. 2: Variabilidad del tamaño pupilar

Luego de realizar un t test para muestras dependientes, se observan diferencias significativas de dilatación pupilar entre la señal de control y los puntos indicados por el compositor como quiebre de expectativas, las que ocurren entre 1050 y 1100 ms. a partir del tiempo cero indicado (p=0,01)

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Sección 1

Sección 2

Sección 3

Sentí sonidos que me parecían explosiones. Sentí angustia pues quería mirar desde donde venían, atrás mío. Se sentían cada vez un poco más cerca y más fuerte. (Auditor 3).

Un momento, hacia la mitad, donde comenzaron los sonidos muy fuertes. Era muy intenso y estaba muy atenta a la música. Esperando a que venga un sonido más fuerte que el anterior. (Auditor 16)

Todo era como bien impredecible al menos hasta el momento en que vino algo como strings…ahí cambio esa sensación para mí, ahí intuí que estaba por terminar la escucha. (Auditor 6)

Tabla 1: Ejemplos de descripciones de sujetos relacionadas con secciones de la obra

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Durante el análisis de las narraciones de los sujetos relacionadas con el quiebre o no de expectativas, encontramos las siguientes convergencias: a) Uso de modelos referenciales: Los auditores desarrollan relaciones con diversos modelos referenciales, por lo general extra musicales, que les permiten dar sentido y predictibilidad al estímulo. La pertinencia de un modelo parece ser dinámica, pudiendo este adecuarse o ser reemplazado por otro en el curso de la escucha. En el caso del estímulo presentado, del relato de los sujetos se desprenden tres modelos principales: • La experiencia del cine. Frecuentemente los auditores reportaron ‟sentirse dentro de una película” (Auditor 3), desde la cual desarrollaban una narrativa que explica los eventos sonoros ocurridos y que eventualmente anticipan los siguientes. • Experiencias y recuerdos personales. Referencias a situaciones ya experimentadas o con sueños que pueden explicar contextualmente la sucesión de eventos percibidos en el estímulo: ‟es interesante estar atento a lo que está pasando. Uno en la calle escucha cosas parecidas a esta: ruidos por todos lados” (Auditor 13). • Modelos gestálticos. Recurrencia a principios y leyes de la Gestalt, particularmente las leyes de similitud, proximidad y de la buena forma: ‟encontré que los sonidos tenían patrones, se repetían. Iban cambiando pero yo sentía que se repetían” (Auditor 1). ‟Uno siempre espera que el silencio siempre surja después de una caída del sonido, leve” (Auditor 19) b) Corporización de la experiencia: Los auditores hacen alusión a una implicación personal, corporal, en los efectos de quiebre o confirmación de expectativas. Esto se representa en frases como ‟Cuando vino esa sección continua el cuerpo se distiende y ya sé lo que viene: descanso un poco y dejo de estar pensando en lo que viene después” (Auditor 17) o ‟Habían sonidos muy fuertes y otros suaves, no daba el tiempo para reponerse de uno y empezaba el otro” (Auditor 1). IV.

CONCLUSIONES

Los resultados obtenidos sugieren que los participantes de esta experiencia, aún sin conocimiento previo de la acusmática en tanto género musical, realizan segmentaciones de nivel jerárquico superior con alto grado de coincidencia con aquella propuesta por el compositor. Lo anterior confirma lo ya señalado en la literatura relacionada con otros formatos de la música contemporánea de concierto. Otro aspecto relevante pareciera ser que el rol que juega la espacialidad en música acusmática no se limita a aspectos sintácticos de la obra, como lo observamos en un anterior estudio [1], pudiendo incidir también en la segmentación que hacen los sujetos de los flujos sonoros. Por otra parte, los resultados de dilatación pupilar de los participantes, parecen estar relacionados con las violaciones de expectativas intencionadas por el compositor

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en la obra musical escuchada. Los sujetos, en el caso de esta experiencia, parecen comparar lo escuchado con modelos referenciales más bien extra musicales, dinámicos. La no coincidencia del estímulo con el o los modelos almacenados en la experiencia de los sujetos, pareciera abrir la búsqueda a nuevos modelos que permitan anticipar plausiblemente los eventos sonoros futuros. Lo anterior es lo que parecen indicar testimonios como ‟Para identificar un evento particular tenía que esperar a qué venía después, si no se correspondían con lo anterior me daba cuenta que la atmósfera cambiaba” (Auditor 6). Finalmente, el uso de metodologías multi-modales en un diseño experimental, permite contextualizar el análisis de los datos cuantitativos, relacionándolos con las descripciones de la experiencia de los sujetos, como un medio adecuado para ampliar y profundizar el conocimiento empírico sobre la experiencia musical acusmática. REFERENCIAS 1. 2.

4. 5. 6. 7. 8.

9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16.

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Caracterización Acústica del Bombo Chinchinero a

E., Floodya, L., Núñezb

Departamento de Sonido, Universidad de Chile, Santiago, Chile, eddiefloody@u.uchile.cl b Departamento de Sonido, Universidad de Chile, Santiago, Chile, lnunez@.uchile.cl

Abstract— El bombo chinchín es un instrumento tocado por el chinchinero, un músico callejero, que baila acrobáticamente y toca el instrumento con baquetas muy largas y colgado a su espalda. La cuerda que acciona los platillos pasa por dos perforaciones que atraviesan el cilindro del bombo, modificando la natural sonoridad de este tipo de instrumentos. El objetivo de este trabajo es presentar una caracterización vibro acústica de este instrumento, determinando sus frecuencias naturales, tanto por medios experimentales como usando el Método de los Elementos Finitos (FEM). Las frecuencias naturales serán comparadas con un bombo normal de dimensiones similares. Los resultados preliminares muestran diferencias en la frecuencia fundamental y los sobretonos en ambos tipos de tambores. Keywords—bombo chinchinero; acústica musical

I. INTRODUCCIÓN Los instrumentos de percusión han tenido una creciente atención en estos últimos años, donde se han llevado a cabo diversos trabajos experimentales, como simulaciones numéricas [1],[2]. El objetivo de este informe es presentar los datos preliminares de las mediciones de un bombo chinchinero representativo, sin embargo se debe considerar que la fabricación es artesanal y que pueden existir variaciones en dimensiones y materiales de los mismos. La meta de este trabajo es dar un inicio al estudio de este instrumento musical y poder generar un modelo acústico/vibratorio de carácter lineal. Por otra parte se han realizado mediciones acústicas a fin de determinar las resonancias del sistema

como un tubo rígido de 0.10 [m] de longitud y de diámetro de 0.02. [m]. Las membranas son de mylar de 0.19 [mm] de espesor, la tensión aplicada es 261820 [N/m]. En su totalidad el modelo consta de 173246 elementos y de 303697 grados de libertad III. MEDICIONES La excitación del bombo fue solamente acústica, específicamente un barrido de frecuencias entre 20 [Hz] y 4000 [Hz], con el fin de analizar solamente la parte lineal de dicho sistema. Para generar resultados en el proceso de mediciones, se trabajaron diversas modalidades de medición Primero, la fuente de sonido ubicada en forma externa y la posición del micrófono en el interior del bombo usando la perforación inferior. En el caso segundo y tercero, la fuente no se varió y el micrófono fue ubicado en los parches superior e inferior respectivamente. La cadena electroacústica queda representada en la figura 1

II. DESCRIPCIÓN DEL MODELO DE ELEMENTOS FINITOS Considerando el carácter del problema se decidió tomar como punto de partida el trabajo de Torin y Bilbao [3], considerando solamente la parte lineal de dichas ecuaciones y tratándolas con el Método de los Elementos Finitos (FEM). El modelo como tal en esta etapa, considera la superficie lateral como perfectamente rígida y solamente existe interacción entre la parte de la membrana y la cavidad de aire en su interior. El medio acústico externo y el problema de radiación sonora no serán contemplados en esta etapa del proyecto. La fuente está dentro de la cavidad de aire y dos puntos de recepción han sido fijados, uno dentro de la cavidad y otro en la superficie de la membrana. Las dimensiones del bombo son 0.508 [m] de diámetro, 0.240 [m] de profundidad, las paredes son de un espesor de 0.003 [m], el diámetro de la perforación inferior es de 0.03 [m], la perforación superior, que sostiene el platillo es modelada

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Fig. 1: Cadena Electroacústica de Medición

Se determinaron las densidades espectrales de potencia (PSD) de las señales de entrada y salida a fin de determinar la respuesta de frecuencia del bombo. IV. RESULTADOS Los resultados de las mediciones se presentan en las siguientes figuras. La figura 2 muestra las señales de entrada y salida en el dominio del tiempo, la figura 3 muestra las respectivas densidades espectrales de potencia, la figura 4 la respuesta de frecuencia del bombo.

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Por otra parte las simulaciones computacionales dieron como resultado el nivel de presión sonora (Figura 5) y el desplazamiento de la membrana (figura 6), para el bombo con perforaciones. Por otro lado la figura 7 muestra el nivel de presión sonora dentro del bombo con y sin perforaciones, donde se puede observar que las variaciones se manifiestan de manera discreta, principalmente en el sector de alta frecuencia.

