1977_257_manual Para El Control Del Ruido. Vol. 1

p

(2.10)

u=--

pc

donde p es la densidad del medio de propagación, y c, la velocidad del sonido en ese medio. En un campo libre, la presión sonora y la velocidad de partícula están en fase, de modo que cos

pc

En una dirección perpendicular a la de propagación, la intensidad es nula. La intensidad es, por tanto, una magnitud vectorial, es decir, caracterizada por módulo y dirección. Las ecuaciones (2.10) y (2.11) son aplicables solamente para ondas esféricas. ""- ....... 1'-... en

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FIG. 2.S. Gráfico que muestra la dependencia del valor 10 log (pe/40,S) de la temperatura para varias presiones barométricas.

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50

TEMPERATURA'EN GRADOS CENTlGRADOS

La cantidad pc se llama impedancia característica del medio de propagación. Para el aire en condiciones normales (una atmósfera de presión y una temperatura de 20° C), pc =40,8 unidades c.g.s. Este valor es muy utilizado en ejemplos a lo largo de este libro. La impedancia característica varía con la temperatura y la presión (ver figura 2.8). Para aplicar la ecuación (2.11), se debe emplear un sistema coherente de unidades. Por ejemplo, supongamos que se desea saber la intensidad (en microvatios por centímetro cuadrado) de una onda esférica en el aire, en un punto donde la presión sonora es de 50 microbares (dinas por centímetro cuadrado). Entonces:

p2 10pc

1=--

10 x 40,8

6,1 ¡Lwjcm2

(2.11a)

47

Potencia sonora

Considérese una esfera imaginaria de radio r, en cuyo interior hay una fuente sonora que emite con una potencia W. La superficie de la esfera es 47rr2; por tanto, la potencia media radiada por unidad de superficie, es decir, la intensidad media en la dirección radial, es:

Es preciso resaltar que la ecuación es válida en valor medio y en la superficie de la esfera. A la vista de la ecuación (2.11), se puede decir que existe una potencia sonora cuadrática media P:n que corresponde a 1m , de de forma que: W= 47rr2p~

(2.12)

pe

Si la potencia sonora viene expresada en microvatios, la distancia en centímetros y la presión en microbares: (2. 12a)

Por ejemplo, cuando un hombre grita, la presión sonora media a 30 cm de su boca es, aproximadamente, 5 microbares. Esto significa que el hombre produce una potencia sonora de: W = 0,0309 x 900 x 52 = 700 JLw = 0,0007 vatios

La ecuación (2.12) es válida para los casos en que el sonido se propaga en todas direcciones. Si, por ejemplo, se restringe el volumen de propagación a un hemisferio, se necesita la mitad de potencia sonora para alcanzar una determinada presión. Una muestra del margen de variación de la potencia sonora de diferentes' Tabla 2.1.

Potencias producidas por varias fuentes Potencia

Fuente Avión reactor ... ... ... Martillo neumático .. , Automóvil, a 72 Km/h Piano , Conversación normal Pequeño reloj eléctrico Susurro

48

... ... ... . .. . .. . .. . .. . ... .,. ... .

10 1 0,1 20 20 0,02 0,001

Kilovatios vatio vatios milivatios microvatios microvatios microvatios

Nivel de potencia, dbp 160 120 110 103 73 43 30

fuentes se muestra en la tabla 2.1. Por supuesto, se trata únicamente de órdenes de magnitud, es decir, que hay automóviles más o menos ruidosos, pero que se toma un valor indicativo del orden de magnitud medio. Además son valores medidos a largo plazo. Si se quisiera hacer una medida cuantitativa de la potencia sonora, se necesitaría conocer detalladamente el método de medida. Por ejemplo, en el caso de una conversación normal se estima que los intervalos de silencio ocupan un 35 por 100 del tiempo; por tanto, mientras hay sonido, la potencia es mayor que el valor dado en la tabla 2.1. (La columna encabezada por Nivel de potencia se explica más adelante.) Factor de directividad

Es un hecho normal que las fuentes sonoras radien más sonido en una dirección que en otras. La presión sonora enfrente de la boca de un locutor, considerando sonidos de frecuencia alta, es unas diez veces mayor que la que existe detrás de él. Las frecuencias bajas de la voz se radian en todas direcciones de una manera más uniforme. En general, una fuente sonora de dimensiones pequeñas comparadas con la longitud de onda de la frecuencia que emite, tiende a ser una fuente omnidireccional; una fuente sonora de dimensiones grandes, en comparación con la longitud de onda, es una fuente direccional. A menudo se emplea el término factor de directividad para caracterizar la direccionalidad de una fuente sonora. El factor de directividad Q se define como la relación entre la presión sonora cuadrática media existente a una distancia determinada y en una dirección fija, y la presión sonora cuadrática media, en el mismo punto, pero calculada como si la onda sonora fuera esférica *. La distancia debe ser lo suficientemente grande para que la fuente pueda considerarse concentrada en un punto llamado centro acústico de la fuente. Así, si p~ es la presión cuadrática en la dirección especificada, y p~ es la presión cuadrática calculada como si la onda fuera esférica, el factor de directividad para la dirección es: 2

Q=~ 2

(2.13)

pro

Combinando esta ecuación con la (2.12), se obtiene que la preSlOn sonora en la dirección dada está relacionada con la potencia total de emisión de la fuente por:

_ (PCQW) ---

Pd-

47rr

1/2

(2.14)

Tomando Pd en microbares, W en microvatios, r en centímetros y pc = 40,8 uni-

* Es decir, como si la fuente fuera isotrópica o de igual radiación en todas direcciones. (N. del T.) 49

dades c.g.s., tenemos, en espacio libre,

Pd

5,69(QW)1/2 r

(2.14a)

El factor de directividad de un micrófono se define de una forma similar al de una fuente sonora: es el· cociente del cuadrado de la tensión, en circuito abierto, producida por la onda sonora que llega en una determinada dirección, y el cuadrado de la tensión producida por el mismo sonido, procedente de todas las direcciones. A veces se da el factor de directividad sin especificar la dirección; en tal caso, se supone que correspondle a la dirección de máxima respuesta. N!VELES y UNIDADES

Nivel de presión sonora

La presión sonora en las proximidades de un motor potente puede ser perfectamente mayor de 200 microbares, que es un millón de veces la presión mínima audible. Para facilitar el manejo de un margen tan amplio de valores de presión, se ha hecho usual la utilización de niveles de presión sonora, 120

200 100

en w 110 cr

50

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a: 100 o

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0.0005 0.0002

Relación entre presión sonora y nivel de presión sonora.

FIG. 2.9.

en vez de presiones sonoras. Entre ambas magnitudes existe una relación logarítmica que viene representada en la figura 2.9 y en la que se ve que a una relación de un millón a uno entre los límites del margen de presiones, corresponde un margen de 120 unidades de nivel de presión. La escala logarítmica es útil también por otra razón; los cálculos que necesitan multiplicaciones de presiones sonoras se pueden hacer con sumas de niveles. La unidad usual de nivel de presión sonora es el decibelio, escrito abreviadamente db. Dada una presión sonora, su aumento al doble equivale a un incremento de 6 db del nivel de presión sonora anterior. Por ejemplo, en la figura 2.9, a una presión de un microbar corresponde un nivel de 74 db, Y a una presión de 2 microbares corresponde un nivel de 80 db. El que una presión sonora se multiplique por 10 equivale a un aumento del nivel de presión de 20 db. El nivel de presión sonora L p , en decibelios, correspondiente a una presión sonora dada p, se define por la relación

p2

p

L p = 10 log 2'=20 log - db Po Po

(2.15)

donde Po es una presión de referencia y el logaritmo es logaritmo decimal. Una tabla útil para calcular el número de decibelios correspondientes a una relación de presiones dada se incluye en el apéndice 2.1. Presión de referencia La presión ,de referencia comúnmente utilizada para medidas de ruido es 0,0002 microbares, valor que será el empleado a lo largo de este libro. El nivel de presión sonora queda, por tanto, así:

P

L p = 20 log 0,0002 db

(2.16)

La presión de referencia de 2.10- 4 microbares representa, aproximadamente, el umbral de audición a 1 KHz. La presión de referencia sirve para fijar un origen en la escala de nivel de presión sonora; así, en la figura 2.9, el «nivel cerOD corresponde a la citada presión de 2.10- 4 microbares. Niveles típicos de presión sonora

La tabla 2.2 puede dar una idea de los niveles de presión sonora de diversas fuentes. Estos niveles de presión dados corresponden a una amplia banda de frecuencias; la distribución de los niveles de presión sonora en bandas más estrechas se estudia en una sección posterior, Representación de medidas de ruido. En la tabla se especifica la distancia, en muchos casos; si la fuente está muy localizada, se debe dar la distancia a que está para que el nivel de presión dado sea significativo. Solamente en el caso de ruido ambiente, originado por varias fuentes, se puede omitir la distancia. La mayor 51

Tabla 2.2.

Niveles de presión sonora en banda ancha paJ'a varios sonidos

Nivel de presión sonora L p , db

140 130

120 110

100 90

80 70 60 50

Fuente

Prensa hidráulica, a 90 cm Pico de sonido de bombo, a 90 cm Claxon de automóvil, a 90 cm Interior del avión DC-6 Torno automático, a 90 cm Automóvil, a 64 Km/h Ruido ambiente de oficina con máquinas de escribir Conversación, a 90 cm Ruido ambiente de una cocina doméstica

parte de los valores de la tabla 2.2 se han calculado promediando durante un largo período de tiempo. Sin embargo, en el caso del bombo, se da el valor de pico; evidentemente, un cálculo en forma de promedio durante un intervalo de tiempo daría un valor muy inferior, especialmente si se trata de música muy suave. Otros niveles

Se emplean también en Acústica otros tipos de niveles *. El nivel de potencia en decibelios correspondiente a una potencia W es: W L w =101og- db

Wo

*

(2.17)

La definición general de nivel en sentido logarítmico es: q

L=logrqo

(2.17a)

donde q es la cantidad cuyo nivel se trata de obtener; qo, la cantidad tomada como referencia, y r, la base del logaritmo. Es decir, que el nivel correspondiente a una cantidad determinada es el logaritmo del cociente de dicha cantidad y una cantidad de referencia; en esta definición se debe especificar la cantidad de referencia y la base del logaritmo. Dado que hay muchas clases de niveles, se debe especificar la magnitud de que se trata; por ejemplo, nivel de tensión. El decibelio es una unidad de nivel tomada con r= 10 1/ 10 y donde las cantidades q y qo guardan una proporción con potencias de una forma aproximada. Es decir, el decibelio se usa como unidad de nivel de cantidades tales como tensión cuadrática y la presión sonora cuadrática. De una forma estricta, el decibelio es, por tanto, una unidad de nivel de «presión cuadrática»; aunque, normalmente, se conviene en aceptarlo simplemente como unidad de presión. De acuerdo con las reglas de operación con logaritmos, tenemos que: q

L=10 10glO- db qo

(2.17b)

que es la misma ecuación que la (2.17) y la (2.18). Otras unidades de nivel, usadas a

52

donde W o es una potencia de referencia. El apéndice 2.2 es una tabla para calcular el número de decibelios correspondientes a una relación dada de potencia. A lo largo de este libro se toma como potencia de referencia W o= 1 micromicrovatios (l picovatio), con lo que W ha de venir expresada en vatios. Para indicar que la potencia de referencia es un picovatio, se añade una p a la abreviatura «db» *. La tabla 2.1 da el nivel de potencia de unas fuentes típicas del ruido. El nivel de tensión correspondiente a la tensión v es: Lv

v2

v

Vo

Va

= 10 lag "2=20 lag -

db

(2.18)

Nivel del espectro

Se puede suponer que muchos sonidos complejos están formados por un gran número de componentes de ruido, distribuidos continuamente en el espectro de frecuencias. Para ruidos de este tipo es conveniente, a veces, emplear el nivel de espectro de presión sonora L ps , que es el nivel de presión sonora en una banda de 1 Hz de ancho; es decir, es el nivel de presión sonora dentro de una banda limitada por dos frecuencias, t2 y tI! y cuyo ancho será t2 - tI. La anchura de esta banda dependerá de las características del equipo de medida; lo que se mide es el nivel de presión en la banda, Lband • En general, la conversión de un nivel de presión en una banda al correspondiente en otra se realiza restando del primer nivel diez veces el logaritmo del cociente de los respectivos anchos de banda. Por ejemplo, supóngase que un nivel de banda L zoo ha sido medido en un ancho de banda t2 - tI = 200 Hz, y que se desea saber el nivel de presión en una banda de 50 Hz de ancho, centrada geométricamente dentro de la banda de 200 Hz. El resultado es: 200 L:IJ = L zoo - 10 lag 50 = L]fJJ - 6 db De una forma similar se puede calcular el nivel de presión en banda de 1 Hz o nivel de espectro L ps , a partir de un nivel L band medido en una banda de ancho (tz - tI) : Lps=Lband -10

t2-tl

lag - 1 - db

(2.19)

En la sección de este capítulo titulada Representación del nivel de espectro hay ejemplos de utilización del mismo. veces, son el neperio (para cocientes de amplitudes) y el belio. Para el neperio, r= 2718, y para el belio, r= 10, con lo que:

10 db=l belio=1,15 neperios.

* En algunos libros se emplea una potencia de referencia de 10- 13 vatios. Para pasar una cantidad en decibelios, referida a 10- 13 vatios, a su equivalente, referida a 10- 12 vatios (l picovatio), basta con restarle 10 db.

53

Indice de direccionalidad

En el caso de fuentes direccionales, se llama índice de direccionalidad a la diferencia entre el nivel de -presión sonora L d en una determinada dirección, y el nivel L m de la presión cuadrática media (a la misma distancia y calculada omnidireccionalmente) producidos por una fuente sonora. Es decir, (2.20)

Comparando con la definición del factor de directividad Q' dada por la ecuación (2.13), y de acuerdo con la definición de nivel de presión sonora, se ve que: G=101ogQ db

(2.21)

Normalmente, la dirección tomada como referencia es la dirección en que la respuesta es máxima, aunque no es una condición necesaria. El índice de direccionalidad puede ser positivo o negativo, dependiendo de si es mayor el nivel L d que el L m , o viceversa, en la dirección elegida. El índice de direccionalidad se puede utilizar para relacionar el nivel de potencia sonora de una fuente con el nivel de presión sonora en una determinada dirección y a una distancia dada. Combinando las ecuaciones (2.14), (2.16) Y (2.17), Y teniendo en cuenta que Po=2 x 10- 4 microbares y W o=l picovatio, en una dirección en la que el índice sea G, se verifica que: 7 pc Lp=Lw+G-20Iog~+10Iog40,8 +29,1 db

donde la distancia

7

viene expresada en centímetros y

de la cantidad 10 log

70=

(2.22)

1 cm. La variación

(~)

con la temperatura y la presión barométrica 40,8 se representa en la figura 2.8. Si L p es el nivel de presión correspondiente a la presión sonora cuadrática media, calculada omnidireccionalmente, entonces G = 1 y, para pc = 40,8 unidades c.g.s. y r en metros, se tiene: Lp=L IV - 20 log r-10,9 db

(2.22a)

Esta ecuaClOn es válida para un sonido que se propaga en un espacio esférico. Si el espacio de propagación es un hemisferio, para una misma potencia sonora, el nivel de presión aumentaría en 3 db. Divergencia

En la ecuación (2.8) se demuestra que, en campo libre, el sonido tiene divergencia esférica y la presión sonora varía en relación inversa con la distancia. Si el nivel de presión a una distancia dada rx es: Lx = 20 log 0,6;02 db 54

(2.23)

el nivel de presión a una distancia dada r será: (2.24) Esta es la expresión logarítmica de la ley de relación inversa respecto a la distancia. La ecuación dice que, a una distancia r doble de la distancia dada r el nivel de presión sonora disminuye 6 db; a una distancia rx /2, el nivel aumenta 6 db. Esta variación de 6 db entre dos distancias, una doble de la otra, sirve para comprobar la existencia de un campo libre de propagación. Si la fuente sonora fuera una línea, en vez de un punto, las ondas sonoras tendrían una propagación cilíndrica, y la presión sonora variaría en relación inversa con la raíz cuadrada de la distancia. En este caso, en el que hay divergencia cilíndrica, el nivel de presión disminuye 3 db, entre un punto y otro situado a distancia doble. En el caso de ondas planas, todas las componentes de la onda se propagan en la misma dirección, y la divergencia es cero. Xl

REPRESENTACION DE MEDIDAS DE RUIDO Ancho de banda

Los filtros utilizados para analizar el ruido eliminan las componentes cuyas frecuencias están por debajo y por encima de unos límites o frecuencias de corte propios de cada filtro. Las componentes cuyas frecuencias están comprendidas entre ambas frecuencias de corte pasan a través del filtro; esta banda de frecuencias permitida se denomina banda de paso y la diferencia entre ambas frecuencias de cortes es el ancho de banda. Los filtros empleados para medidas de ruido disponen, generalmente, de las siguientes bandas de paso: 75 a 150 Hz, 150 a 300 Hz, 300 a 600 Hz, 600 a 12000 Hz, 1200 a 2400 Hz y 2400 a 4800 Hz. En todos los casos, la relación de frecuencias de corte es 2: 1. Esta relación de frecuencias define el intervalo que se denomina, en música, octava; así, pues, estas bandas de paso son octavas. El ancho de banda aumenta con la frecuencia. Un dispositivo de medida de ruido que neve incorporados filtros de este tipo se denomina analizador de ancho de banda proporcional (ver Cap. 16). Banda de octava

La figura 2.10 es un ejemplo de gráfico de medidas de ruido efectuadas en octavas sucesivas. Los límites concretos están en la parte superior de la gráfica. El nivel de presión sonora en cualquier octava es el nivel de presión sonora de octava, o, brevemente, nivel de octava. Nótese que, por ejemplo, si el nivel de presión sonora en la banda de 600 a 1200 Hz es 64 db, se representa en el centro de la banda, que es 600 x 1200 = 850 Hz. Una gráfica 55

que represente los diferentes niveles de banda en relación con la frecuencia, se llama espectrograma *. Los datos reales medidos están representados por los círculos pequeños; sin embargo, conviene unirlos por líneas para tener una estimación de los niveles de octava y de la forma general del espectrograma. B A N DAS DE OCTAVA EN Hz o o o g 8 g g ~-~-~-~-g-~-Z-~-~ ~

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FIG. 2.10.

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FRECUENCIA EN Hz

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Ejemplo de un espectrograma, obtenido con bandas de octava. La fuente sonora fue un ventilador accionado por un motor con un zumbido muy pronunciado. Estos datos son promedios de medidas realizadas en una cámara reverberante, a distancias comprendidas entre 3 y 9 m del motor.

Banda de media octava

Algunas veces se necesita más información del espectro de ruido que la obtenida con las octavas. Entonces se emplean las bandas de media octava. Las frecuencias de corte de las medias o,:;tavas utilizadas normalmente se detallan en la parte superior de la figura 2.11. Los círculos de esta figura muestran cómo aparece el espectro sonoro de la figura 2.10, cuando se mide en medias octavas **. Bandas de un tercio de octava

Se utilizan bandas de un tercio de octava *** cuando se desea una información mucho más detallada. En la figura 2.12 se muestra el espectro de ruido del caso anterior, representado en bandas de un tercio de octava. Las bandas se identifican, normalmente, por sus frecuencias centrales, que se detallan en la parte inferior de la figura: 100, 125, 160, 250 Hz, etc. Las bandas de tercios de octava presentan la ventaja de que las frecuencias centrales * 0, simplemente, espectro. Ambos términos se usan indistintamente. (N. del T.) ** En el capítulo 17 se hace otra comparación de medidas efectuadas en bandas de octava, de media octava y de tercio de octava. ** * Estas bandas se definen, normalmente, como de un ancho de un tercio de octava. Es evidente que para que 10 bandas sucesivas sean exactamente contiguas, su anchura debe ser representada por la relación de frecuencia 10 1/10= 1,2589. En la práctica, esta relación apenas se distingue de la relación correspondiente a una verdadera división de un tercio de octava, es decir, 21/ 3 = 1,2599. Además, la distribución de las bandas se basa exactamente en 101/ 10 : cada 10 bandas, la frecuencia aumenta diez veces.

56

son múltiplos por 10 de los 10 números básicos, sea cual sea la extensión del margen de frecuencias. Algunas veces es conveniente numerar cada banda, como aparece en la parte superior de la figura 2.12. Esta numeración corresponde a 10 veces el logaritmo de la frecuencia central de la banda; aSÍ, la banda centrada a 1000 Hz es la número 30. Distribución continua

Muchos ruidos tienen unas características tales que el sonido se distribuye de una forma continua en todo el margen de frecuencias, dentro de una banda de paso dada; si se reduce la banda de paso, el nivel de presión sonora medido disminuye. Es decir, que una banda de paso estrecha permite pasar menos ruido que una ancha. Nótese que, por ejemplo, el nivel medido para 1 KHz en la figura 2.11 (banda de media octava) es de 59 db, mientras que en la figura 2.10

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-1 W

2.11. Espectrograma obtenido con bandas de media octava. La fuente sonora fue el mismo motor citado en la figura 2.10. FIG.

2:

z

30 L...,J.,,-,1r,rh,.,-'-.J.,-I-...-I.r-t-nh-rt--'-+-"r-t--r..eTtr,¡-'--' I 100 1000 10.000 FRECUENCIA EN Hz

(banda de octava) es de 62 db. Dado que muchos análisis de ruido se dan en términos de octavas, a veces es conveniente calcular (para espectros razonablemente continuos) los niveles de octava, añadiendo 3 db a los niveles de media octava observados. Análogamente se podrían calcular añadiendo 5 db a los niveles de tercio de octava. Interpretación

Considérese el nivel de presión sonora correspondiente a la frecuencia de 120 Hz, en las figuras 2.10, 2.11 y 2.12. El nivel es de 94 db, independientemente de la anchura de la banda de paso. Esto ocurre cuando el sonido predominante dentro de una banda es un tono de frecuencia única. 57

Tales tonos' se pueden identificar, a menudo, por simple escucha o a partir de cierta itiformación, como el conocimiento de los armónicos de la frecuencia de alimentación. Se ha dibujado una línea vertical a 120 Hz en las figuras 2.11 y 2.12, para indicar que ese pico parece debido a un tono simple y no a un ruido continuo y distribuido. La línea vertical representa una interpretación, en contraste con los círcu· los, que representan medidas reales Se aprecia en la figura 2.11 que la curva se ha dibujado por debajo de los puntos observados para 90 y 180 Hz, igual que para 100 y 160 Hz en la figura 2.12. Esto es igualmente otra interpreta. BANDA

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2.12. Espectrograma obtenido con bandas de un tercio de octava. La fuente sonora fue la misma de los casos anteriores. FIG.

clono Un filtro real no elimina completamente las frecuencias fuera de la banda de paso, y los ejemplos de las figuras 2.11 y 2.12 muestra cómo la intensa señal a 120 Hz puede afectar las lecturas en las bandas adyacentes. En el capítulo 16 hay una explicación detallada de las características de los filtros. Ancho de banda constante

Otro tipo de analizador de sonido, de uso común para estudio de ruidos, se caracteriza porque su ancho de banda es constante y no muy amplio (quizá del orden de los 20 Hz). Esta banda de paso puede desplazarse a lo largo del margen de frecuencias mediante el movimiento de un dial. Este tipo de analizador se denomina analizador de banda constante. Si el nivel de presión sonora medido con un analizador de esta clase es constante en un amplio margen de frecuencias, se dice que el espectro sonoro es «plano», y el ruido se denomina ruido blanco. Dicho de otra forma, en un ruido blanco, la presión sonora cuadrática media es uniforme y continua con la frecuencia. Un ruido blanco puede ser también ruido aleatorio, caracterizado

58

porque las amplitudes instantáneas de sus componentes se distribuyen en el tiempo según la curva de Gauss (también llamada distribución normal). Sin embargo, el ruido aleatorio no tiene, necesariamente, un espectro plano. La figura 2.13 muestra el ruido representado en la figura 2.10, pero medido ahora con un analizador de 20 Hz de banda de paso. Nótese la marCada

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FIG. 2.13.

Espectrograma obtenido con bandas de 20 Hz. El ruido es el mismo de los casos anteriores. La línea vertical a 120 Hz y la línea rayada se han añadido como una posible interpretación.

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FRECUENCIA EN

diferencia de forma de las curvas. A continuación, se discute la escala de medidas del nivel más correcto. Pendiente del espectrograma

A menudo se describe la forma aproximada de un espectrograma, o de una parte de él, por su pendiente. Sin embargo, hay que matizar esta descripción, ya que, por ejemplo, en la figura 2.10 y en la zona de 200 a 4000 Hz, la pendiente negativa es ligeramente superior a 4 db por octava, mientras que en la figura 2.13 y en el mismo intervalo es de 7 db por octava. Estos 3 db de diferencia aparecen cuando se comparan medidas hechas en bandas de ancho constante con las hechas en bandas de ancho proporcional; la causa estriba en que las bandas proporcionales son más amplias y, según aumenta la frecuencia, dejan pasar más ruido distribuido. Representación del nave! de espectro

Una forma de comparar datos obtenidos con analizadores de diferentes anchos de banda es reducir las diversas observaciones a las que se obtendrían con una anchura de banda común de 1 Hz, utilizando el nivel de espectro. Según la ecuación (2.19), el nivel de espectro de un ruido en banda de 1 Hz, se obtiene restando de la medida efectuada en una banda más ancha la cantidad 10 log (t2 - tI), siendo t2 y tI los límites de la banda. Esto puede hacerse de una forma gráfica, a partir de la figura 2.14, mediante dos métodos diferentes. 59

40 35 ID

o

z w z

.-

30 ./

BANDA DE DCTAVA

Q

en 25 a:: w

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ANCHO OE BANDA ,

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Lt

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.....