Fig. 2: Señales de entrada y salida en el dominio del tiempo

Fig. 5: Bombo chinchinero con perforación, nivel de presión sonora

Fig. 3: Densidades espectrales de potencia de las señales de entrada y salida

Fig. 6: Bombo chinchinero con perforación, desplazamiento

Fig. 4: Respuesta de frecuencia del bombo

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Fig.7: Bombo chinchinero con y sin perforación, nivel de presión sonora

V. CONCLUSIONES PRELIMINARES Se puede observar ciertas discrepancias entre los resultados teóricos y experimentales, esto puede ser explicado por variadas razones, aún no se ha incluido los efectos de la superficie lateral y ciertos elementos del chinchin no han sido incluidos, como los platillos, triángulos y soportes varios. Por otra parte el modelo numérico si es capaz de explicar las diferencias tonales que existen entre este instrumento y los bombos normales. AGRADECIMIENTOS Los autores desean agradecer al Fondo CREART de la Vicerrectoría de Investigación y desarrollo de la Universidad de Chile, que financia este proyecto y a todos aquellos que participan activamente, Osvaldo Muñoz, Fernando Carrasco, Lorna Lares López y al maestro chinchinero Pablo Vega. REFERENCIAS [1] G H. Fletcher and I. G. Bassett, “Some experiments with the bass drum,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 64, p. 1570, 1978. [2] J. T. D. Rossing, I. Bork, H. Zhao, and D. O. Fystrom, “Acoustics of snare drums,” The Journal of the Acoustical Society of America, vol. 92, p. 84, 1992. [3] A. Torin and S. Bilbao, “Numerical experiments with non-linear double membrane drums,” in Proc. 4th Stockholm Musical Acoustics Conference (SMAC 2013), Stockholm, Sweden, 2013.

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Composición Sonora Interactiva con Danza: Prácticas desde Proyecto Emovere a

J. Jaimovicha, F. Morandb

Departamento de Sonido, Facultad de Artes, Universidad de Chile, Santiago, Chile, javier.jaimovich@uchile.cl b Departamento de Danza, Facultad de Artes, Universidad de Chile, Santiago, Chile, fmorand@u.uchile.cl

Abstract— Durante los últimos tres años, Proyecto Emovere ha estado realizando una investigación artística para desarrollar diseños interactivos entre Sonido y Danza, utilizando señales fisiológicas y de sistemas micro-electromecánicos para ser utilizados en performances artísticas. El año 2015, se estrenó en GAM la primera obra homónima de esta colaboración, con una segunda obra en desarrollo. Este escrito aborda las técnicas y metodologías que se han desarrollado para medir, procesar e interpretar las señales de intérpretes, y los modos y técnicas para mapear y modular ambientes de sonido en tiempo real. El documento está centrado en la obra Emovere, presentando también aspectos sobre la obra en proceso Intersecciones Frágiles. Keywords— diseño sonoro; interacción; bioseñales; tiempo-real

aumentados, híbridos, que están mapeados a ambientes sonoros, visuales e incluso instalativos. Para lograr esto, se ha utilizado una metodología de trabajo en torno a un espacio de laboratorio, donde se suscribe la noción de la sala de ensayo como un laboratorio para la investigación artística, para que la práctica y la investigación puedan coexistir de forma interdisciplinaria y horizontal [1]. Este escrito presenta las estrategias de composición sonora y los diseños de interacción que se han construido para la obra Emovere e Intersecciones Frágiles, obra que está en proceso. Posteriormente, se concluye con reflexiones y discusiones sobre estos procesos, incluyendo aspectos metodológicos y sobre el producto artístico que emerge en proyectos de esta naturaleza.

I. INTRODUCCIÓN Proyecto Emovere nace en 2014 en la Facultad de Artes de la Universidad de Chile bajo la dirección de los académicos Francisca Morand y Javier Jaimovich, como un colaborativo interdisciplinario con el objetivo de investigar y explorar la creación artística con una mirada de nuevas tecnologías y de interactividad.1 Su primera obra interdisciplinar interactiva se estrena bajo el nombre Emovere en octubre de 2015. A partir de este primer proceso creativo se decide continuar el trabajo, conformándose el núcleo Proyecto Emovere. En sus más de tres años de trabajo, el núcleo ha congregado estudiantes, artistas, profesionales y académicos de diversas disciplinas, tales como Danza, Arte Sonoro, Artes Visuales, Ingeniería y Teoría, entre otros, para trabajar y discutir sus temas de interés bajo múltiples modalidades: obras de creación, talleres, residencias, seminarios, presentaciones en conferencias, organización de coloquios y publicaciones. Este proyecto tiene un ingrediente importante de tecnología, pero siempre en relación con el cuerpo, un cuerpo abordado desde su biología, considerando su fisiología, emoción, voz y bioseñales como materiales fundantes del proceso interactivo. En este aspecto, el interés es capturar los procesos internos del cuerpo en tiempo real con el uso de nuevas tecnologías, para transformar el cuerpo de los intérpretes en cuerpos 1

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II. SISTEMA INTERACTIVO El objetivo del sistema interactivo está enfocado en utilizar los cuerpos de los bailarines para que sean ellos mismos los motores y generadores de sonido y de las modulaciones de ambientes sonoros en las obras. El fin no es transformar el cuerpo en una especie de máquina que tenga completo control, sino buscar medir y amplificar las variaciones que ocurren en escena para que se expresen en la sonoridad de la obra, ya sea producto de acciones coreografiadas, sus intencionalidades, u otros cambios que experimenten sus cuerpos. Durante el proceso del proyecto se han utilizado diversos tipos de señales para medir el cuerpo de los intérpretes. La primera obra se centró únicamente en señales fisiológicas (bioseñales), en el proceso actual hemos incorporado señales de movimiento e inerciales. Se utilizan los parámetros extraídos de estas señales para mapearlos a diversos objetos sonoros. Los objetos sonoros son diseños de sonido interactivo asociados al software Max/MSP2 que permiten ser modulados o variados por estas señales que reciben de los intérpretes. Este diseño está íntimamente relacionado con el proceso que se realiza en laboratorio, donde se crea, manipula y varía el diseño de este sistema, el cual se acerca a veces al funcionamiento de un instrumento musical, y otras a sistemas más reactivos o instalativos. De esta forma, se componen y

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional conforman los diferentes ejercicios con los que se construye el proceso creativo, para dar formar a las secciones de una obra. Fig. 1 muestra un diagrama con el que se realiza el diseño de interacción en Proyecto Emovere. Las señales del intérprete son primero pre-procesadas, donde se eliminan ruidos y posibles artefactos que no sean deseados en la señal.

Fig. 1: Diagrama sistemas interactivos en Proyecto Emovere

Posteriormente, se extraen parámetros significativos. Esto corresponde a extraer características y rasgos de interés mediante el procesamiento de la señal. Por ejemplo, extraer pulso cardíaco de una señal de electrocardiograma, o detectar impulsos de movimiento sobre determinado umbral desde la señal de un acelerómetro. Posteriormente, los parámetros significativos se conectan a distintos modos de interacción, diseñados según las directrices de las secciones de las obras. En otras palabras, éstos están relacionados a diseños interpretativos con un componente de creación importante, donde el objetivo está puesto sobre el material artístico que se desea explorar. El modo de interacción es la forma en que el sistema interactúa y dialoga con el cuerpo del intérprete; corresponde a una serie de algoritmos que permiten mapear las características de las señales a parámetros sonoros, visuales o de otra naturaleza. Por ejemplo, relacionar la tensión de un músculo, extraída de la señal de electromiograma, a la intensidad de un oscilador en un objeto sonoro. Por último, la composición de ambientes sonoros modulables está centrada en torno al diseño de objetos sonoros. Cada objeto está diseñado para conectarse con un modo de interacción en específico, teniendo la posibilidad de conectar un modo de interacción a uno o varios objetos sonoros simultánea o secuencialmente durante una obra. El objeto sonoro también corresponde a patches del ambiente de Max/MSP que han sido programados en base a un diseño sonoro que permita ser modulable y modificable por señales de control. Es importante mencionar que esta configuración del sistema interactivo permite realizar relaciones entre un intérprete a uno o varios objetos simultáneos, a través de uno o varios modos de interacción simultáneos, pero también entrega la flexibilidad de vincular múltiples intérpretes a un mismo objeto sonoro.

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III. EMOVERE (2015) La obra Emovere construye una poética escénica a partir de una reflexión sobre la biología de la emoción, donde las variaciones corporales de los intérpretes, atravesados por emociones y movimientos, alimentan un diseño interactivo que genera y modifica el universo audiovisual de la obra. El cuerpo de los intérpretes se presenta como un flujo de información, vibraciones, señales, gestos y tensiones, afectado por la amplificación de sus procesos internos, al mismo tiempo que acciona y modifica un ambiente en constante movimiento, desplazado e impredecible. El sistema interactivo se construyó con cuatro bailarines y la captura y procesamiento de sus señales fisiológicas (musculares y cardíacas) relacionadas con sus cambios emocionales, reflejados en un lenguaje de danza. A. Sobre Señales Fisiológicas y su uso como Indicadores Emocionales Los cuatro intérpretes de la obra trabajaron con una técnica de inducción emocional llamada Alba Emoting [2]. Éste es un método desarrollado para ayudar a reconocer, inducir, expresar y regular seis emociones básicas: miedo, tristeza, erotismo, alegría, ternura y rabia. El entrenamiento consistió en introducir a los intérpretes en patrones de postura, respiración y faciales asociados con cada emoción. El objetivo detrás de este método de abajo hacia arriba (bottom-up) es que el sujeto pueda reproducir el estado corporal que está conectado con cada emoción básica y así, ayudarlo a inducir y vivenciar estas emociones. Alba Emoting trabaja con cinco niveles incrementales de intensidad para cada emoción, siendo el nivel uno el más bajo y el cinco el mayor. Por ejemplo, un nivel cinco del patrón corporal asociado a la rabia requiere un mayor tono muscular, una expresión facial más intensa y un ciclo respiratorio más pronunciado que un patrón corporal en nivel uno. Al trabajar con señales fisiológicas como indicadores emocionales, uno de los mayores desafíos proviene de que los sistemas fisiológicos, en este caso el sistema nervioso, tienen múltiples funciones en el cuerpo humano. Esto implica que un mismo evento emocional puede presentar bajos niveles de repetitividad en su respuesta fisiológica. Es más, las emociones son en parte el resultado de un estímulo novedoso; lo que, por consecuencia, implica que un mismo estímulo no resultará en una misma respuesta a lo largo del tiempo [3]. En el contexto de la obra, tres posibles inductores de variaciones fisiológicas son definidos: Movimiento Coreográficos: Trabajo físico del intérprete que tiene una influencia en variaciones fisiológicas. Ej: trabajo muscular al realizar un movimiento que genera actividad EMG; aumento de frecuencia cardíaca al realizar trabajo aeróbico prolongado. Inducción Voluntaria: El intérprete, al adoptar uno o más patrones corporales de inducción por Alba Emoting, genera una variación directa o indirecta en su configuración fisiológica. Ej: patrón respiratorio influye en variaciones del pulso cardíaco; tono muscular de rabia o miedo influye en lecturas de EMG.

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Inducción Involuntaria: El intérprete, al estar inducido o expuesto a diferentes estados emocionales, realiza ajustes involuntarios en sus señales fisiológicas. Ej. Stress del estreno de la obra aumenta tono muscular, incidiendo en lecturas EMG; Erotización del intérprete produce un aumento de la frecuencia cardíaca. B. Modos de Interacción La premisa para el proyecto Emovere fue utilizar las señales fisiológicas de cuatro intérpretes para que sean las que impulsen y modulen el ambiente sonoro de la obra. Para lograr esto, se utilizaron señales de actividad muscular mediante la medición de electromiograma (EMG) y de actividad cardíaca mediante electrocardiograma (ECG). Una descripción muy completa sobre estas señales y su uso como indicadores emocionales se puede encontrar en [4]. Tres sensores EMG se posicionaron en los bailarines, dos en sus bíceps y uno en su músculo cuádriceps femoral. El sensor de ECG se posicionó sobre el corazón de cada intérprete. Los sensores utilizados fueron de la empresa InfusionSystems, utilizando su transmisor uDig para transmitir datos inalámbricos vía protocolo de bluetooth.3 Estas señales son pre-procesadas, donde se busca eliminar ruidos eléctricos y componentes exógenos, como artefactos que pueden ocurrir por el movimiento de los electrodos. Una vez que se extraen características significativas de las señales pre-procesadas, tales como frecuencia cardíaca de la señal de electrocardiograma o tensión muscular de la señal de electromiograma, viene la fase de mapeo de parámetros. Ésta consiste en vincular el comportamiento de una o varias de estas características a uno o varios parámetros de los objetos sonoros de la obra, mediante el modo de interacción respectivo. Para la obra Emovere se desarrollaron cuatro modos de interacción, los cuales fueron diseñados a partir de un proceso de observación de las cualidades de movimiento originadas desde el Alba Emoting, y mediante una metodología heurística de prueba y error. Entre los elementos que motivaron su diseño, influyeron significativamente las sesiones de laboratorio donde se probaron y evaluaron distintas estrategias que surgían desde propuestas dancísticas o sonoras. A continuación, los cuatro modos de interacción utilizados en Emovere serán presentados y descritos. Los modos están acompañados de vínculos a videos para ilustrar su funcionamiento. 1) Capas Inspirado en los cinco niveles de intensidad que fueron explorados y asimilados por los intérpretes con la técnica de Alba Emoting, este modo de interacción fue diseñado y propuesto para que fuera capaz de integrar el tono muscular del cuerpo de los bailarines para recorrer distintas capas sonoras dentro de objetos. Estos objetos sonoros se diseñaron de manera que aumentaran su intensidad y complejidad timbrística a medida que se incrementaba la cantidad de capas involucradas.4

Una extensión de este modo se diseñó para facilitar la integración de los cuatro bailarines en escena, permitiendo que los cuatro cuerpos pudieran estar conectados a un solo objeto sonoro. Para lograr esto, se dividió el objeto sonoro en bandas de frecuencia que estaban asignadas a los distintos intérpretes. 2) Eventos A partir también de la observación de patrones en las señales durante la inducción emocional de los intérpretes, una característica emergió de las cualidades de movimiento producidas por dos emociones básicas: rabia y miedo. Al inducir estas dos emociones, los intérpretes tendían a movilizarse de manera rápida y abrupta, mostrando un aumento general en su tono muscular. La señal de EMG de estas conductas presentaba a su vez un comportamiento errático, con picos de energía que no siempre estaban correlacionadas con el movimiento de sus extremidades. Basado en estas lecturas, e inspirado en parte por la respuesta de lucha o huida [5], se diseñó un modo de interacción que permitiera trabajar la imprevisibilidad y el aumento de energía de estas emociones. Los objetos sonoros que se utilizaron con este modo de interacción se crearon a partir de las grabaciones de las voces de los mismos intérpretes afectados por los procesos de inducción emocional. Los objetos se diseñaron de manera que pudieran gatillar extractos de estas grabaciones con cada impulso eléctrico de tensión muscular.5 3) Voz y Control Tal como se mencionó en el modo anterior, uno de los elementos que surgió durante las sesiones de Alba Emoting y de laboratorio de este proyecto fue el uso de la voz de los intérpretes como material de trabajo sonoro. La técnica de inducción emocional trabajada por los intérpretes involucró un manejo de patrones respiratorios distintivos para cada emoción. 6 En muchas de estas instancias, los ejercicios de inducción incluían sonidos vocales y respiratorios que ayudaban a expresar y profundizar la emoción trabajada. Esto motivó la idea de experimentar con improvisaciones vocales y lecturas de textos bajo distintas emociones, lo que resultó en un banco de materiales sonoros de alta riqueza timbrística y expresiva. Lo anterior trascendió a dos componentes fundamentales del diseño sonoro de la obra: por un lado, se trabajó con el material vocal grabado en estudio de los intérpretes para construir objetos sonoros, y por otro lado se diseñó un modo de interacción específicamente para trabajar con la voz en vivo de los intérpretes. El modo de interacción para voz y control se diseñó para poder capturar las voces de los intérpretes en escena y traspasar inmediatamente este sonido a su propio cuerpo. Los intérpretes podían así modular sus propias voces utilizando técnicas de síntesis granular que desordenan y mezclan el archivo de sonido con su registro vocal. 7 Este modo ha continuado su desarrollo en el proceso actual de Intersecciones Frágiles. 5

www.infusionsystems.com 4 https://www.youtube.com/watch?v=YFRKXCRfOy8

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https://youtu.be/CRund2RhUp8 https://youtu.be/tYwRmSaExBs 7 https://youtu.be/F40jH65rlWw

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional 4) Pulso y Biofeedback La frecuencia cardíaca de los intérpretes medida durante las sesiones de laboratorio presentó un amplio rango, llegando incluso, en el caso de uno de nuestros intérpretes, a oscilar entre 55 y 130 pulsaciones por segundo (BPM). Esto, como se mencionó anteriormente, no puede ser atribuible únicamente a variaciones del estado emocional, sino también a actividad física y patrones respiratorios que tienen directa incidencia en la frecuencia cardíaca. No obstante, el simple ejercicio de escuchar los latidos de un intérprete mientras se auto inducía estados emocionales resultó ser una experiencia atractiva y con gran carga expresiva. La amplificación de este proceso íntimo e interno, el cual (generalmente) está oculto a los otros, motivó el diseño de un modo de interacción exclusivo para trabajar con los latidos del corazón y emociones básicas. El objetivo de este modo fue permitir que los intérpretes pudieran experimentar distintos niveles de intensidad de emociones básicas con la amplificación de sus latidos, creando un bucle de biofeedback [6]. Los latidos de los cuatro intérpretes fueron trabajados como un solo ensamble, gatillando una serie de sonidos percutidos y sostenidos. La composición sonora se enfocó en un trabajo más reactivo que interactivo, ya que los intérpretes no estaban voluntariamente controlando el resultado sonoro.8 IV. INTERSECCIONES FRÁGILES (EN PROCESO) Intersecciones Frágiles es un proyecto interdisciplinar interactivo, en proceso, donde se cruzan performance e instalación en una sola obra, la que reflexiona sobre el cuerpo contemporáneo que emerge desde el cruce e interacción de su biología con la tecnología; un nuevo cuerpo híbrido atravesado por una multiplicidad de información, que va cuestionando su subjetividad, identidad y su estado simultáneo entre orgánico y artificial. A. Voz como Objeto Sonoro La voz como fuente sonora en vivo y registrada, en forma de palabras, textos y gestos vocales, es procesada por el sistema interactivo en tiempo real, generando variaciones sonoras que presentan diferentes significados entre el movimiento y el sonido emergente. Para Intersecciones Frágiles, estas sonoridades se han diseñado a partir de modos de interacción que registran la voz de la intérprete en vivo, desarrollando y profundizando el modo Voz y Control de Emovere, para posteriormente asignar esta grabación a objetos sonoros que permiten la fragmentación, recorrido, selección de letras, distorsión, y fluctuaciones de tono y altura, sobre una o varias palabras y gestos vocales. La complejidad y riqueza de posibilidades de modulación de parámetros sonoros es posible gracias a la incorporación del sensor Myo. 9 Posicionado en ambos antebrazos, permite medir la tensión muscular con un anillo de sensores de EMG que diferencian diversos flectores y extensores del antebrazo. Además, la utilización de acelerómetros, giroscopios y