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===

"BANDA DE MEDIA OCTAVA

¡"...

BANDA DE TERCIO DE OCTAVA

50 100 FRECUENCIA EN

200 Hz

500

1O00

2000

FIG. 2.14. Factor de converSlOn, en decibelios, que debe restarse del nivel de presión de banda para obtener el nivel de espectro. La curva superior se debe utilizar cuando se conoce el ancho real de la banda. Cuando se conozca la frecuencia central de la banda se deben utilizar las tres curvas inferiores. Esta conversión es válida únicamente para ruido distribuido.

El primer método depende del conocimiento del ancho real de la banda de paso. Supóngase, por ejemplo, que se hace la conversión a partir de medidas tomadas con un ancho de banda de 20 Hz. De la curva denominada ancho de banda, en la figura 2.14, se obtiene que, para 20 Hz de ancho de banda, el factor de conversión es 13 db. Esta conversión se aplica al nivel de ruido medio con 20 Hz de ancho de banda de la figura 2.13. Por ejemplo, a 1000 Hz el nivel observado es de 47 db; por tanto, el nivel de espectro a 1000 Hz será 47 -13 = 34 db. Los diversos valores del nivel de espectro se pueden leer directamente en la escala situada a la derecha de la figura 2.13. El segundo método de hacer la conversión necesita la utilización de una banda de ancho proporcional, por ejemplo, una media octava, y la frecuencia central de la banda. Supóngase que el problema es calcular el nivel de espectro a 1000 Hz, conociéndose el nivel de media octava tomado de la figura 2.11, que es 59 db. De la figura 2.14 obtenemos que el factor de conversión para una media octava es 25,4 db; por tanto, el nivel de espectro calculado será 59 - 25 = 34 db, que es el mismo resultado obtenido a partir de la banda de 20 Hz.

Red oblicua La conversión de nivel de banda a nivel de espectro se puede realizar automáticamente con la ayuda de un gráfico que tenga representada la red oblicua mostrada en la figura 2.15, donde los datos originales de la figura 2.10 se han vuelto a dibujar. Por ejemplo, nótese que el nivel de octava a 3400 Hz, 60

leído en la gráfica normal, es de 54 db, mientras que el nivel de espectro de dicha frecuencia, leído en la red oblicua, es de 20 db. La red oblicua tiene la ventaja de que el nivel de espectro se puede leer directamente; más aún, la escala de nivel de banda sirve para averiguar el nivel de presión de un tono aislado, una vez se ha identificado su frecuencia. (J)

w

BANDAS DE OCTAVA EN Hz

ce


~_~_o_g_g_g_~_g_~

10

~ u

fil

100

~

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N

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o

o

g

80 f---+-~~:¡-+-/--;;;;>","'f--+-t-:;;...-j

~

70


aí o

z

60

w

~ ~ u

FIG. 2.15. Ejemplo de espectrograma obtenido con octavas, al que se ha superpuesto la red de niveles de espectro. El ruido es el mismo de la figura 2.10.

o w o

-l W

~

100

Z

fOOO fa,OOO . FRECUENCIA EN Hz

Es evidente que este método de converSlOn da únicamente el nivel medio de espectro existente en la banda de medida, sin indicar nada sobre la distribución del sonido dentro de ella. Diagramas direccionales

La forma en que se emite un sonido en las diversas direcciones se describe, a menudo, mediante diagramas polares como el de la figura 2.16. La fuente sonora fue un perforador eléctrico funcionando en vacío a 2200 rpm. El micrófono de medida se colocó a una distancia de 75 cm y se movió siguiendo una circunferencia en el plano que contenía al eje del perforador. La figura muestra el gráfico que trazó automáticamente el equipo de medida; las líneas oscilantes indican la variabilidad del nivel de presión sonora. Las bandas de medida fueron bandas de un tercio de octava centradas en 500, 2000 Y 10000 Hz, respectivamente. Nótese que a 500 Hz el nivel de presión sonora (despreciando las fluctuaciones muy rápidas) varía solamente entre 49 y 52 db. A 2000 Hz, el nivel máximo de presión sonora es 78 db, Y el mínimo, 67 db. A 10000 Hz hay un mínimo de nivel en la dirección correspondiente a 0 y hay máximos en las direcciones fijadas por los 30° y los 320 El equipo midió también el nivel de presión. sonora cuadrática media en todas las direcciones y a una distancia de 75 cm. Estos niveles de presión sonora, medidos en bandas de un tercio de octava centradas en 500, 2000 0

,

0

•

61

FIG. 2.16. Diagrama de comportamiento direccional del sonido emitido por un perforador eléctrico de mano, de alta velocidad y sin carga, que gira a 22 000 r.p.m. El nivel de presión fue medido en bandas de tercio de octava, centradas en las frecuencias indicadas. El micrófono se hizo girar alrededor del perforador, a una distancia de 75 cm, en un plano que contenía el eje del perforador; la punta' del mismo estaba en la dirección O°. (Cortesía del General Engineering Laboratory, General Electric Company.)

y 10000 Hz son 51,75 y 61 db, respectivamente. Estos valores equivalen a

los obtenidos en la figura 2.16, sobre todo si se considera que el diagrama direccional no es necesariamente el mismo en todos los planos que contienen el eje del perforador. A la vista de la ecuación (2.22a), y considerando una distancia de 75 cm, se deduce que los niveles de potencia sonora (referidos a 1 picovatio) producidos por el perforador son 59,5, 83,5 Y 69,5 db, respectivamente, en las bandas de tercio de octava centradas en 500, 2000 Y 10000 Hz. Las potencias sonoras correspondientes son 0,9, 224 Y 9 ¡J-w. El índice de direccionalidad se deduce fácilmente de la información obtenida. A 320°, por ejemplo, los niveles de presión sonora observados son 62

de 51,78 Y 66 db, respectivamente, a 500, 2000 Y 10000 Hz. Los índices de direccionalidad respectivos para esa dirección son: 0,3 y 5 db. El valor G =0 db significa que, a 500 Hz, el nivel de presión sonora en la dirección 320° es el mismo que el nivel de presión sonora cuadrática media, calculado omnidireccionalmente. Sin embargo, a 2000 Hz hay un índice de 3 db Y a 10000 Hz, de 5 db. 0.1

16

al

o

.I

Z LLI


(f)


W ..J W

~

::::> (f)

w

~

al

LLI

z

o

w

o:

W

1

(f)

w

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o

al

o W o

w w o:

u.

o ....."CI¡

a:: w

:i: ::::>

~

FIG. 2.17. Escala utilizada para combinar niveles de presión sonora. La escala de la izquierda da el número de decibelios A que debe añadirse al nivel de presión sonora L 1 para obtener el nivel resultante de la combinación de L 1 y L 2•

w


z

2

o z l.

1Z

-.J I

4-f~_2

....

-.J

'-

5~:

-- -4 :

~~-

-6

El índice de direccionalidad está asociado a una dirección determinada. Por ejemplo, a 0°, los niveles de presión sonora obtenidos de la figura 2.16 son 49,5, 77 Y 54,5 db a 500, 2000 Y 10 000 Hz, respectivamente. Consecuen· temente, para esta dirección, G = -1,5, 2,0 Y - 6,5 db. Al sustituir estos valores en la ecuación (2.22), los niveles de potencia obtenidos son los ya citados anteriormente. CALCULOS CON DECIBELIOS Combinación de niveles sonoros

La figura 2.17 sirve para calcular el nivel de presión sonora existente si se combinan dos o más sonidos medidos por separado. El resul tado final no es la simple adición de los niveles de presión respectivos. 63

Por ejemplo, supóngase que dos ventiladores producen un nivel de presión de 80 db cada uno, en un determinado lugar y funcionando por separado. La diferencia entre los niveles de ambos ventiladores es O db. De acuerdo con la figura 2.17, a una diferencia de O db le corresponde la cantidad de 3 db, que se debe añadir al nivel (cindividua1» para obtener el nivel de la «combinación». Por tanto, cuando los dos ventiladores están funcionando a la vez, el nivel total de presión sonora es de 83 db. Como segundo ejemplo, supóngase que el nivel de ruido del primer ventilador es L 1 = 80 db, Y el del segundo, L 2 = 76 db. Como L 1 - L 2 = 4 db, se deduce de la figura 2.17 que hay que añadir 1,5 db a L 1 para obtener el nivel de la combinación de los dos ventiladores: 80 + 1,5 = 81,5 db. Si uno de los dos niveles que se combinan es mucho menor que el otro, el nivel de combinación no será mucho mayor que el nivel más alto. En ningún caso el nivel de la combinación de dos fuentes de ruido será más de 3 db mayor que el nivel individual más alto. Nivel de banda ancha obtenido a partir de medidas en bandas de octava

A veces se desea saber un nivel de «banda ancha» después de haber tomado medidas en bandas más estrechas. Por ejemplo, en el estudio del problema de las interferencias de ruido en la conversación, supongamos que se desea saber, en la banda limitada por 300 y 4800 Hz, el nivel de presión sonora del ruido cuyo espectrograma está representado en la figura 2.10. Los niveles de banda correspondientes a las octavas comprendidas entre 300 y 4800 Hz son: Frecuencia central, en Hz ... Nivel de octava, en db ... . ..

425

67

850 64

1700 58

3400 54

Dado que las octavas son adyacentes, el nivel de banda ancha deseado es, simplemente, el nivel resultante de la «(combinación» de varios niveles de 60

\

WCD

o o 50 a:: w I-
0

z

>w _. a:: za..

P' l' f- - H

¡ Ilt[ih

W:

I

11,

0

..J -W en

20 10

~~I

100

I

11

I

¡'11

I

1IIIji

1

1I

'\

~K

l'

!

1000 FRECUENCIA

64

i

\

OZ

10,000 EN

Hz

FrG. 2.18. Parte del espectrograma del motor del ventilador de la figura 2.13. La aproximación por tramos aparece en línea rayada.

octava. Los niveles de octava se pueden combinar en cualquier orden. (Sin embargo, es preferible comenzar por los niveles más altos, porque así se pueden estimar con más facilidad los niveles que se pueden despreciar.) Los primeros dos niveles son 67 y 64 db. Como se diferencian en 3. db, se deben añadir 1,8 db a los 67 db para obtener el nivel de la combinación. Este nivel resultante se sigue combinando con los demás niveles en la forma siguiente, que es muy conveniente para cálculos de una cierta extensión: Lb

Lz,

(L 1 -L 2),

db

db

db

A, db

67 1,8

64

3,0

1,8

68,8 0,3

58

10,8

0,3

69,1 0,1

54

15,1

0,1

---

-69,2

I

Cada nuevo nivel combinado se denomina L 1 y la diferencia con el siguiente nivel es (L 1 - L 2) ; la cantidad A se obtiene de la figura 2.17. Es evidente que cuando (L 1 - L z) es 15 db, se puede parar el cálculo, a menos que haya todavía un gran número de pequeños niveles cuya combinación pudiera ser comparable al valor ya calculado. Así, el nivel de presión sonora, calculado en la banda limitada por 300 y 4800 Hz, es de 69,2 db. Nivel de banda ancha calculado a partir del nivel de espectro

El mismo problema anterior se puede solventar mediante cálculos SImIlares a partir de datos expresados en niveles de espectro. Considérese, por ejemplo, el espectrograma de ruidos mostrado en la figura 2.18, que es una transcripción de la figura 2.13. Se ha realizado una aproximación arbitraria mediante una línea quebrada en escalera, cuyos tramos horizontales corresponden al nivel de espectro del ruido real en el centro del tramo (en la escala logarítmica de frecuencia). Esto es equivalente a tomar el nivel de espectro en el centro geométrico de frecuencias de banda, lo que se realiza gráficamente, sin hacer un cálculo real de la frecuencia. El nivel de espectro L ps correspondiente a cada bloque se calcula en la tabla de la página siguiente. El primer paso es convertir los niveles de espectro en niveles de banda Lb. Esto se efectúa añadiendo el factor de conversión C, tomado de la figura 2.14. Así, por ejemplo, el ancho de banda limitado por 300 y 500 Hz es de 200 Hz, para el que C=23 db. El nivel de banda para este caso será 23,0+43,0=66,0 db. Este nivel de banda se combina con el siguiente nivel de 64,8 db, y la combinación de ambos con 60,1 db. Los cálculos se organizan según la tabla mostrada, aunque parte de los mismos se debe realizar mentalmente. Es decir, 65 5

Frecuencias límite, en Hz

e, db

L ps , db

300-500 500-1000

23,0 27,0

43,0 37,8

1000-2000

30,0

2000-4800

34,5

300-4800

I

Lb, db

L comb , db

66,0 2,5

30,1

66,0 60,8 60,1

22,0

56,5

-68,5 0,5

-69,0 0,2

69,2

la diferencia L 1 - L z es 66,0 - 64,8 = 1,2 db, Y de la figura 2.17 se deduce la cantidad A = 2,5, que se debe añadir a L 1 = 66,0 db. El resultado final es de 69,2 db, en la banda comprendida entre 300 y 4800 Hz. Si el espectrograma hubiera sido más irregular, es evidente que se hubieran necesitado tramos más estrechos para hacer la aproximación. Ruido de fondo

Todo ruido puede considerarse como una «señal» cuando se va a medir. Al menos momentáneamente es un sonido deseado. Si este ruido que va a medirse es el ruido ambiente, habrá siempre otro ruido, debido al equipo de medida, que limitará la medida de esta «señal». Una prueba directa es anotar la lectura en cada banda de medida cuando no hay señal. Para que las medidas sean significativas, el nivel del ruido de fondo debe ser, al menos, 10 db inferior al nivel de la señal. La relación entre el nivel de señal y el nivel de ruido de fondo se denomina relación señalruido en decibelios. A veces se necesita medir el ruido de una máquina que está en un lugar ruidoso. El micrófono de medida registra el ruido de la máquina (señal deseada), y el ruido general de fondo. Es decir, que se mide realmente el nivel de la señal más el ruido. Normalmente, la señal puede eliminarse parando la máquina, y entonces se puede medir el ruido. Si el nivel de ruido de fondo es menor que el nivel de ruido de la máquina, se puede efectuar una corrección para eliminar la presencia del ruido perturbador. El procedimiento se explica en el capítulo 17.