magnetómetros permiten tener más de 20 canales independientes de información sobre la posición, tensión y fuerzas que experimenta cada brazo. Estos datos son procesados y posteriormente mapeados a los objetos sonoros de la obra para ser modulados por la intérprete en escena. Los procesos sobre la voz van generando la composición sonora, que enfatiza el efecto dinámico y múltiple de la puesta en escena. Intersecciones Frágiles, utiliza como única fuente sonora las emisiones vocales de la intérprete, de manera que es una obra que se genera en tiempo real, buscando intensificar el proceso de moverse-pensar-sentir de la intérprete, privilegiando el afecto, propiocepción y la intensidad de la sensibilidad. V. REFLEXIONES FINALES La metodología de trabajo de Proyecto Emovere está caracterizada por un desarrollo de materiales específicos relativos al área de cada uno de los colaboradores del núcleo, pero siempre en un diálogo práctico en torno a las temáticas artísticas que aborda el proyecto, incluyendo las que van surgiendo en el proceso, además de las problemáticas tecnológicas que se presentan. Esta última es uno de los objetivos relevantes del proyecto, ya que se están desarrollando no solamente materiales artísticos novedosos, sino que experimentando y desarrollando tecnologías originales que permiten concretar las ideas y las relaciones interdisciplinares. La combinación de los materiales utilizados en la experimentación ha hecho emerger una relación entre cuerpo, tecnología y sonido, que desarrolla una propuesta creativa que se caracteriza por ser inestable, frágil, vulnerable e incontrolable. El trabajo con procesos internos del cuerpo genera un ambiente dinámico, situando al cuerpo del intérprete en un constante estado de atención, consciente de lo irrepetible de sus respuestas biológicas y, por ende, de su performance. Este proceso configura una estética, la cual llamamos carne/máquina, cuerpo híbrido, donde el cuerpo se empieza a hacer “uno” con el dispositivo. En la formación de este cuerpo híbrido hay una configuración que son parte humana (biología) y tecnológica donde ambos aprenden a afectarse mutuamente. El trabajo cambia su enfoque, desde esta relación cuerpo-instrumento hacia un compromiso de ambos, un proceso de desarrollo que es a través del sonido: “Esta configuración cuerpo-máquina es la que explora esta nueva capacidad expresiva del cuerpo, y viceversa [...] cuerpos híbridos como un mapa de relaciones sin distinción de sujeto con el objeto” [7]. REFERENCIAS [1]

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Control de imagen y sonido cuadrafónico en una instalación interactiva con uso de sensores de movimiento S.A., Acevedo Centro de Docencia de Ciencias Básicas para Ingeniería, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile. sebastian.acevedo@uach.cl Abstract— El presente trabajo muestra el desarrollo de un sistema cuadrafónico interactivo en el que se utilizan sensores que detectan movimiento y cuyos datos son utilizados para controlar el instante y la posición donde se generan los sonidos en el sistema de audio envolvente. El sistema de audio se controla con Pure Data (Pd) a partir de una interfaz de audio, y al mismo instante en que se generan los sonidos se proyectan imágenes que tienen relación con el sonido generado, imágenes que están siendo procesadas con el software Processing. El sonido generado, en la etapa de prueba del sistema, es registrado y calibrado con el uso de la cámara acústica con el arreglo esférico, que permite obtener una representación acústica y espacial en 360°. Los asistentes a la instalación interactiva comparten su experiencia a través de una encuesta diseñada para tal fin. Se señalan, además, propuestas para mejorar el sistema interactivo. Keywords—cuadrafónico; pure data; sensores; processing; cámara acústica; encuesta

INTRODUCCIÓN

Sistemas interactivos de audio se han desarrollado, considerando la espacialidad sonora y con tecnologías que hacen uso de herramientas digitales que permiten controlar y desarrollar música electrónica, una revisión de una variedad de sistemas relacionados se señalan en [1], [2], [3], y [4]. Este trabajo propone un sistema cuadrafónico manejado con sensores, para controlar audio e imagen mientras los usuarios participan de la experiencia. El sistema mezcla las posibilidades y capacidades que entrega Arduino, Pure Data (Pd) y Processing, utilizando, para la localización sonora, la diferencia de nivel interaural (ILD) principalmente descrita por Howard y Angus en [5]. Cabe señalar que Arduino es una plataforma electrónica de código abierto basado en software y hardware de fácil uso y acceso. Está pensado para artistas, diseñadores, hobbistas y público en general interesado en crear sistemas robóticos, automatizados e interactivos. Cuenta con soporte en línea comunitario, y el software asociado necesario para programar el procesador (por ejemplo, Arduino IDE) es multiplataforma, funciona en computadores con Windows, Mac y Linux.

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A su vez, Pd es un lenguaje de programación visual de código abierto y gratuito para multimedia (audio, imagen y video). Este software funciona en sistemas con Windows, Mac y Linux. Una de las funciones de Pd en la instalación es controlar el audio que es dirigido a uno (o varios) de los parlantes ubicados a través de una función que incluye una técnica llamada Vector Base Amplitude Panning (VBAP). Por su parte, Processing, es un software que utiliza un lenguaje para aprender a generar códigos en el contexto de artes visuales. Processing es el software que permite controlar y procesar las fotos e imágenes de la instalación a través de un proyector.

II.

DESARROLLO DEL SISTEMA

Para controlar el sistema audiovisual cuadrafónico se utiliza una serie de sensores, como sensores de luz, distancia y movimiento, estos a su vez, son conectados a través de una placa Arduino que hace de interfaz entre los sensores y el computador, que estará trabajando con el software Pure Data (figura 1). Los sensores utilizados son resistencias que varían con la intensidad de luz que reciben (LDR), y que junto a una resistencia fija se genera un divisor de voltaje en el que el voltaje de salida es recibido por las entradas analógicas de la placa Arduino. Además se considera, en conjunto con los sensores señalados, el uso de un control de Wii (Wii Remote), debido a la tecnología inalámbrica que posee a través de la conectividad Bluetooth para detectar la posición del mando, a partir de sensores infrarrojo y acelerómetro de tres ejes.

Figura 1. Esquema para la etapa de captura desde sensores hasta el ingreso al computador.

La placa Arduino funciona con una resolución de 10 bits, por lo que presenta 1024 estados posibles (de 0 a 1023), si es necesario, esto puede transformarse a valores de voltaje que van de 0 a 5 Volts. Esta configuración se puede repetir para varios sensores del mismo tipo, y cada LDR puede

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional tener funciones diferentes en la programación de Pd de acuerdo a la ubicación en la que se encuentren. Sensores de distancia, que hay de dos tipos (unos que hacen uso de ultrasonido y otros que utilizan ondas electromagnéticas infrarrojas), pueden ser utilizados para medir la distancia a la que se encuentran algunos objetos y controlar algunos aspectos de la instalación. El computador, con Pd instalado, controla a su vez la interfaz de audio con sus cuatro salidas de audio independiente y el software Processing para generar las imágenes que se proyectarán en la instalación. (figura 2)

(1) El valor de C > 0 puede ser considerado un control de volumen de la fuente virtual. La percepción de la distancia de la fuente virtual depende de los límites de C, mientras mayor sea el valor de C, más cerca se encuentra la fuente. Si los parlantes se encuentran equidistantes del oyente, la ubicación de la fuente se encontrará en un arco que pasa por los parlantes, que es llamado „arco activo‟ (figura 3). En el sistema VBAP de dos dimensiones la configuración de parlantes estereofónicas de dos canales (acá se utilizan 4 canales) es reformulada con vectores base de dos dimensiones. La base se define por los vectores de longitud unitaria: y que apuntan en las direcciones de los parlantes 1 y 2, respectivamente. El superíndice T representa la transpuesta de la matriz. El

Figura 2. Esquema de control que surge desde el computador hacia la interfaz de audio de cuatro canales y hacia el software Processing para generar imágenes con el proyector.

vector unitario , apunta en la dirección de la fuente virtual y puede ser considerado una combinación lineal de los vectores l1 y l2. Las ganancias g1 y g2 se pueden calcular entonces:

III. VECTOR BASE AMPLITUDE PANNING (VBAP) La componente de audio que presenta el sistema fue detallado por Ville Pulkki [6], en el que establece que el sistema VBAP es independiente de la ubicación de los parlantes y permite el uso de un número ilimitado de ellos en una distribución 2D (dos dimensiones) o 3D (tres dimensiones) alrededor de quien escucha. Se requiere en este sistema que los parlantes se ubiquen aproximadamente equidistantes del oyente y la sala se asume que no sea muy reverberante.

(2) La matriz Lnm contiene información de dos parlantes adyacentes (figura 4).

En este sistema el paneo se reformula con vectores y vectores bases. El uso de vectores hace que los métodos de paneo sean computacionalmente eficientes. Si bien el sistema VBAP permite dirigir el sonido en dos y tres dimensiones, en este trabajo se utiliza específicamente en dos dimensiones.

Figura 3. En un sistema estéreo, se definen φ0 y -φ0 como posiciones de los parlantes, φ es la posición de la fuente virtual. (Imagen adaptada de [6])

Como se señala en [6], el método es una aproximación de localización real de una fuente sonora. La dirección de la fuente virtual es dependiente de la relación de las amplitudes de las señales emanadas. Si la fuente virtual es móvil y su sonoridad debe ser constante, los factores de ganancia g1 y g2 deben ser normalizados. La potencia sonora se puede considerar que tiene un valor constante C, donde se puede establecer que:

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Figura 4. VBAP para un sistema cuadrafónico, cada parlante está en un azimut específico. Los vectores ln apuntan hacia los parlantes y Lnm son los vectores base que se forman entre dos parlantes adyacentes. (Imagen adaptada de [6])

IV. PURE DATA Con respeto a Pure data, este permite utilizar objetos pre-programados en que el usuario puede ubicar y alterar sus características, estos objetos tienen forma de “caja” (rectángulos) y se conectan visualmente con otros objetos en forma análoga a como se realizan las conexiones físicas, reales, en sistemas de audio. En general, los objetos en Pd tienen las entradas en la parte superior y las salidas en la parte inferior [7] [8]. Con las posibilidades que presenta Pd (entre las que se encuentran osciladores, control de entradas de audio, control de salidas de audio, procesamiento de señales, delays, efectos de sonido, filtros, cálculos matemáticos de distinta complejidad, entre otros) se desarrolla y se crea la instalación, en conjunto con sistemas Arduino y con el software Processing, disponiendo de patches de libre acceso creados por usuarios que comparten sus trabajos. [9] En Pure data la estructura del uso de la función VBAP se representa por la ubicación de los parlantes, que puede ser en dos o tres dimensiones. En este trabajo se describe un sistema de dos dimensiones, que queda definido con un „2‟ luego del comando “define_loudspeakers”, a continuación se debe indicar el azimut de cada uno de los parlantes con respecto a la parte frontal del/los oyente/s (figura 5). En una configuración de parlantes de dos dimensiones, la elevación no es necesaria. Por su parte, para un sistema de tres dimensiones se debe indicar azimut y elevación de cada parlante. [6]

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Figura 5. Uso de herramienta vbap en Pd. En la figura se define la ubicación de los parlantes con ‘define_loudspeakers’ en dos dimensiones y la ubicación de los 4 parlantes (en el ejemplo de la figura los parlantes tienen azimut -135°, -45°, 45° y 135°).

El objeto “route” distribuye los valores de ganancia que va a tener cada uno de los canales (en este caso, cuatro). Como la dirección de procedencia del sonido se establece sólo con el azimut, sólo se requiere un sensor para controlar la dirección desde donde se emite el sonido. V. PRUEBA DEL SISTEMA E INSTALACIÓN El sistema es calibrado inicialmente con el uso de una cámara acústica ubicada en el centro de una cámara anecóica. El arreglo que se utiliza es uno esférico (Bruel&Kjaer [11]) que cuenta con 36 micrófonos ubicados en su superficie y, además, utiliza 12 cámaras de video para captar la imagen en un entorno de 360°, que luego forma la imagen acústica de cómo está radiando cada una (o varias) de las cajas acústicas que se utilizan. Si bien, la instalación final se realiza en una sala que no reúne las mismas características que una cámara anecóica, la calibración es útil para controlar la distribución de las ganancias a cada uno de los canales utilizados y otros aspectos técnicos.

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Con Pd se puede controlar, en la etapa de calibración, cuál o cuáles cajas acústicas están generando sonido y a diferentes niveles. La ubicación de las fuentes sonoras (y proyector), es similar a como se señala en el esquema de que se muestra en la figura 6.

poseer cada parlante, de acuerdo a la posición de la fuente virtual. El sistema fue calibrado con el uso de una cámara acústica esférica, que permite una visualización panorámica de las fuentes sonoras sin necesidad de repetir la medición. Se considera implementar aspectos psicoacústicos para el desarrollo completo de la instalación en un espacio de acceso público en alguna de las dependencias de la Universidad Austral de Chile, en Valdivia.

REFERENCIAS

Figura 6. Esquema de la instalación a utilizar, el usuario se ubica en el centro y controla la generación de imagen y sonido.

Una medición realizada con la cámara acústica puede verse en la figura 7, donde el sonido se ha controlado a través de Pd, se observa la ubicación de los cuatro parlantes y la procedencia del sonido desde uno de ellos. La prueba fue realizada con ruido de banda ancha (ruido blanco).

Figura 7. Imagen panorámica (360°) obtenida en cámara anecóica captada con la cámara acústica (arreglo esférico) cuando se establece a través de Pd que el sonido se emita desde un azimut de -126°.

[1] Schäfer, S., Krebs, J; “Sound – Time – Space – Movement: the SpacesoundInstallations of the artist-couple”, Organised Sound 8(2): 213– 225, 2003 Cambridge University Press. [2] Spors et al.; “Spatial Sound With Loudspeakers and Its Perception: A Review of the Current State”, Proceedings of the IEEE | Vol. 101, No. 9, September 2013. [3] D. G. Malham, “Approaches to spatialisation”, Department of Music, University of York. [4] Sasamoto, Y.; Cohen, M.; Villegas, J.: “Controlling Spatial Sound with Table-top Interface” Spatial Media Group, University of Aizu, Aizu-Wakamatsu, Fukushima; Japan. [5] Howard, David; Angus, Jamie; “Acoustics and psychoacoustics”, Focal Press, cuarta edición, 2013. [6] Ville, Pulkki; “Virtual Sound Source Positioning Using Vector Base Amplitude Panning”, J. Audio Eng.Soc., Vol.45, No.6, 1997. [7] Kreidler, Johannes; ”Programming electronic music in Pure Data”, Wolke Verlag, segunda edición, 2013. [8] Puckette, Miller; “The theory and technique of electronic music”, World Scientific, 2011. [9] Librería vbap para Pure data: https://puredata.info/downloads/vbap, última revisión: 16 de octubre de 2017. [10] Ville, Pulkki; “Generic panning tools for MAX/MSP”, Laboratory of Acoustics and Audio Signal Processing (Helsinki University of Technology), Center for New Music and Audio Technologies CNMAT, (University of California, Berkeley). [11] Product Data: PULSE Array-bases Noise Source Identification Solutions: Beamforming Type 8608, Acoustic Holography Type 8607 and Spherical Beamforming Type 8606. Bruel&Kjaer.

VI. CONCLUSIONES Se planteó la implementación de un sistema cuadrafónico que utiliza una variedad de tecnología de fácil acceso, como Arduino, Pure data y Processing. Se describió la posibilidad de controlar un sistema de audio envolvente con la técnica VBAP desarrollada inicialmente para MAX/MSP e implementada para Pd y se señala la forma en que puede obtenerse la ganancia que debe

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Evaluación perceptual de métodos de grabación de música docta en una sala de concierto

N.I., Idea Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile. isanat@gmail.com

Abstract— Este proyecto estudia la “evaluación perceptual de dos métodos de grabación con microfonía estéreo, aplicados a música docta en una sala de concierto”. Para ellos se realizó un experimento que consistió en el registro de la obra “Octeto para cuerdas en Mi bemol mayor, Op.20 (1825)” del compositor Félix Mendelssohn, interpretado por la Orquesta de Cámara de Valdivia en el Aula Magna de la Universidad Austral de Chile. El registro fue realizado de forma simultánea con dos métodos de grabación estéreo (AB y ORTF) donde se seleccionaron cuatro fragmentos, con los cuales se confeccionó un test auditivo contrastando ambos métodos de grabación (ORTF y AB). El test auditivo, fue realizado a 25 individuos divididos en dos grupos: intérpretes de música docta y audiencia. En el test se presentan para cada fragmento ambos métodos de grabación en forma aleatoria, donde el individuo encuestado debe elegir uno de los dos, respondiendo a la siguiente pregunta: ¿Cuál muestra considera que tiene un sonido más natural? Keywords: Audio, percepción, espacio, música, estéreo, microfonía.

Este estudio pretende obtener algunos atisbos de objetividad para enfrentar la implementación práctica de técnicas de grabación estéreo de música docta en una sala de concierto, contraponiendo dos conocidas técnicas estéreo: ORTF y AB, con el objetivo de determinar si existen diferencias significativas en la percepción de ambas y si esta percepción depende de la relación que tenga el auditor con la música.