66

Apéndice 2.1

La siguiente tabla da el número de decibelios correspondiente a una determinada relación de presiones. Los valores se han calculado a partir de la ecuación (2.15). Por ejemplo, a una relación de presión sonora de 2,55 le corresponden 8,13 db. Para relaciones de valor elevado, la solución se puede calcular en dos pasos. Por ejemplo, si la relación vale 146=20x7,3, el número de decibelios será 26,02+17,27=43,29. I

Relación de presiones

0,00

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

0,00 0,83 1,58 2,28 2,92

0,09 0,9J 1,66 2,35 2,98

0,17 0,98 1,73 2,41 3,05

0,26 1,06 1,80 2,48 3,11

0,34 1,14 1,87 2,54 3,17

0,42 1,21 1,94 2,61 3,23

0,51 1,29 2,01 2,67 3,29

0,59 1,36 2,08 2,73 3,35

67 0. 1,44 2,14 2,80 3,41

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

3,52 4,08 4,61 5,11 5,58

3,58 4,14 4,66 5,15 5,62

3,64 4,19 4,71 5,20 5,67

3,69 4,24 4,76 5,25 5,71

3,75 4,30 4,81 5,30 5,76

3,81 4,35 4,86 5,34 5,80

3,86 4,40 4,91 5,39 5,85

3,92 4,45 4,96 5,44 5,89

97 3. 1 4,51 5,01 ! 5,48 ' 5,93

4',03 4,56 5,06 5,53 5,98

2,0 2,1 2,2 2,3 2,4

6,02 6,44 6,85 7,24 7,60

6,06 6,49 6,89 7,27 7,64

6.11 6,53 6,93 7,31 7,68

6,15 6,57 6,97 7,35 7,71

6,19 6,61 7,01 7,38 7,75

6,24 6,65 7,04 7,42 7,78

6,28 6,69 7,08 7,46 7,82

6,32 6,73 7,12 7,50 7,85

6,36 6,77 7,16 7,53 7,89

6,40 6,81 7,20 7,57 7,92

2,5 2,6 2,7 2,8 2,9

7,96 8,30 8,63 8,94 9,25

7,99 8,33 8,66 8,97 9,28

8,03 8,37 8,69 9,01 9,31

8,06 8,40 8,72 9,04 9,34

8,10 8,43 8,76 9,07 9,37

8,13 8,47 8,79 9,10 9,40

8,17 8,50 8,82 9,13 9,43

8,20 8,53 8,85 9,16 9,46

8,23 8,56 8,88 9,19 9,48

3,0 3,1 3,2 3,3 3,4

9,54 9,83 10,10 10,37 10,63

9,57 9,86 10,13 10,40 10,66

9,60 9,88 10,16 10,42 10,68

9,63 9,91 10,18 10,45 10,71

9,66 9,94 10,21 10,48 10,73

9,69 9,97 10,24 10,50 10,76

9,71 9,99 10,26 10,53 10,78

9,74 10,02 10,29 10,55 10,81

0,77 10,05 10,32 10,58 10,83

9,80 10,08 10,34 10,60 10,86

3,5 3,6 3,7 3,8 3,9

10,88 11,13 11,36 11,60 11,82

10,91 11,15 11,39 11,62 11,84

10,93 11,17 11,41 11,64 11,87

10,96 11,20 11,43 11,66 11,89

10,98 11,22 11,46 11,69 11,91

11,01 11,25 11,48 11,71 11,93

11,03 11,27 11,50 11,73 11,95

11,05 11,29 11,53 11,75 11,98

11,08 11,32 11,55 11,78 12,00

11,10 11,34 11,57 11,80 12,02

4,0 4,1 4,2 4,3 4,4

12,04 12,26 12,47 12,67 12,87

12,06 12,28 12,49 12,69 12,89

12,09 12,30 12,51 12,71 12,91

12,11 12,32 12,53 12,73 12,93

12,13 12,34 12,55 12,75 12,95

12,15 12,36 12,57 12,77 12,97

12,17 12,38 12,59 12,79 12,99

12,19 12,40 12,61 12,81 13,01

12,21 12,42 12,63 12.83 13,03

12,23 12,44 12,65 12,85 13,05

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

0.081 0.09

- --------- -- - ------1

1

I

0,75 1,51 2,21 2,86 3,46

8,27 8,60 8,91 9,22 9,51

67

Apéndice 2.1.

(Continuación.)

0,01

0,02

0,03

0,04

0,05

0,06

0,07

13,08 13,27 13,46 13,64 13,82

13,10 13,29 13,48 13,66 13,84

13,12 13,31 13,50 13,68 13,86

13,14 13,33 13,52 13,70 13,88

13,16 13,35 13,53 13,72 13,89

13,18 13,37 13,55 13,73 13,91

13,20 13,39 13,57 13,75 13,93

14,01 14,19 14,35 14,52 14,68

14,03 14,20 14,37 14,54 14,70

14,05 14,22 14,39 14,55 14,71

14,07 14,24 14,40 14,57 14,73

14,08 14,25 14,42 14,58 14,74

I

Rela~i6n

de preSIones

i

0,00

!-4,5 4,6 4,7 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4

68

13,06 13,26 I 13,44 13,63 I 13,80 I

I

I

I

I

~I~ 13,22 13,41 13,59 13,77 13,95

13,24 13,42 13,61 13,79 13,96

14,10 14,27 14,44 14,60 14,76

14,12 14,29 14,45 14,62 14,78

14,13 14,30 14,47 14,63 14,79

14,92 15,07 15,22 15,37 15,52

14,93 15,09 15,24 15,39 15,53

14,95 15,10 15,25 15,40 15,55

13,98 I I 14,15 14,32 14,49 14,65

14,00 14,17 14,34 14,50 14,66

5,5 5,6 5,7 5,8 5,9

14,81 14,96 15,12 15,27 15,42

14,82 14,98 15,13 15,28 15,43

14,84 15,00 15,15 15,30 15,45

14,86 15,01 15,16 15,31 15,46

14,87 15,03 15,18 15,33 15,48

14,89 15,04 15,19 15,34 15,49

14,90 15,06 15,21 15,36 15,51

6,0 6,1 6,2 6,3 6,4

15,56 15,71 15,85 15,99 16,12

15,58 15,72 15,86 16,00 16,14

15,59 15,74 15,88 16,01 16,15

15,61 15,75 15,89 16,03 16,16

15,62 15,76 15,90 16,04 16,18

15,64 15,78 15,92 16,06 16,19

15,65 15,79 15,93 16,07 16,21

15,66 15,81 15,95 16,08 16,22

15,68 15,82 15,96 16,10 16,23

15,69 15,83 15,97 16,11 16,25

6,5 6,6 6,7 6,8 6,9

16,26 16,39 16,52 16,65 16,78

16,27 16,40 16,53 16,66 16,79

16,29 16,42 16,55 16,68 16,80

16,30 16,43 16,56 16,69 16,82

16,31 16,44 16,57 16,70 16,83

16,33 16,46 16,59 16,71 16,84

16,34 16,47 16,60 16,73 16,85

16,35 16,48 16,61 16,74 16,87

16.37 16,50 16,63 16,75 16,88

16,38 16,51 16,64 16,76 16,89

7,0 7,1 7,2 7,3 7,4

16,90 17,03 17,15 17,27 17,39

16,91 17,04 17,16 17,28 17,40

16,93 17,05 17,17 17,29 17,41

16,94 17,06 17,18 17,30 17,42

16,95 17,07 17,20 17,31 17,43

16,96 17,09 17,21 17,33 17,44

16,98 17,10 17,22 17,34 17,46

16,99 17,11 17,23 17,35 17,47

17,00 17,12 17,24 17,36 17,48

17,01 17,14 17,26 17,37 17,49

7,5 7,6 7,7 7,8 7,9

17,50 17,62 17,73 17,84 17,95

17,51 17,63 17,74 17,85 17,96

17,52 17,64 17,75 17,86 17,98

17,54 17,65 17,76 17,88 17,99

17,55 17,66 17,78 17,89 18,00

17,56 17,67 17,79 17,90 18,01

17,57 17,69 17,80 17,91 18,02

17,58 17,70 17,81 17,92 18,03

17,59 17,71 17,82 17,93 18,04

17,61 17,72 17,83 17,94 18,05

8,0 8,1 8,2 8,3 8,4

18,06 18,17 18,28 18,38 18,49

18,07 18,18 18,29 18,39 18,50

18,08 18,19 18,30 18,40 18,51

18,09 18,20 18,31 18,41 18,52

18,11 18,21 18,32 18,42 18,53

18,12 18,22 18,33 18,43 18,54

18,13 18,23 18,34 18,44 18,55

18,14 18,24 18,35 18,46 18,56

18,15 18,26 1836 18,47 18,57

18,16 18,27 18,37 18,48 18,58

I

I

Apéndice 2.1.

(Continuación.)

0,02

0,04

I

Relación de presiones

0,00

0,01

0,03

0,05

0,06

- - - -- - - - - -- -

~I~

0,09

--

8,5 8,6 S,7 8,8 8,9

18,59 18,69 18,79 18,89 18,99

18,60 18.70 18,80 18,90 19,00

18,61 IS,71 18,81 18,91 19,01

18,62 lS,72 18,82 18,92 19,02

18,63 IS,73 18,83 18,93 19,03

18,64 IS,74 lS,84 18,94 19,04

18,65 IS,75 18,85 18,95 19,05

18,66 18,76 IS,S6 IS,96 19,06

18,67 IS,77 lS,S7 18,97 19,07

18,68 IS,78 18,88 18,98 19,08

9,0 9,1 9,2 9,3 9,4

19,09 19,18 19,28 19,37 19,46

19,09 19,19 19,29 19,38 19,47

19,10 19,20 19,30 19,39 19,4S

19,11 19,21 19,30 19,40 19,49

19,12 19,22 19,31 19,41 19,50

19,13 19,23 19,32 19,42 19,51

19,14 19,24 19,33 19,43 19,52

19,15 19,25 19,34 19,44 19,53

19,16 19,26 19,35 19,44 19,54

J9,17 19,27 19,36 19,45 19,55

9,5 9,6 9,7 9,8 9,9

19,55 19,65 19,74 19,83 19,91

19,56 19,65 19,74 19,83 19,92

19,57 19,66 19,75 19,84 19,93

19,58 19,67 19,76 19,85 19,94

19,59 19,68 19,77 19,86 19,95

19,60 19,69 19.78 19,87 19,96

19,61 19,70 19,79 19,88 19,97

19,62 19,71 19,80 19,59 19,97

19,63 19,72 19,81 19,90 19,98

19,64 19,73 19,82 19,90 19,99 I

1_

I

I

I

_81_

Relación de presiones

O

10 20 30 40

20,00 26,02 29,54 32,04

20,83 26,44 29,83 32,26

21,58 26,85 30,10 32,47

22,28 27,24 30,37 32,67

22,92 27,60 30,63 32,87

23,52 27,96 30,88 33,06

24.028,30 31,13 33,26

24,61 28,63 31,36 33,44

25,11 28,94 31,60 33,63

25,58 29,25 31,82 33,80

50 60 70 80 90

33,98 35,56 36,90 38,06 39,09

34,15 35,71 37,03 38,17 39,18

34,32 35,85 37,15 38,28 39,28

34,49 35,99 37,27 38,38 39,37

34,65 36,12 37,39 38,49 39,46

34,81 36,26 37,50 3S,59 39,55

34,96 36,39 37,62 38,69 39,65

35,12 36,52 37,73 38,79 39,74

35,27 36,65 37,S4 38,89 39,83

35,42 36,78 37,95 38,99 39,91

100

40,00

1

3 2 4 5 6 7 - - - -- - - ------

9

I

69

Apéndice 2.2

La siguiente tabla da el número de decibelios correspondiente a una determinada relación de potencias. Los valores se han calculado a partir de la ecuación (2.17). Si la relación de potencias es mayor que la unidad, la potencia dividendo excede a la potencia divisor en el número de decibelios dado por la tabla. Si la relación de potencias es menor que la unidad, la potencia dividendo es inferior a la potencia divisor en el número de decibelios dado por la tabla. Como ejemplo, supongamos que dos niveles de potencia difieren en 4 db; la tabla muestra que la relación de las dos potencias es 2,51. Si la diferencia fuera de -4 db, la relación sería de 0,398. Relación - db de +potencias