II. OBJETIVOS 1. Determinar si existen diferencias significativas en la percepción auditiva entre las técnicas de microfonía ORTF y AB. 2. Determinar si existen diferencias significativas en la percepción de los distintos grupos de personas, músicos y audiencia. III. SONIDO ESPACIAL Y MICROFONÍA ESTÉREO

I. INTRODUCCIÓN La música docta tradicionalmente se interpreta en espacios con condiciones acústicas particulares como iglesias, salones y salas de conciertos. Estos espacios proveen características únicas y un efecto en la percepción auditiva, tanto de los músicos intérpretes como de la audiencia. Desde mediados del siglo pasado y con el fin de registrar la música docta, se han desarrollado diversas técnicas de grabación que permiten capturar las características acústicas de los recintos, en las cuales destacan las técnicas de micrófono estéreo de campo libre. A pesar de existir una extensa documentación de cómo funcionan y se aplican estas técnicas, su implementación práctica no está ausente de dificultades, las cuales surgen principalmente de decisiones basadas en la subjetividad de la percepción auditiva. Ante las preguntas ¿cómo suena la música? y ¿cómo debiese de sonar el registro de la misma? no existe una respuesta que podamos obtener por medio de parámetros objetivos, sino que van a estar influenciada a la percepción y subjetividad de quien responda.

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La percepción y la experiencia sonora de la vida diaria es una experiencia tridimensional, donde los sonidos se perciben principalmente en términos de su ubicación. Es así como el entorno tiene señales sonoras en las tres dimensiones: ancho, profundidad y altura. A pesar de que la estereofonía no provee todos los atributos espaciales de un entorno real, surge debido a las limitaciones técnicas de la época y como una forma de proveer con mayor realismo a los registros de audio. Por ello y desde la mitad del siglo XX, se desarrollan e implementan diferentes técnicas de grabación y reproducción estéreo, las cuales siguen teniendo vigencia. En los métodos de grabación estéreo destacan los arreglos de micrófonos, los que podemos clasificar principalmente en 3 tipos: par espaciados, par coincidentes y par semicoincidentes. Par espaciado como la técnica AB donde se utiliza preferentemente micrófonos de cápsulas omnidireccionales y separados por una distancia determinada. La imagen estéreo resultante se produce principalmente por la diferencia de fase de la señal sonora, producto de la llegada del frente de onda a cada micrófono.

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional Par coincidente como la técnica XY, utilizando micrófonos con cápsulas cardioides y haciendo coincidir ambas cápsulas en un solo punto. La imagen estéreo resultante se produce principalmente por la diferencia de amplitud recibida entre cada cápsula. Par Semi-coincidente como ORTF es un intermedio entre un coincidente y par espaciado, donde la imagen resultante es producida por una diferencia de fase y amplitud en el arribo de la señal a cada micrófono. IV.EXPERIMENTO A. Registro El material utilizado para este estudio fue registrado el mes de mayo del 2016 en el Aula Magna de la Universidad Austral de Chile, en un ensayo con ausencia de público, donde la Orquesta de Cámara de Valdivia preparaba el programa nº3 de la Temporada de Conciertos 2016. En esta ocasión se registraron dos obras: “Six bagatelas para quinteto de vientos (1953)” del compositor György Ligeti y “Octeto para cuerdas en Mi bemol mayor, Op. 20 (1825)” de Felix Mendelssohn. Utilizando micrófonos de similares características, se implementó un par de arreglos de microfonía estéreo los cuales corresponden a AB y ORTF, ubicados en la misma posición dentro de la sala de concierto, obteniendo de esta forma un registro simultáneo e independiente de ambos arreglos. B. Test Auditivos En un principio la confección de los test auditivos contemplaba la inclusión de extractos de ambas obras debido a sus grandes diferencias timbrísticas. Por ello se optó por incluir sólo extractos de la obra “Octeto para cuerdas en Mi bemol mayor, Op. 20 (1825)”, donde se seleccionaron para ambos arreglos AB y ORTF, cuatro fragmentos de corta duración correspondiente a frases musicales con duración entre 6 y 10 seg. aproximadamente, los cuales fueron normalizados para que su promedio total fuera de -25,7 dB RMS. De esta forma se pretende evitar que las diferencias de nivel en los fragmentos tengan alguna significancia en los resultados de este test. El test fue diseñado para ser realizado en un intervalo de tiempo de 15 min. y en forma individual, dividido en tres secciones: primera sección, donde el encuestado debe escuchar un audio de prueba y ajustar el nivel según sus propias necesidades. En esta etapa también se le explica el procedimiento del test realizando pruebas para asegurar la comprensión del test. Las otras dos secciones corresponden al test de estudio, donde se presentan consecutivamente, y de forma aleatoria, los dos métodos de grabación AB y ORTF correspondiente al mismo fragmento seleccionado, donde el primero que se escucha se le denomina A y el segundo B. Al encuestado se le formula la siguiente pregunta: De las muestras presentadas (A y B) según usted ¿cuál muestra considera que tiene un sonido más natural?

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Es así como el test auditivo cuenta con cuatro preguntas de prueba (parte 1) y 32 de estudio (parte 2 y 3), las cuales corresponden a 8 combinaciones distintas de los cuatro fragmentos seleccionados, es decir, en la parte 2 y 3 el encuestado escucha 8 veces la misma comparación por fragmento seleccionado. C. Encuesta El test auditivo fue realizado a 25 individuos los cuales fueron divididos en dos grupos: 12 de ellos eran intérpretes de música docta y los 13 restantes eran audiencia, que corresponden a un diverso grupo de personas entre ellos profesionales del audio, compositores, músicos populares, melómanos, etc. V. RESULTADOS De los 25 test realizados, descontando la parte 1 correspondiente a las pruebas, se obtuvieron 790 respuestas válidas, las cuales son detalladas en la siguiente “Tabla de resultados” donde la columna respuestas interprete y respuesta audiencia, corresponden a las veces que los individuos encuestados consideraron que un arreglo ORTF o AB tenía un sonido más natural y donde I, II, III y IV son los distintos fragmentos de la obra. I.

TABLA DE RESULTADOS

Respuestas Interpretes

Respuestas Audiencia

ORTF

III

Total

195

180

168

247

Total en %

40,5

59,5

En la “Tabla de resultados totales” podemos observar la suma de todas las respuestas válidas. II.

TABLA DE RESULTADOS TOTALES

Total ORTF

363

Total AB

427

Total ORTF %

45,9

Total AB %

54,1

VI.ANÁLISIS DE RESULTADOS Para analizar los datos obtenidos se utilizaron una serie de herramientas basadas en hipótesis estadísticas que se presentan a continuación:

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A. Influye ser interprete en la percepción de naturalidad Por medio del método estadístico (Chi-Cuadrado) y para la totalidad de los datos obtenidos, se formula la Hipótesis Nula: No influye ser intérprete en la consideración de un extracto grabado con ORTF o AB es más natural. Considerando un margen de error de 0,0025 tenemos que, estadísticamente, se rechaza la hipótesis nula. Por lo tanto, estadísticamente se acepta que influye ser intérprete para la elección de un fragmento grabado con ORTF o AB como un sonido más natural. B. Influye el fragmento en la percepción de naturalidad Por medio del método estadístico (Chi-Cuadrado) y para la totalidad de los datos obtenidos, se formula la Hipótesis Nula: No influye el fragmento musical en la consideración de si un extracto grabado con ORTF o AB suena más natural. Considerando un margen de error de 0,05 se acepta la hipótesis nula, por lo tanto, estadísticamente podemos decir que los diferentes fragmentos I, II, III y IV no afecta en la percepción si una grabación con ORTF y AB suena más natural.

diferencia significativa en la percepción de AB como más natural en los diferentes grupos. Estadísticamente es aceptada con un margen de error de 0,05. VII.

CONCLUSIONES

En el presente estudio, actualmente en proceso, con la información obtenida por medio de los test auditivos y gracias al análisis estadístico podemos inferir que, en la totalidad del grupo estudiado, existen diferencias significativas en la percepción de naturalidad en la grabación de música docta en una sala de concierto con los distintos métodos de microfonía estéreo, ORTF y AB. Por otro lado, también podemos concluir que para ambos grupos los distintos fragmentos son evaluados de distinta forma frente a la misma pregunta.

B. Bartlett, and J. Bartlett, “Recording Music on Location, capturing the Live Performance”. Focal Press New York and London, 2nd ed. 2014.

F. Rumsey and T. McCormick, “Sound and recording”. Focal Press Oxford, 6th ed. 2009. M.Arriaza Balmón, “Guía práctica de análisis de datos”. 1st ed. 2006.

C. Para los intérpretes influye el fragmento en la percepción de naturalidad Por medio del método estadístico (Chi-Cuadrado) y sólo considerando los datos obtenidos por el grupo de intérpretes, se formula la Hipótesis Nula: No influye el fragmento musical en la consideración de si un extracto grabado con ORTF o AB suena más natural. Considerando un margen de error de 0,25 se rechaza la hipótesis nula, por lo tanto, estadísticamente se acepta que el fragmento influye en esta decisión. D. Para la audiencia influye el fragmento en la percepción de naturalidad Por medio del método estadístico (Chi-Cuadrado) y sólo considerando los datos obtenidos por el grupo de audiencia, se formula la Hipótesis Nula: No influye el fragmento musical en la consideración de si un extracto grabado con ORTF o AB suena más natural. Considerando un margen de error de 0,025 se rechaza la hipótesis nula, por lo tanto, estadísticamente se acepta que el fragmento influye en esta decisión. E. Las medias obtenidas en las preferencias de AB o ORTF son iguales para todos los fragmentos Por medio del método estadístico ANOVA y para la totalidad de los datos obtenidos, se formula la Hipótesis: la media de las preferencias para cada fragmento es igual, la cual es aceptada. Cuando el mismo método estadístico es aplicado en forma independiente a cada grupo, la hipótesis nula es rechazada. F. Diferencias de percepción en intérpretes y audiencia Por medio del método estadístico T-Student y para la totalidad de los datos obtenidos, se formula la Hipótesis: existe una

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ULTRASONIDO Y ACÚSTICA SUBACUÁTICA

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Fuentes de Ruido Antropogénico en los Ríos de la Ciudad de Valdivia, Centro Sur de Chile A., Yori

Instituto de Acústica, Universidad Austral de Chile, Valdivia, Chile, ayori@uach.cl

Abstract— La preocupación por el tema del ruido submarino ha ido en aumento producto al número de proyectos que requieren de una evaluación de impacto ambiental, para saber cómo el medio ambiente subacuatico podría ser afectado, en especial cuando seres vivos están involucrados. Debido a que en países como Chile no existe legislación alguna sobre ruido submarino antropogénico, el objetivo principal de este trabajo fue empezar a abordar este tema en Chile, para lo cual se decidió evaluar las fuentes de ruido presentes en los ríos de la ciudad de Valdivia, ubicada en el centro sur de Chile. Se midieron las emisiones de ruido tanto aéreas como subacuáticas de un gran número de fuentes de ruido antropogénico, en condiciones controladas y de bajo ruido ambiental de origen natural. Las mediciones se llevaron a cabo tanto en periodo de verano como de invierno, entre los meses de diciembre de 2015 y diciembre de 2016. Contar con una base de datos de fuentes como las evaluadas en este estudio, medidas en condiciones de campo y bajo ruido de fondo de origen natural, toma un valor relevante a la hora de trabajar con modelos matemáticos de predicción acústica.

Keywords—ruido subacuático; impacto ambiental; fuentes de ruido antropogénico; Base de datos de ruido; ruido de embarcaciones.

I. INTRODUCCIÓN Valdivia está ubicada en el hemisferio sur de América, a 39°48’30” S de latitud y 73°14’30” O de longitud, sector centro sur de Chile. Frente a ella se encuentra la confluencia de los ríos Calle-Calle, Valdivia, Cruces y Cau-Cau. Esta característica fluvial convierte a Valdivia en una ciudad muy atractiva, con gran movimiento de embarcaciones relacionadas con el turismo, transporte, pesca y deportes náuticos. En países como Chile donde no existe legislación sobre ruido submarino antropogénico, es de vital importancia comenzar a trabajar en este tema de forma de adquirir los conocimientos, experiencia y equipos necesarios para poder contribuir a la protección de nuestro medio ambiente, en especial cuando seres vivos están dentro del área de influencia de determinado proyecto [1] [2]. Se decidieron como objetivos de este estudio (1) implementar un sistema de bajo costo para la correcta medición del ruido subacuatico y (2) obtener una base de datos de fuentes de ruido antropogenico que permita comenzar a abordar el tema en el país y dar un impulso a nuevos estudios en el área.

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II. MÉTODO A. Sistema de medición El sistema de registro de niveles consistió de un hidrófono Cetacean Research Technology, modelo C55/736, de respuesta lineal desde 0.15 Hz a 44 kHz y sensibilidad -167 dB re 1V/μPa, un cable de 30 m y un grabador digital marca Tascam modelo DR-680MKII, con tasas de cuantización Q: 16/24 bit y frecuencias de muestreo Fs: 48/96/192 kHz. B. Fuentes de ruido evaluadas y área del estudio En este estudio se evaluó un total de 24 fuentes de ruido subacuático de origen antropogénico, de las cuales 19 corresponden a embarcaciones medidas durante su desplazamiento, y las 5 restantes, a actividades industriales o eventos ruidosos, tales como trabajo de maquinarias en un astillero, movimiento de vehículos cargando material en una cantera, una fábrica de alimentos, el paso de un avión llegando al aeródromo y el hincado de pilotes durante la construcción de un muelle. La figura 1 muestra una vista general de la zona de estudio. En ella se pueden ver las rutas más habituales de las embarcaciones y la ubicación de las fuentes fijas de ruido evaluadas, ubicadas en la ribera de los ríos. Las Tablas I y II muestran las características de las fuentes fijas y embarcaciones evaluadas respectivamente. TABLA I

DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES RUIDOSAS EVALUADAS

Actividad Paso de avión Astillero Astillero Astillero Astillero Astillero Cantera Fábrica Muelle

Descripción Aterrizaje de bimotor en aeródromo. Arenado de barco sobre superficie. Arenado + esmeril en barco en superficie. Arenado + golpes en barco sobre superficie. Remachado en interior de barco atracado. Golpes al interior de barco atracado. Dozer cargando piedras en camion. Funcionamiento de fábrica de levadura. Hincado de pilotes diámetro 61cm.

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional TABLA II

CARACTERÍSTICA DE NAVES EVALUADAS

Nombre

Potencia, hp 5

Tamaño

Solar III

Longitud, m 9,5

Iceberg

10,3

pequeña

Daniela Isidora

12,45

pequeña

Outboard boat 1

2,8

pequeña

Outboard boat 2

4,2

pequeña

Outboard boat 3

pequeña

Bahía II

10,5

120

pequeña

Bahía Patagonia

15,5

200

mediana

Zodiac Marina

13,5

200

mediana

Discovery Explorador

16,83 13

240 150

mediana mediana

Reina Sofía

17,5

320

mediana

Bahía Princesa

12,66

160

mediana

M. de Mancera

21,8

320

grande

Dredger E. Pinto

53,7

1129

grande

Patagón VIII

69,5

Ferry Cullamo

48,4

400

grande

Neptuno

25,2

400

grande

Calle Calle

29,9

115

grande

pequeña

grande

En un principio las grabaciones se realizaron con una tasa de cuantización de 24 bit y frecuencia de muestreo de 96 kHz, pero considerando el resultado de los primeros análisis de frecuencia y el bajísimo nivel de amplitud de las componentes sobre 20 kHz, se decidió reducir la frecuencia de muestreo a 48 kHz. Los descriptores de ruido empleados fueron Nivel Peak Lpeak, Nivel Continuo Equivalente total Leq,T y Nivel Continuo Equivalente periodo Leq,10s. Estos descriptores de ruido son utilizados por diferentes normativas de protección laboral y ambiental. Por lo tanto, su aplicación a eventos bajo el agua es de sentido común. Normalmente para comparar niveles de ruido medidos sobre y bajo el agua, se ocupa un factor de conversión de  61.5 dB, el cual se debe al cambio de impedancia caracteristica entre ambos medios equivalente a  35.5 dB, más los  26 dB correspondientes al cambio en la presión de referencia [5]. El uso de este factor de conversión frecuentemente implica un error, que es el asumir que la fuente de ruido emite la misma intensidad acústica, tanto en el aire como en el agua, lo cual claramente no es correcto pues no se está considerando la impedancia de radiación ZMR [6], la cual indica cómo el medio o fluido que rodea a la fuente de ruido o superficie que vibra, reacciona contra el movimiento en ésta. Cuando se tiene una fuente de ruido en el aire emitiendo un determinado nivel sonoro y posteriormente esta fuente es colocada bajo el agua, las intensidades acústicas emitidas en ambos medios se relacionan a través de la expresión (

Fig.1: Vista general del área de estudio junto a las rutas y fuentes fijas evaluadas.

C. Medición y Descriptores de Ruido Se midió simultáneamente el nivel de ruido sobre y bajo el agua, de forma de tener una comparación entre los niveles sobre y bajo el agua existente en un mismo punto espacial e instante de tiempo. Durante cada medición se dejó a la deriva la boya del hidrófono, de forma de eliminar el ruido de baja frecuencia, que dependiendo de la velocidad relativa entre el agua y el hidrófono, se encuentra entre los 10 Hz y 100 Hz. Además, se midió siempre en condiciones ambientales sin viento ni lluvia y con una escala de viento Beaufort entre 0 y 1 [3], con el objetivo de medir sin la presencia de ruido de origen natural, tal como se hace en el caso de mediciones de ruido en el aire, las cuales no se realizan en presencia de lluvia o viento. La profundidad a la cual se realizaron las mediciones fue siempre 4 metros.