+ -')o

Relación Relación - db de de potencias potencias +-

+ -')o

1_

Relación Relación db + Relación de pode de . +-')o tencias potencias potencIas

1,000 0,977 0,955 0,933 0,912

O 0,1 0,2 0,3 0,4

1,00 1,02 1,05 1,07 1,10

0,355 0,347 0,339 0,331 0,324

4,5 4,6 4,7 4,8 4,9

2,82 2,88 2,95 3,02 3,09

0,126 0,123 0,120 0,118 0,115

9,0 9,1 9,2 9,3 9,4

7,94 8,13 8,32 8,51 8,71

0,891 0,871 0,851 0,832 0,813

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9

1,12 1,15 1,18 1,20 1,23

0,316 0,309 0,302 0,295 0,288

5,0 5,1 5,2 5,3 5,4

3,16 3,24 3,31 3,39 3,47

0,112 0,110 0,107 0,105 0,102

9,5 9,6 9,7 9,8 9,9

8,91 9,12 9,33 9,55 9,77

0,794 0,776 0,759 0,741 0,724

1,0 1,1 1,2 1,3 1,4

1,26 1,29 1,32 1,35 1,38

0,282 0,275 0,269 0,263 0,257

5,5 5,6 5,7 5,8 5,9

3,55 3,63 3,72 3,80 3,89

0,1000 0,0977 0,0955 0,0933 0,0912

10,0 10,1 10,2 10,3 10,4

10,0 10,2 10,5 10,7 11,0

0,708 0,692 0,676 0,661 0,646

1,5 1,6 1,7 1,8 1,9

1,41 1,45 1,48 1,51 1,55

0,251 0,246 0,240 0,234 0,229

6,0 6,1 6,2 6,3 6,4

3,98 4,07 4,17 4,27 4,37

0,0891 0,0871 0,0851 0,0832 0,0813

10,5 10,6 10,7 10,8 10,9

11,2 11,5 11,8 12,0 12,3

0,631 0,617 0,603 0,589 0,575

2,0 2,1 2,2 2,3 2,4

1,59 1,62 1,66 1,70 1,74

0,224 0,219 0,214 0,209 0,204

6,5 6,6 6,7 6,8 6,9

4,47 4,57 4,68 4,79 4,90

0,0794 0,0776 0,0759 0,0741 0,0724

11,0 11,1 11,2 11,3 11,4

12,6 12,9 13,2 13,5 13,8

0,562 0,550 0,537 0,525 0,513

2,5 2,6 2,7 2,8 2,9

1,78 1,82 1,86 1,91 1,95

0,200 0,195 0,191 0,186 0,182

7,0 7,1 7,2 7,3 7,4

5,01 5,13 5,25 5,37 5,50

0,0708 0,0692 0,0676 0,0661 0,0646

11,5 11,6 11,7 11,8 11,9

14,1 14,5 14,8 15,1 15,5

0,501 0,490 0,479 0,468 0,457

3,0 3,1 3,2 3,3 3,4

2,00 2,04 2,09 2,14 2,19

0,178 0,174 0,170 0,166 0,162

7,5 7,6 7,7 7,8 7,9

5,62 5,75 5,89 6,03 6,17

0,0631 0,0617 0,0603 0,0589 0,0575

12,0 12,1 12,2 12,3 12,4

15,9 16,2 16,6 17,0 17,4

70

Apéndice 2.2.

(Continuación.)

I-

Relación db + Relación RelaciÓnl_ db + Relación Relación - db + Relación de pode de de de de. I ~ ~ ~ ~ potencias potencias ~ potencias potencias; ~ tencias potencIas: i I 17,8 12,5 0,447 I 3,5 2,24 0,159 8,0 6,31 0,0562 18,2 12,6 3,6 2,29 0,155 8,1 6,46 0,437 I 0,0550 12,7 18,6 2,34 0,151 i 0,427 ! 3,7 8,2 6,61 0,0537 19,1 0,148 8,3 12,8 0,417 i 3,8 2,40 6,76 0,0523 0,407 I 0,145 19,5 3,9 2,46 8,4 12,9 6,92 0,0513 0,398 0,389 0,380 0,372 0,363

¡ I

4,0 4,1 4,2 4,3 4,4

0,141 0,138 0,135 0,132 0,129

2,51 2,57 2,63 2,69 2,75

I I

8,5 8,6 8,7 8,8 8,9

7,08 7,24 7,41 7,59 7,76

0,0501 0,0490 0,0479 0,0468 0,0457

13,0 13,1 13,2 13,3 13,4

20,0 20,4 20,9 21,4 21,9

13,5 13,6 13,7 13,8 13,9

22,4 22,9 23,4 24,0 24,6

0,0251 0,0246 0,0240 0,0234 0,0229

16,0 16,1 16,2 16,3 16,4

39,8 40,7 41,7 42,7 43,7

0,0141 0,0138 0,0135 0,0132 0,0129

18,5 18,6 18,7 18,8 18,9

70,8 72,4 74,1 75,9 77,6

0,0398 0,0389 0,0380 0,0372 0,0363

14,0 14,1 14,2 14.3 14,4

25,1 25,7 26,3 26,9 27,5

0,0224 0,0219 0,0214 0,0209 0,0204

16,5 16,6 16,7 16,8 16,9

44,7 45,7 46,8 47,9 49,0

0,0126 0,0123 0,0120 0,0118 0,0115

19,0 19,1 19,2 19,3 19,4

79,4 81,3 83,2 85,1 87,1

0,0355 0,0347 0,0339 0,0331 0,0324

14,5 14,6 14,7 14,8 14,9

28,2 28,8 29,5 30,2 30,9

0,0200 0,0195 0,0191 0,0186 0,0182

17,0 17,1 17,2 17,3 17,4

50,1 51,3 52,5 53,7 55,0

0,0112 0,0110 0,0107 0,0105 0,0102

19,5 19,6 19,7 19,8 19,9

89,1 91,2 93,3 95,5 97,7

0,0100

20,0

100,0

0,0316 0,0309 0,0302 0,0295 0,0288

15,0 15,1 15,2 15,3 15,4

31,6 32,4 33,1 33,9 34.7

0,0178 0,0174 0,0170 0,0166 0,0162

17,5 17,6 17,7 17,8 17,9

56,2 57,5 58,9 60,3 61,7

10- 1 10-2 10-3 10-4 10-5

10 20 30 40 50

10 102 103 104 105

0,0282 0,0275 0,0269 0,0263 0,0257

15,5 15,6 15,7 15,8 15,9

35,5 36,3 37,2 38,0 38,9

0,0159 0,0155 0,0151 0,0148 0,0145

18,0 18,1 18,2 18,3 18,4

63,1 64,6 66,1 67,6 69,2

10-6 10-7 10-8 10-9 10-10

60 70 80 90 100

106 107 108 109 1010

0,0447 0437 0, 0,0427 0,0417 0,0407

I

1

I

I

71

Capítulo 3 PROPAGACION DEL SONIDO AL AIRE LIBRE ISADORE RUDNICK,

PH.D.

Universidad de California (Los Angeles)

INTRODUCCION

Los efectos de la propagación del sonido al aire libre, tema del presente capítulo, dependen principalmente de la naturaleza y distribución de las fuentes del sonido y de las diferentes condiciones atmosféricas. La propagación del sonido en la atmósfera presenta un difícil problema estadístico, por no ser un medio ni homogéneo, ni estable. No se ha encontrado todavía una solución técnica fiable a muchos de los problemas prácticos presentes en el control del ruido al aire libre, debido a que se carece de conocimiento sobre muchos datos de micrometeorología sobre los que efectuar los cálculos precisos. Por consiguiente, gran cantidad de las materias expuestas en este capítulo son de naturaleza teórica, en contraste con el contenido técnico de capítulos posteriores. En los estudios que se hacen más adelante se supone, salvo que se indique lo contrario, que la fuente sonora está concentrada en un punto. Cuando están presentes varias fuentes, su efecto combinado depende de si son: 1) fuentes de sonidos independientes, como los aviones de un aeropuerto, una multitud, etc., o 2) fuentes cuyos sonidos están en fase, como un sistema de altavoces. En el primer caso, el nivel de sonido en un punto distante se calcula determinando el nivel para cada una de las fuentes y sumando los resultados. Los cálculos son más difíciles en el segundo caso, y no siempre se pueden efectuar. Basta decir que es necesario encontrar la amplitud de la presión sonora en el punto para cada fuente y sumarlas, teniendo en cuenta la fase de cada una. Considérese ahora una fuente de sonido concentrada en un punto. ¿Qué nivel alcanza el sonido en un punto distante? Los factores a tener en cuenta para determinarlo son los siguientes: 1.

Disminución por divergencia, debido a la dispersión de la energía del sonido. 2. La atenuación del sonido en el aire. 3. La niebla. 4. La reflexión y la difracción en obstáculos sólidos, como vallas. 5. La reflexión y la formación de sombras por los gradientes de viento y temperatura. 73

6.

La dispersión del sonido por variaciones en pequeña escala del viento y de la temperatura. 7. La reflexión y la absorción en el suelo.

En este capítulo se trata separadamente cada uno de estos factores. Bajo ciertas condiciones, el efecto acumulado es la suma de los diferentes efectos, pero generalmente no es éste el caso. Se discutirán algunas circunstancias en las que un efecto puede interferir y alterar a algún otro. DISMINUCION POR DIVERGENCIA DEBIDA A LA DISPERSION DE LAS ONDAS SONORAS

Normalmente, la disminución de la intensidad del sonido cuando uno se aleja de una fuente está producida, principalmente, por la divergencia de las ondas sonoras radiadas por dicha fuente. La amplitud del nivel de presión del sonido emitido desde una fuente puntual es, en cada punto, inversamente proporcional a la distancia a la fuente. Dicho de otra forma: hay una caída de 6 db en el nivel de intensidad sonora cada vez que se duplica la distancia a la fuente. Cualquier fuente no direccional de sonido se puede considerar puntual, si el punto en el que se mide la intensidad del sonido producido por ella está situado a una distancia relativamente grande, comparada con el tamaño de la fuente. La fuente puntual equivalente puede situarse, en este caso, en el centro del objeto emisor del sonido. Por ejemplo, a grandes distancias, el edificio de una tienda que emita sonidos con la misma intensidad por cada una de sus paredes, se puede considerar como una fuente concentrada en el centro del edificio. Según los datos de que se disponga, se pueden usar dos procedimientos para obtener el nivel de presión sonora L p , en decibelios, a una distancia r de una fuente puntual. 1. Según la ecuación (2.24), si se conoce el nivel de presión sonora Lx, en decibelios, a una distancia rx , el nivel L p a la distancia r es (3.1)

2. Las ecuaciones (2.22a) y (2.22b) proporcionan el nivel de presión sonora a cualquier distancia de una fuente no direccional, situada en un espacio abierto, en función del nivel de potencia sonora de la fuente L w (referido a 10-6 microvatios). Si la fuente está en el suelo, se puede obtener una expresión similar añadiendo 3 db para tener en cuenta la reflexión en el suelo *. De forma que, expresando r en metros, L p = L w - 20 log r - 7,9 db

(3.2)

* La ecuación (3.2) se obtiene a partir de las hipótesis de que el sonido se radia en un ángulo sólido de 27T radianes y de que la fuente está sobre una superficie que refleja el sonido perfectamente. 74

Una fuente sonora no puede radiar igual en todas las direcciones. Por ejemplo, en el caso de ruido producido por un avión, no puede aplicarse la ecuación (3.2), pero se puede aplicar la ecuación (3.1) siempre que: 1) tanto r como rx estén a suficiente distancia de la fuente, de forma que la distribución direccional del sonido no cambie con la distancia (para algunos reactores, la distancia mínima que debe tomarse es de 200 m), y 2) r y r x estén medidos en la misma dirección respecto a la fuente sonora.