146

)

((

(

)

, (1)

donde para que se cumpla la suposición que se hace habitualmente en forma liviana y automática, respecto a que las intensidades acústicas emitidas bajo y sobre el agua son iguales, se requiere que la presión sonora eficaz producida bajo el agua sea 60 veces mayor que la del aire (-35.5 dB), lo cual no depende solo del cambio de la impedancia característica entre ambos medios sino de cómo se adapta la fuente a la oposición que ejerce el medio al movimiento de ésta. D. Corrección por distancia y Análisis de frecuencia Conocer el nivel de ruido emitido por la fuente a una distancia de 1 m (nivel de fuente) es importante como base de datos para comparar diferentes fuentes de ruido y para trabajar con información más precisa en los estudios de impacto ambiental donde se requiera evaluar la contaminación acústica submarina. Para la obtención del nivel de fuente se trabajó con la expresión ( )

(2)

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donde Lp1m es el nivel de fuente y d es la distancia a la fuente desde donde Leq,T fue medido. Debido a las profundidades promedio que presentan los ríos de Valdivia, una propagación del tipo esférica es muy poco probable [7], a no ser que se estuviera muy cerca de la fuente. Es por eso que se decidió considerar una propagación entre esférica y cilíndrica, la cual se ajustó de mejor forma a los resultados obtenidos. Cuando se desea utilizar el contenido espectral de una señal para evaluar el posible daño auditivo que puede sufrir una determinada especie expuesta a esta señal [8][9], lo correcto es entregar los espectros de esta señal en bandas de tercios de octava y compararlo con las curvas del umbral auditivo de la especie expuesta. De la magnitud del valor en que la amplitud de la señal supere al umbral auditivo en una determinada banda de frecuencia, dependerá la reacción o daño que la especie expuesta pueda sufrir [3][10]. Los mamíferos marinos presentan sistemas auditivos de iguales características al del ser humano, con su propia curva de umbral auditivo [3][13]. Debido a la semejanza entre los sistemas auditivos de los mamíferos marinos y los mamíferos humanos, no hay que ser temerario para asumir que cada mamífero marino posee sus propias bandas críticas dentro de su rango auditivo, aunque esto aún no se haya demostrado empíricamente con rigurosidad. Es por esto, que cuando lo que se persigue es determinar cómo una especie es afectada por una señal o ruido, es necesario comparar los espectros en bandas de tercio de octava del ruido con los umbrales auditivos del individuo expuesto [12][14] III. RESULTADOS A. Niveles y Espectros Como se mencionó anteriormente, se evaluaron 24 fuentes de ruido entre las cuales se encuentran embarcaciones, actividades industriales y eventos ruidosos. Se realizaron mediciones de ruido de fondo en varios de los puntos donde fueron ejecutadas las mediciones, entendiéndose por ruido de fondo al existente en un punto determinado en ausencia de cualquier fuente sonora a evaluar y en ausencia de viento y lluvia. La Tabla III muestra los niveles de ruido de fondo medidos. TABLA III Background 1 Background 2 Background 3 Background 4

RUIDO DE FONDO MEDIDO

Leq, dB re 1Pa 92 88.4 94.5 86.9

Lpeak, dB re 1Pa 94.2 92.9 98 90

Por motivos propios del trabajo de campo, las mediciones se realizaron a distintas distancias d de las fuentes evaluadas y a una profundidad constante de 4 metros. Esto se visualiza en las Tablas IV y V, donde la columna dos muestra los valores medidos, y entre paréntesis las distancias a las cuales las mediciones fueron realizadas. La columna tres, muestran los valores estimados para una distancia d=1 metro desde la fuente (nivel fuente), los cuales fueron obtenidos a través de la eq.(2). Esto permite comparar los niveles y determinar qué fuente es más ruidosa.

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IV. DISCUSIÓN Contar con una base de datos de las emisiones de ruido de fuentes como las evaluadas en este trabajo, medidas en condiciones de campo y en ausencia de ruido ambiente producto de condiciones ambientales como viento, olas y lluvia, toma un valor relevante a la hora de trabajar con modelos matemáticos de predicción acústica, en donde se debe introducir información lo más precisa posible, fidedigna y cercana a las características acústicas de las fuentes de ruido consideradas. TABLA IV

NIVELES DE RUIDO MEDIDOS SOBRE Y BAJO EL AGUA GENERADOS POR LAS EMBARCACIONES EVALUADAS

Embarcación

Leq, dB re 1Pa

Lp1m, dB re 1Pa

Leq, dBA re 20Pa

Solar III

116.4 (d=20m)

135.9 (d=1m)

Solar III (docking) Iceberg

109.7 (600) 124.8 (15)

151.3 (1) 142.4

52.4 (d=20m) 53.8 (600)

116

143.7

Daniela Isidora

(70)

Outboard boat 1

129.5 (8)

143

56.5 (15) 52.8 (70)

Outboard boat 2

121.7 (10)

136.7

Outboard boat 3 (very fast) Bahía II

128.8 (60)

155.5

56.7 (10)

124.9 (40)

148.9

52.6 (40)

Bahía Patagonia

134.6 (15)

152.2

52.9 (15)

Zodiac Marina

124.1 (95)

153.8

57.5 (95)

Discovery

137.2 (40)

161.2

59.9 (40)

Explorador

132.3 (30)

154.5

Reina Sofía

124.9 (150)

157.5

56.2 (150) 49.9 (20)

Bahía Princesa

128.2 (20)

147.7

M. de Mancera

127.6 (250)

163.3

Dredger E. Pinto (againts the tide) Dredger E. Pinto (sailing downstream) Dredger E. Pinto (ralenti) Patagón VIII (docked/accelerete d) Ferry Cullamo (sailing downstream) Ferry Cullamo (againts the tide) Neptuno

156 (150)

188.6

Calle Calle

(30)

144

(25)

165

55.8

(25)

133

(25)

154

55.2 (25)

133.5 (20)

153.5

52.1

(20)

126.8 (100)

156.8

147.9 (100)

177.9

119.6 (70) 126.7 (50)

152.2

52.6 (70)

151.7

57.9 (50)

(100)

Este trabajo entrega una base de datos de fuentes antropogénicas de ruido subacuático, medidas sobre y bajo el agua, en condiciones ambientales de muy bajo ruido de fondo. Además, como la mayoría de las embarcaciones fueron medidas dentro de una zona con restricción de velocidad de hasta 11.1 km/h, esta base de datos puede ser usada directamente para evaluar el impacto acústico que este tipo de

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INGEACUS 2017 Congreso Internacional de Acústica y Audio Profesional embarcaciones pueden producir en zonas protegidas con restricción de velocidad. La Tabla IV muestra que en el aire las embarcaciones evaluadas no son ruidosas, ya que todos los niveles se encuentran bajo los 60 dBA (re. 20µPa). Estas emisiones corresponden básicamente a las provenientes desde el ducto de salida de los gases de combustión del motor. Bajo el agua los niveles de ruido emitidos por las embarcaciones son mayores, obviamente en parte porque la presión de referencia para el fluido agua es menor. La Tabla IV muestra claramente cómo se incrementa el nivel de las emisiones a medida que el tamaño y potencia de la embarcación van aumentando. TABLA V

NIVELES DE RUIDO RESULTANTES DE LAS ACTIVIDADES INDUSTRIALES EVALUADAS

Actividad Paso de avión Astillero: arenado barco sobre superficie Astillero: arenado + esmeril barco sobre superficie Astillero: arenado + golpes metálicos sobre superficie Astillero: Remachado interior barco atracado Astillero: Golpes metálicos interior barco atracado Cantera: Dozer cargando piedras Fábrica: de levadura Fábrica: de levadura Fábrica: de levadura Muelle: Hincado de pilotes Muelle: Hincado de pilotes

Leq, dB re 1Pa 119 (d=100) 91.5 (240)

Lp1m, dB re 1Pa

Leq, dBA re 20Pa

127.2 (1)

75.6 (240)

91.8 (200)

126.3

74.4 (200)

93.8 (150)

126.4

72.5 (150)

102.2 (700)

144.9

52.2 (700)

108.1 (400)

147.1

91 (150)

123.6

70.8 (150)

100 (140) 103 (95) 106.4 (50) 162 (225) Lpeak 177 (25) Lpeak

132.2 132.7 131.9 197.3 Lpeak 198 Lpeak

64.9 (140) 65.3 (95) 66.8 (50) 100 dBL (225) 120 dBL (25)

La Tabla V muestra que actividades industriales o eventos generadores de ruido tales como el paso de un avión, un buldozer moviendo tierra y piedras, o la reparación de una embarcación, realizados cerca del agua pero fuera de ésta, producen niveles de ruido bastante más bajos que los emitidos desde las embarcaciones pequeñas. Esto tiene sentido debido al bien conocido fenómeno de reflexión producido en la interfase aire-agua para ángulos de incidencia grandes, ángulos que en este caso se deben a la distancia existente entre el punto de medición y la fuente evaluada. Ahora, las actividades de remachado y golpes, realizadas al interior de embarcaciones que se encuentran en el agua y no fuera de ésta, muestran niveles de ruido comparativamente mayores, ya que el ruido es trasmitido al interior del agua directamente a través del casco de la embarcación. Dentro de estas actividades industriales, destacan ampliamente los niveles de ruido obtenidos para el hincado de

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pilotes, los cuales fueron medidos a dos distancias desde la fuente, 25 m y 225 m. El decaimiento por distancia que muestran estos resultados se ajustan de muy buena forma a la ecuación de propagación escogida, confirmando una propagación sonora entre cilíndrica y esférica. En la zona por donde circulan gran parte de las embarcaciones evaluadas y se ubican algunas de las fuentes fijas evaluadas, existe hace varios años una colonia de lobos marinos de un pelo, los cuales aparentemente no presentan ningún tipo de comportamiento o reacción atribuible a la exposición a estos ruidos. Sería bueno contar con un audiograma de un miembro de esta colonia para poder compararlo con los análisis en bandas de 1/3 de octava y determinar el nivel con el cual están percibiendo los ruidos presentes en torno a este habitat. REFERENCIAS [1]

[2]

[3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14]

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