ATENUACION DEL SONIDO EN EL AIRE

La constante de atenuación, que puede expresarse en decibelios por metro, se compone de dos partes. Una, carente de importancia, excepto para frecuencias altas, es debida al efecto combinado de la viscosidad, la conductividad térmica del aire y la absorción de energía debida a variaciones transitorias de la energía cinética de rotación de las moléculas del aire. Esta constante de atenuación al se puede considerar independiente de la humedad del aire. La segunda parte se debe a los estados transitorios de vibración de las moléculas de oxígeno del aire. Este efecto está fuertemente influido por la presencia de moléculas de agua, por 10 que este segundo coeficiente de atenuación az depende de la humedad. El coeficiente total de atenuación a está dado por a=a¡ +az=0,142 x 10-9 f+az

(3.3)

en donde al Y az se expresan en decibelios por metro y f es la frecuencia en ciclos por segundo. La figura 3.1 es un nomograma con el que se puede obtener el valor de az. Por ejemplo, queremos hallar az a una frecuencia de 2000 ciclos por segundo, para una temperatura del aire de 20° e y una humedad del 20 por 100. 1) Buscar en la escala vertical de temperaturas el punto A. 2) Dibujar una línea horizontal hasta que corte a la curva del 20 por 100 de humedad en el punto B. 3) Dibujar una línea vertical hasta la curva titulada Delsasso, a la que corta en el punto C. 4) Dibujar una línea horizontal desde el punto e hasta el D, lugar de encuentro con la curva de 2000 cps. 5) Trazar una línea vertical desde D hasta el punto E. Volviendo a A se traza «( Supóngase que una fuente sonora puntual está situada infinitamente próxima a una pared reflectante de superficie infinita y que su velocidad de radiación se mantiene constante. Bajo estas condiciones, la resistencia de radiación de la fuente y de su imagen dobla su valor, de modo que la potencia de radiación de cada una será el doble que la de la fuente en el caso de poder radiar libremente en todas las direcciones. Sin embargo, se requiere una potencia doble para mantener constante la velocidad de radiación. Así que, en cualquier punto situado en el lado de la fuente respecto del plano reflectante, la intensidad estará multiplicada por 4 y la presión por 2. Conforme se separa la fuente de la pared, la resistencia de radiación varía según 1 + (sen x)/x veces su valor en radiación libre. Aquí x es 41T veces la distancia a la pared dividida por la longitud de onda. Para valores grandes de dicha distancia (sen x)/x se aproxima a 0, de manera que la resistencia de radiación de la fuente es la misma que en radiación libre. Así que el efecto de la pared es únicamente doblar la intensidadD.zo

75

KC

l...L.---"<:...L.c.......l<-..JI.-l.....L..l-L...I...L...---L.:........I--l..-L..L..W

2

5

\0

20

20L--

_

50.

HUMEDAD ABSOLUTA EN GR/M 3

~R

FIG. 3.1. ~omograma para la obtención de la atenuación debida al coeficiente a2 de absorción por vibración molecular. Se ilustra un ejemplo en el que la temperatura es de 20° C, la humedad relativa es del 20 por 100 y la frecuencia de 2000 Hz. La atenuación para estos valores es de 0,03 db/m. La curva titulada Kneser, Knudsen y Knotzel se basa en las medidas realizadas separadamente por los dos últimos y está recomendada por Kneser. 2 • 3 La titulada De1sasso se basa en unas medidas recientesS con resultados próximos a los de Knudsen y Obert. 4 Es difícil la elección entre estos datos, aunque se recomiendan los resultados de Delsasso.

la línea AF; después la vertical FG. 6) El punto en el que la recta EG corta a la escala indica el valor de a2' en este caso, 0,03 db por metro. A esta misma frecuencia, al es 5,7 x 10-6 db por metro. En la ecuación (3.3) se supone que la presión es la normal al nivel del mar. Se pueden admitir como despreciables, a efectos del cálculo de ah las variaciones respecto a dicha presión menores del 5 o ellO por 100. Sin embargo, si la presión es muy diferente de la normal al nivel del mar, la ate.... 100 r ; - - - - - - - - - - - . , . . . . " . . - ,

u...

TEMPERATURA

o

20 D C

Q

1.0

2:

lIJ

z

Z

Q u

o Ü

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Z

I

lIJ ....
lIJ

lIJ

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u

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I

10

100

FRECUENCIA EN KILOCICLOS

76

~o Z

W

u

FIG. 3.2.

Coeficiente de atenuación en decibelios por metro para el aire, a una temperatura de 20° C y para humedades relativas de 20, 40, 60 y 80 por 100. Las curvas continuas dan el coeficiente total de atenuación a; la de puntos da el parcial al'

nuación cambia de forma apreciable y los cálculos se hacen como sigue: Sea x la presión en la atmósfera; al será igual a 0,142 x 10-9f/x. Para determinar a2 se usa el nomograma de la figura 3.1, determinando la atenuación para una frecuencia f/x. Con esto se obtiene un valor que multiplicado por x da la verdadera atenuación. Como ejemplo, hallemos para una frecuencia de 1000 Hz en un punto donde la presión sea la mitad de la normal (x = 1/2). Sea la temperatura de 20° C y la humedad del 20 por 100. Por consiguiente, al =0,142 x 10- 9(1000)2 x 2=0,284 X 10- 3 db/m. Al utilizar el nomograma se debe elegir para la frecuencia 2000 Hz, mediante el que se encuentra una atenuación de 0,03 dadero valor de a2 es, por tanto, de 0,03 x -}=0,015 db/m. Las curvas de la figura 3.2 dan los valores de a a 20° C grados de humedad. La línea de puntos es la asíntota a la que las curvas; da el valor de al.

un valor de db/m. El verpara diversos tienden todas

EFECTO DE LA NIEBLA

Es normal que el nivel de presión sonora, en un punto alejado de una fuente sonora, sea superior en un día con niebla que en un día despejado. La atenuación en la niebla se puede considerar prácticamente nula. La ausencia de atenuación con niebla se puede atribuir a la ausencia de viento y a la homogeneidad de la temperatura, lo que hace que no haya sombras sonoras. REDUCCION DEL RUIDO POR MUROS V VALLAS

Los muros o vallas no son, generalmente, barreras eficientes contra el ruido, pero hay situaciones en las que constituyen el único método posible de control del ruido. Si la reducción de sonido requerida no es muy grande, puede ser útil la erección de este tipo de barreras. La figura 3.3 muestra la reducción que se puede obtener con ellas. Se observa que la disminución del al

o 30 z o w


o ¡¡; ~

,PliNTO DE OBSEfWACION

t: j ltJ

20

o 10 z o Ü

::J

Z

~

BARRERA

FIG. 3.3.

o

ANGULO Dé SOMBRA

I B 90D

A -~:

30" /OD

O ' - - - - J . . . ._ _. L . . . - - - - L _ - - - ' - -

0.2

0.5

1

2

'-----J.._-J

5

10

20

ALTURA EFECTIVA DE LA BARRERA EN MULTIPLOS DE LONGITUD DE ONDA

Protección proporcionada por las barreras. (A. /. King, según la referencia 17.)

77

nivel, en el punto de observación, es función tanto de la altura de la barrera como del ángulo o. Nótese que, cuanto mayor es la altura, mayor es la disminución en el nivel sonoro. Nótese también que, cuanto más alta sea la valla con respecto a la fuente sonora y al punto de observación, mayor se hace O, y que el máximo efecto se consigue si la valla está próxima a la fuente o al receptor, en vez de a la distancia media entre ambos. Los resultados que muestra la figura 3.3 se deben considerar como aproximados, puesto que no se tiene en cuenta la reflexión en el suelo. REDUCCION DEL SONIDO POR ARBOLES Y ARBUSTOS

Para que los árboles y arbustos sean efectivos en la contención del ruido en un área abierta de trabajo, o en la reducción del mismo en las áreas residenciales, deben formar barreras de gran profundidad y alta densidad de follaje. Si se usan árboles, el nivel de las hojas deberá extenderse casi hasta el suelo. No se han efectuado estudios sistemáticos de la atenuación debida a la vegetación. Sin embargo, pueden ser útiles como guía las medidas de pérdidas en la transmisión a través de varios tipos de selvas (ver la figura 3.4). Estos datos indican que los árboles y arbustos proporcionan una 10 :E

o

2 oc

o

el.

LO

o

Z

w

- « o o

oc W el. I

I

1-

100 1000 tO,OOO FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

FIG. 3.4. Diagrama basado en las medidas efectuadas en selvas tropicales. Zona 1, mucho follaje; campo visual aproximado de 7 m, penetración por tala. Zona 2, mucho follaje; campo visual aproximado de 17 m, avance dificultoso, pero sin tala. Zona 3, follaje; campo visual aproximado de 30 m, penetración andando con cuidado. Zona 4, follaje; campo visual aproximado de 70 m, penetración fácil. Zona 5, mucha maleza, grupos de grandes troncos; campo visual aproximado de 100 m, penetración fácil. (Según Eyring. 6)

atenuación muy ligera. Por tanto, en la práctica, el uso de plantas como una barrera para el sonido sólo puede justificarse cuando se desean otros efectos marginales, o cuando no sean rentables otros métodos. REFRACCION DE LOS RAYOS SONOROS POR LOS GRADIENTES DE VIENTO Y TEMPERATURA

La velocidad del sonido en el aire está determinada por la velocidad del viento y por la temperatura, ya que el efecto de la humedad puede considerarse prácticamente nulo. La influencia de la temperatura viene dada por

VTTo

C=Co '\ /

78

(3.4)

en donde T es la temperatura absoluta en grados Kelvin y Co es la velocidad a la temperatura T o• La velocidad resultante es la suma vectorial de c y la velocidad del viento, siendo el primer vector normal al frente de ondas. Debido a que las ondas sonoras se propagan en una atmósfera en la que la temperatura y la velocidad del viento son funciones del espacio, sufren refracción y, posiblemente, reflexión. (No se van a considerar aquí las variaciones rápidas de dichos parámetros con el tiempo, que dan lugar a fluctuaciones de la energía sonora.) Antes de discutir estos efectos, se van a estudiar los tipos de estructuras de viento y temperatura presentes en la atmósfera *. Distribución de la temperatura en la atmósfera

Una atmósfera «ideal» en completo reposo tendería a poseer una temperatura uniforme, en virtud del transporte del calor desde las regiones más cálidas a las más frías. La presión y la densidad disminuirían exponencialmente con la altura, pero la temperatura permanecería constante. En la práctica, la atmósfera está en un estado permanente de movimiento y agitación; el calor se transfiere, mediante la circulación de corrientes de aire, desde las regiones bajas a las altas. Se puede obtener una idea de cómo varía la temperatura con la altura, suponiendo que las masas de aire se mueven adiabáticamente de una altitud a otra, sin pérdidas de calor por conducción. La presión en un determinado punto viene dada por el peso de la atmósfera situada sobre él; la presión y la temperatura están relacionadas por la ley adiabática para los gases perfectos (para la precisión que aquí se requiere está justificado suponer que la atmósfera es un gas perfecto). En una atmósfera como la supuesta, la temperatura varía con la altura de acuerdo con la ley dT

g y-l

dh

R

-=----=-f

Y

0.5)

en donde g = aceleración de la gravedad, R = constante de los gases, y = razón de los calores específicos, h = altura sobre el suelo. Aplicando los valores apropiados de g, y y R, se encuentra para r un valor aproximado de l° e por cada 100 m. f se conoce como gradiente térmico adiabático. La distribución real de la temperatura en la atmósfera se desvía notablemente de la que se obtendría mediante la ecuación (3.5). Aparentemente hay una ligera aproximación al gradiente térmico adiabático por debajo de los 13.500 m, excluyendo la capa de aire más próxima al suelo. La experien•

Para más detalles, ver la referencia 7.

79

cia muestra que, en la capa más baja, se encuentran temperaturas muy variables y sujetas a variaciones cíclicas. Es de gran interés el estudio del gradiente de temperatura en función de la altura. En la proximidad del suelo, el gradiente es generalmente mucho mayor que f. La figura 3.5 mues. 200

.. '50 .

¡¡o:N PUESTA OEL

i ':k:~_:~~N:~1L:=~l ;; 100[·

8

ISO o 2

SALIDA DEL

ENERO

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8 10

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14 16 18 20 22 24

~ 600 ~--------P().-'E-S-TA-O-E,-l.-'

~ 400 - SALlfc;4 OEL

SOL

L

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200 -

o

í5

o
200 -



400 -

o:

FIG. 3.5.

INVERSION

600 - JUNIO GRAO. NEGATIVO 8 00 L-L-~_~.l-.L.--'---'---..l--'----'--J O 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 HORA SOLAR

Variación diurna media de las diferencias de temperatura entre 2,5 y 30 cm de altura (línea continua) y 30 cm y 1,2 m de altura (línea de trazos) sobre un terreno cubierto de hierba corta en verano (a) y en invierno (h) en un lugar del sur de Inglaterra. Las diferencias están en múltiplos del gradiente térmico adiabático, aproximadamente 1 grado cada 100 m. (Según Best.l8)

tra el gradiente medio (expresado en múltiplos de n para dos zonas bajas en el sur de Inglaterra, en un mes de invierno y otro de verano. La figura 3.6 muestra cómo varía el gradiente de temperatura con la altura, tam~

100c-T-"---T-"--------,

o

~ o
::J

50

20

z

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o: w

5

f-

w

fZ

w

3.6. Gradiente térmico medio a mediodía en función de la altura sobre el terreno. (Según BesOS) FIG.

2

o
o: 1.0 ."-_'--.!-.l-L...;L..LL-U-_...J-.....L.

0.1 0.2 0.5 1.0 2 ATURA SOBRE EL SUELO EN

bién en múltiplos de f. Nótese que el gradiente varía notablemente con la hora. Es negativo desde un poco después del amanecer hasta un poco antes de la puesta del sol, mientras que las horas nocturnas se caracterizan por una inversión térmica. La figura 3.7 muestra algunos perfiles de distribución de temperaturas medidas en un período de 24 h Y tomadas a unas alturas comprendidas entre 1 m y 78 m en el sur de Inglaterra, durante la primavera. Los gradientes, negativo durante el día y positivo (inversión térmica) 80

durante la noche, se pueden entender mediante las siguientes consideraciones. El aire es relativamente transparente para la mayor parte de la energía radiada por el sol. Durante el día, esta energía incide sobre la superficie terrestre, calentándola. La temperatura que alcanza la superficie depende de su naturaleza. Por ejemplo,8 se ha encontrado que, en los días más cálidos, la temperatura máxima superficial de una capa de macadam asfáltico z

W


so

1-

40

g;::!i 60 ;J

20

TEMPERATURA A 1,2 M HORA DE GREENWICH

~~~~;~~~~~~:~~~¡~~~~~~::

~~NNNNÑÑ~~~~~m~~~~~~~~~~

000000000000000000000000 000000000000000000000000

o~~gg~~~~9=~~~~~~~~~Ñ~~~

FIG. 3.7.

Perfiles de temperatura tomados en el sur de Inglaterra en primavera. (Según Johnson y Heywood,19)

era de 66° e; la de una capa de arena, 55° e; la de una superficie cubierta de césped, 44° C. La temperatura del aire en contacto con la superficie aumenta y al estar más caliente que el aire, a una cierta distancia de la superficie, se eleva. El calor que se absorbe por contacto con la superficie de la tierra se eleva a alturas superiores por convención. Por esta razón puede existir un gradiente de temperatura negativo durante las horas diurnas, siendo mayor cuanto más pequeña sea la altura. En contraste, la superficie terrestre comienza a enfriarse un poco antes de la puesta del sol; esto enfría el aire en su contacto y se establece un gradiente positivo de temperaturas en la proximidad del suelo. A alturas superiores, el gradiente continúa siendo negativo, de manera que se forma una capa de inversión. El nivel superior de esta capa de inversión se va elevando durante la noche, según se enfría el aire del nivel inferior. Esta zona de inversión térmica se caracteriza por su relativa estabilidad, ya que la densidad disminuye la altura. De lo anterior se deduce que, con el cielo cubierto, el gradiente será siempre pequeño. Distribución del viento en la atmósfera

La región en la que se desarrollan la mayor parte de los problemas de propagación del sonido relacionados con el control del ruido se sitúa por debajo de los 1000 m. En ella, la distribución de los vientos está muy influida por la hora y las condiciones locales. En las zonas del interior, el viento alcanza, en los niveles inferiores, un máximo en las horas diurnas y un mínimo durante la noche. En los niveles intermedios puede ocurrir lo contrario: que el máximo se alcance durante la noche. La altura en la que se produce esta inversión puede ser de 40 m para los vientos moderados, siendo inferior para los ligeros y superior para los vientos fuertes. En las

81 6

zonas ·costeras, las brisas terrestre y la marina tienden a anular los cambios. diurnos mencionados antes. El perfil de distribución del viento depende de la aspereza del terreno y del p.erfil de distribución de la temperatura. Existen razones teóricas para establecer la siguiente distribución del viento: _

h+zo

u = 5,8uf loglo - - -

zo

(3.6)

en donde h es la altura sobre el suelo, Ü es la velocidad media del viento, zo es la «rugosidad», determinada por la naturaleza del suelo, y uf es la velocidad de fricción, que está determinada también por la naturaleza del suelo. En la tabla 3.1 se citan algunos valores representativos de Zo y uf.s Las observaciones prácticas indican que la ecuación (3.6) se cumple mientras el gradiente de caída de la temperatura sea adiabático. Durante las inversiones térmicas, la velocidad del viento se incrementa más rápidamente con la altura y, cuando existen gradientes térmicos elevados, el aumento de velocidad es más gradual. Refracción de ra·yos sonoros en la atmósfera

A continuación, se va a tratar el tema de cómo la distribución del viento y de la temperatura afectan a la propagación del sonido. Supóngase una fuente puntual en una atmósfera estable en la que haya una inversión térmica (Fig. 3.8). Puesto que la velocidad del sonido aumenta con la temperatura LA rEMPERArURA SE INaREMENrA CON LA ALTURA

FIG. 3.8.

Rayos y frentes de onda para una atmósfera con inversión térmica.

según la ecuación (3.4), la parte superior de los frentes de onda viajará más rápidamente que la inferior y, como consecuencia, los frentes se inclinarán hacia el suelo. Además, este comportamiento es simétrico respecto a un eje vertical que atraviese la fuente. Por otra parte, si el gradiente de temperaturas es negativo, los rayos se elevan, existiendo uno, límite, que alcanza el suelo a una distancia x de la fuente y que define una región de sombra, como puede verse en la figura 3.9. Esta región no existe cuando hay inversión térmica. Este mismo razonamiento puede aplicarse respecto a la distribución del viento, como muestra la fig~ra 3.10. Con un perfil típico de distribución del yi~p.toJ. e~istirá una región de sQplbra en. el lado d
82;

y sólo en ese lado. Esta es la causa de que sea difícil oír cuando el viento sopla en dirección contraria a la de propagación' del sonido. Es importante subrayar que esto sucede porque la velocidad del viento se incrementa, normalmente, con la altura. LA TEMPERATURA OiSM/NUYECON LA AiTURA

FIG. 3.9. Rayos sonoros en una atmósfera con gradiente térmico, mostrando la formación de sombras.

Una diferencia importante entre los efectos producidos por la temperatura y el viento es que, mientras los efectos de la primera son de carácter recíproco, no sucede lo mismo con los del viento. Esto es, cuando sólo existe gradiente de temperatura pueden intercambiar sus posiciones una fuente y

-

O/RECCION DEL V/ENTO

FIG. 3.10. Rayos sonoros en una atmósfera con gradiente de viento, mostrando la formación de sombra en la dirección por la que llega el viento.

un receptor sin que exista diferencia en la recepción del sonido. Pero si hay viento, el nivel del sonido que alcanza al receptor es mucho mayor si éste se encuentra más allá de la fuente, según la dirección del viento, que en el caso contrario. Ecuaciones de los rayos sonoros

Supongamos que la temperatura y la dirección del vÍento sean funciones únicamente de la altura y que la velocidad del viento carezca de componente vertical. Esto presupone un medio estratificado, que sea consistente con el análisis anterior. Tomemos como eje vertical el Z. Si u y v son, respectivamente, las componentes de la" velod· dad del viento según los ejes x e y, será u=u(Z) y v=v(Z). Puesto que la temperatura es función de la altura, la velocidad del sonido también 10 será, es decir, c=c(Z). Consideremos un frente de onda cuya normal N forme con los tres ejes coordenados ángulos cuyos .cosenos sean l, m, n (Fig. 3.11). El flujo de la energía correspondiente a una sección infinitesimal de frente de -+

onda estará en una dirección que será la suma de e (tomada en la dirección de N) y la velocidad del viento. La trayectoria que' sig~e. esta sección es la del rayo sonoro.

83

Construcción geométrica de la dirección del rayo.

FIG. 3.11.

Es la trayectoria del flujo de energía y, en general, su direcci6n es diferente de la de la normal a la onda (s610 coinciden en ausencia de viento). Las ecuaciones paramétricas del rayo son: dx --=u+cl dt dy --=v+cm dt dz --=cn dt

(3.7)

u, v y c se suponen funciones conocidas de z; si 1, m y n fueran también funciones de las coordenadas espaciales, se podría resolver la ecuación (3.7). El modo en que varían 1, m y n se obtiene considerando el problema de la refracción. Se puede demostrar que, para un rayo determinado, c

Co

u +-=const.=uo+-=up + cp 1 lo

(3.8)

Esta ecuación es la ley de refracci6n de Snell. Significa que, para un determinado rayo, el valor (u + cll) es constante. El subíndice O se usa para señalar el valor de u, c y I en la fuente; el subíndice p marca el valor de u y c en el punto más alto de la trayectoria del rayo (lp= 1). Cálculo de la trayectoria del rayo sonoro en ausencia de viento. Las ecuaciones (3.7) y (3.8) son suficientes para determinar las trayectorias de los rayos. Como ejemplo de aplicaci6n, consideremos el caso de que no haya viento (u=v=O). Supongamos que el rayo está en el plano xz. Las ecuaciones (3.7) toman la forma: dx --=ccos (] dt dy =0 dt dz --=csen8 dt y la ecuación (3.8): c

--=K

cos 8

donde 8 es el ángulo que forma el rayo con la horizontal. Dado que ds=(dx2 +dz2)l/2, se deduce que: dc dO --+K--=O dz ds

84

y si

dc

dz

dO

es constante (por ser c función lineal de la altura),

ds

es también cons-

tante y la trayectoria es un arco de circunferencia de radio ds

K

co

dO

k

k cos 00

r=--= donde

(3.9)

e=eo+kz

Este resultado se explica como sigue: Supóngase que una seCClOn del frente de onda inicial se prolonga hasta el nivel al que le correspondería la velocidad nula; supóngase que se hace girar la sección alrededor del punto de intersección. Todos los puntos de la línea se moverán con una velocidad proporcional a la altura sobre dicho nivel. Es decir, se cumplirá c=co+kz, de forma que los rayos serían círculos cuyos centros estarían en el plano en el que la velocidad fuese O, cuya cota sería

-Co z=-k

(ver la Fig. 3.12). El valor de h, altura máxima alcanzada por el rayo, se deduce mediante una sencilla construcción geométrica. Para valores de h«2co/k, R2k h=--

(3.10)

8eo

cuando tanto el receptor como la fuente están en el suelo y existe una distancia R entre ellos. TRAYECTORIA DEL RAYO

SUELO

L=O

FIG. 3.12. Construcción geométrica de la trayectoria del rayo cuando existe un gradiente lineal de la velocidad del sonido. z= -co/k es el nivel en el que la velocidad de sonido es cero por extrapolación.

'""

' " Co/k COS 8 0

",

'"

'"

'"

CENTRO OE CURVA TURA \. DEL RAYO

z:-Co/k

Si el gradiente de temperatura es lineal,

T=To+b¡z En este caso se obtiene una aproximación suficiente usando la ecuación (3.9) con

blco

K=--

2To

Análisis de los efectos del gradiente de viento. Vamos a considerar el efecto del gradiente de viento como un ejemplo más de aplicación de las ecuaciones (3.7) y (3.8). La componente perpendicular no tiene efecto sobre la normal N del frente de onda. Sólo influye transportando las ondas paralelamente a sí mismas. El efecto resultante es mucho menos importante que el debido a la componente del viento en la dirección

85

de propagación. Por' consiguient~, en este apartado sólo se analizará esta última componente: Sea: x la dirección de propagación. Por la ecuación (3.7), dz

csenO

ds

.; u 2 + 2uc cos 8+ el

donde O es el ángulo que forma con la horizontal la normal a la onda. De la ecuación (3.8) se deduce csen 8 ds r

cos O[(du/ds) cos O+ (dc/ds)]

d8

de donde r

';u 2 +2uc cos 0+c 2

cos O[(du/dz) cos 8 + (dc/dz)]

1T'

Ahora bien, si u«c y 8«2' entonces r

uo+co/cos 00

(3.10a)

(du/dz) cos O+ (dc/dz)

Para ángulos O muy pequeños, el gradiente de viento tiene el mismo efecto que el gradiente de velocidad del sonido. Así, para la propagación en la dirección del viento, un gradiente de viento de 0,195 m/seg cada 30 m equilibraría el efecto de un gradiente térmico adiabático de loe cada 100 m para todos los rayos próximos a la horizontal. Para la dirección contraria a la del rayo se suman sus efectos. Método simplificado para hallar la trayectoria de los rayos sonoros. Se describe a continuación un método gráfico para el dibujo de los rayos sonoros, basado en el hecho de que, para un gradiente de velocidad (u + c) lineal, el rayo adquiere una trayectoria circular, con el centro a una altura en la que la velocidad extrapolada sea nula. Se establece un sistema de ejes coordenados que den la velocidad del sonido (el eje horizontal superior de la Fig. 3.13) en función de la altura (el eje vertical de dicha figura). El eje horizontal de la parte inferior de la figura 3.13 da la temperatura correspondiente a la velocidad del sonido, según la ecuación (3.4). La curva c muesVELOCIDAD DEL SONIDO M/SEG

342 VELOCIDAD RELATIVA M/SEG-(RESPECTO AL SUELO) -10

345

348

O

10

o ::e 100 :z

1LI


:::>

60

~

...J


30

o 286

288 290 292 294 296 298 TEMPERATURA EN GRADOS KELVIN.

300

FIG.' 3.13. Ilustración del método de trazado gráfico de rayos sonoros. Véase la explicación en el texto.

86

tra la relación entre la temperatura y la altura. El eje superior muestra la velocidad del sonido relativa a la que existe en el suelo. La curva u es la representación gráfica de la velocidad del viento en función de la altura con relación a la existente en el suelo. Esta velocidad se considera positiva cuando va de la fuente al receptor. En el .ejemplo, el viento va del receptor a la fuente, y su velocidad se incrementa hasta 10,9 Km/h a una altura de 120 m. La curva de trazos (u+c) es la suma de las dos .anteriores y representa la trayectoria del rayo sonoro. La curva (u+c) puede obtenerse por aproximación mediante una serie de segmentos rectilíneos. En el caso de la figura 3.13, éstos serían los segmentos OA, AB .y BD. Se puede determinar la altura en la que las rectas, prolongación de dichos 7,6 'segmentos, darían una resultante nula. Para OA, esta altura sería 345 x - - = 1300 m. 2 23 100 Para AB sería 342x--=3150 m. Para BD sería 340x--=17000 m. 2 2,5 En la figura 3.14 se dibujan a gran escala los ejes de coordenadas. Los niveles -correspondientes a los puntos A, B y D se indican mediante líneas de trazos. Las 4

3.14. Ilustración del método de trazado gráfico de rayos sonoros. Véase la explicación en el texto.

FIG.

SUELO

alturas de 1300, 3150 y 17000 m se indican mediante líneas continuas. La fuente -está localizada en el eje de ordenadas, a 23 m de altura. Se traza el arco ab con -centro en (1) a 3150 m. En b el rayo entra en la región situada por debajo de A y, por consiguiente, el centro de curvatura pasa a ser el punto (2) a 1300 m de altura. Al llegar el rayo a c se vuelve a sobrepasar el nivel de A y el centro de curvatura vuelve a estar a 3150 m en el punto (3). Al llegar a d, el centro se desplaza al punto (4) a una altura de 17000 m. .Distancia a la zona de sombra

La distancia x al límite más próximo de la zona de sombra se puede calcular -en función de la altura de la fuente h s' La existencia de una zona de sombra en

87

la posición de un observador depende de su altura. Si es iguaJI a la de la fuente~ el observador estará en zona de sombra para distancias superiores a 2x. En general~ la zona de sombra se puede calcular como sigue: Suponiendo que sean constantes los gradientes de las velocidades del sonido y del viento y que el rayo sonoro se propague en una dirección casi horizontal, los rayos. siguen trayectorias circulares, y aplicando la ecuación 3.10,

(du/dz) cos

(3.11)1

o+ (dc/dz)

Se ha calculado el valor de x para una fuente situada a 3 m de altura, en presencia de un viento de 11 Km/h, suponiendo un gradiente de velocidad correspondiente a Tabla 3.1.

Valores significativos de Zo y uf para diversos terrenos naturales

Tipo de terreno Muy deslizante (hielo, lodo) ... Césped, hasta 10 cm de altura Hierba fina, hasta 10 cm de altura Hierba gruesa, hasta 10 cm de altura Hierba fina, hasta 50 cm de altura ... Hierba gruesa, hasta 50 cm de altura

Uf, m/seg

... . .. ." ... . .. .,. . .. .,.

1 x 10- 5 1 X 10- 3 0,7 X 10- 2 2,3 X 10- 2 0,051 0,1

0,16 0,26 0,4 0,5 0,6 0,7

un suelo con hierba fina de 50 cm de altura (ver la tabla 3.1). Se usaron unos gradientes de temperatura correspondientes a una altura de 1,5 m; se dan en la figura 3.5. En la figura 3.15 se dan las curvas correspondientes a los límites de la zona de som-

(al

3.15. (a) Ejemplo de formación de sombras alrededor de una fuente situada. a 3 m de altura. La velocidad media del viento a dicha altura es de 4,4 Km/h. (b) Ejemplo de formación de sombras durante la noche con la misma fuente que en el caso anterior. En ambos casos el receptor está también a 3 m de altura. (Según Ingard.9) I FIG.

88

bra, para las condiciones ya expuestas, a medianoche y a mediodía, en invierno y en verano. (Se supone que en todos los casos existe el mismo tipo de viento.) Variación de la presión en el interior de la zona de sombra

Usando una analogía óptica, se puede decir que el borde de la sombra no es brusco y que la misma sombra no es negra, sino que se hace más y más gris conforme aumenta su distancia al borde. El contraste entre las dos zonas situadas a cada lado del borde de la sombra aumenta con la frecuencia. La disminución de la presión sonora en el interior de la zona de sombra viene afectada por tres factores: 1.

2. 3.

Las turbulencias y falta de homogeneidad térmica del aire. La magnitud de los gradientes de viento y temperatura. La naturaleza acústica del suelo.

Se sabe poco sobre el efecto cuantitativo de las turbulencias y la falta de homogeneidad térmica en la zona de sombra. Sin embargo, se ha demostrado experimentalmente que la velocidad de disminución de la presión térmica en el interior de la zona de sombra disminuye por efecto de la energía dispersada hacia la sombra por la falta de homogeneidad existente fuera de esta zona. lO Con respecto a los factores segundo y tercero, es conveniente tratarlos juntos. Se ha analizado el problema de la propagación en un medio considerando un gradiente térmico negativo constante sobre un terreno plano, que se caracterizaba por una razón de impedancia acústica normal constante Z/Poco=(O+icp). Se encontró que el camino por el que viajaba la energía desde la fuente S al observador D, situado en la sombra, es el marcado con los puntos SABD (Fig. 3.16), donde BD es paralelo al

FIG. 3.16. La trayectoria del flujo de energía hasta el punto D, en la zona de sombra, es la línea SABD.

A

F

B

G

SUELO

rayo límite AE. En esta zona de sombra, la presión sonora cae de forma semejante a como lo haría si se tratase de una onda cilíndrica amortiguada. De forma que la presión sonora en el punto D (ver Fig. 3.16) es P=PE (

CF ce

) 1/2

e-k(AB)

(3.12)

donde CF, ce y AB son las distancias indicadas. E está a la misma altura que D y PE es la presión sonora en E; k es la constante de atenuación, dada por k=101 ,

(

00 1 ) -Co h5

1/3

(}

-2h o

(3.13)

donde h o=altura a la que la temperatura absoluta es igual a O. co=velocidad del sonido en el suelo. 00= 21TI. Esta es una aproximación válida para \Z/poCo I3 «CI)h o/co· A 100 ciclos por segundo y para gradientes normales, esto significa que la aproximación es buena para IZ/poCl «50.

89

Para suelos de alta impedancia,

k=0,44

(~) 1/3 +0,98 (~) 1/31 coh~

coh~

PoCo Z

Icos (~+l/J) 3

(3.14)

donde tg l/J=cP/O. Este resultado es válido para IZ/poco/ 3 » Ctlho/co· Nótese que el coeficiente de atenuación para una superficie elástica, dado por la ecuación (3.13), es 2,3 veces mayor que el dado por la ecuación (3.14) para una superficie rígida. Los valo!:es que siguen se citan como ejemplo numérico de aplicación de estos resultados. Para un gradiente térmico de 0,5° C por metro, además de la atenuación resultante de la divergencia cilíndrica, existirá una atenuación de 2,56 db/m para un suelo con una impedancia Z=Poc; 1,9 db/m para un suelo con Z=IOpoc, y 1,15 db/m para un suelo con impedancia infinita, cuando la frecuencia sea de 500 Hz. Anomalías producidas por los gradientes térmicos

Inversión térmica cerca del suelo y gradiente térmico negativo a mayores alturas. Considérese una atmósfera sin viento y con la estructura térmica indicada en la figura 3.17. En la parte derecha están dibujadas las trayectorias de los rayos sonoros correspondientes a una fuente de 500 Hz. Podemos encontrar el ángulo correspon300

"i

ZOO

z

w

«

a::

::l

~

100

oC(

O

326

330,5

C( M/SEG)

FIG. 3.17. Formación del rayo para el caso de inversión térmica en el suelo y gradiente negativo a mayores alturas. diente al rayo límite usando la ecuación (3.8), con c p = 335 m/seg, Co= 331 m/seg y

up=uo=O, 330,5 cos 0Um=---=0,98 333 de forma que Olfm= 10°. El alcance de la sombra vendrá dado por la ecuación (3.10), donde h=91 m, k

335-330,5 91

0,05

y co=330,5, por lo que R=2195 m. En la sombra, la intensidad del sonido disminuiría como la de una onda cilíndrica amortiguada, con un coeficiente de amortiguamiento dado por la ecuación (3.13), con 0= 1, y siendo h o= 3350 m. En todo lo anterior se supone que el suelo es un buen absorbente, de forma que, por ejemplo, el rayo que sale de la fuente con una inclinación de 5° es absorbido totalmente.

90

Canales sonoros. Si, en el caso anterior, el suelo fuera un buen reflector, toda la capa atmosférica por debajo de los 91 m actuaría como un canal sonoro, ya que ningún rayo que saliese de la fuente con una inclinación inferior a los 10° podría abandonar dicha zona. Es posible la existencia de este tipo de canales en capas elevadas, aunque no se haya escrito nada importante todavía sobre este asunto. La estructura térmica de la

s

DISTANCIA

TEMPERATURA

FIG. 3.18. Ejemplo de una estructura térmica que conduce a la formación de un canal sonoro.

figura 3.18 llevaría a la formación de uno de estos canales. Los rayos sonoros de una fuente situada en esta zona de baja temperatura, que tuviesen una inclinación pequeña, quedarían atrapados en ella. PROPAGACION DEL SONIDO CERCA DEL SUELO EN UNA ATMOSFERA HOMOGENEA

Las ecuaciones (3.12) a (3.14) son apropiadas para una fuente y un receptor situados junto al suelo, en una atmósfera estable con un gradiente de temperatura. Aquí se va a considerar una atmósfera uniforme (ho=oo). Más aún, se supone que el terreno tiene una impedancia característica constante, en lugar de lo supuesto anteriormente: que la impedancia superficial normal era constante. Como regla general, los terrenos naturales son porosos, teniendo una resistividad al flujo finita, de forma que la impedancia característica del suelo será distinta del producto de su peso especifico por la velocidad de la onda de compresión pe, y puede, en muchos casos, estar dentro del orden de magnitud de la impedancia característica del aire. Por consiguiente, las ondas sonoras nacidas en el aire que incidan sobre este terreno poroso serán reflejadas sólo de una forma parcial. Una proporción apreciable de su energía será absorbida por los poros, atenuándose. Por desgracia, hay pocos datos publicados sobre la impedancia característica y las constantes de propagación para los diversos tipos de terreno, aunque están disponibles algunos valores para frecuencias por encima de los 10000 Hz. La atenuación que resulta de la propagación sobre el terreno se puede determinar mediante el siguiente análisis. Consideremos una fuente de sonido puntual, cercada RECEPTOR

AIRE TIE:RRA

FIG. 3.19.

puntual.

Imagen de una fuente IMAGEN VIRTUAL

91

al suelo. Si la impedancia acústica del terreno es infinita, condición a la que se aproximan las superficies de hormigón o de asfalto, el campo sonoro debido a la fuente se puede obtener sumando el campo originado directamente por la fuente y el debido a su imagen virtual, como puede verse en la figura 3.19. (Sin embargo, si la impe-

O~_~~~¡q

~m 2~

..JO

~~ z~

iiJ: Zo z ZO

41-----+---+--+-f---P~d::__t_~::-.;~__2:~ 61-----+---+--+-f---+--+--+-_t_-----'=="""-o;!~----""t'_2'_<2i'"~""k::~io._

W

Ol/)

8t-----t---+--+-f---t--+--t-_t_--------j!-----t--"""""'-:-+-_+_~

8~

10 t-----+---+----+--f---+--+--+--f------II----f---+---I-~

a:

t 2 t-----'----'---'--'----'---'---'---'----------j!----_t_--+--t--f---t--t--f"'oo
i5ffi wa: !lo

AMPLITUD DEL FACTOR DE PERDIDAS 14 '-----'----'---'--'----'---'---'---'--------''-----'-----'---'--'---'----'--.............

0.02

0.05

0.1

O.s.

0.2

f.O

DISTANCIA NUMERICA Wo

FIG. 3.20a. Representación gráfica de F o en función de la distancia numérica Wo y b (véase el texto).

dancia acústica del terreno no es infinita, el concepto de imagen virtual deja de ser válido.) La presión acústica bajo estas condiciones viene dada por 13 (3.15) donde Z2 cos (J¡ - pe cos 82

(3.16)

Z2 cos 81 + pe cos 82 F= 1 + "i2 w l/ 2

e-wf

00

-iw l /2

e-

u2

(3.17) *

du

. . 2k l R 2 (pe)2 cos2 82 w=woe'b=z---(1- R p )2 Z~ sen281

(3.18)

cos2 82= 1- kilk~ sen2 81, k l = constante de propagación en el aire, k 2= constante de propagación en el suelo, pe= impedancia acústica característica del aire, Z2= impedancia acústica característica del suelo.

* La función F se puede desarrollar como sigue: Para los valores pequeños de w, un desarrollo adecuado de la integral lleva a F=1+i(nw)I/2 e -CIJ

(

w2 w3 Cd4 ) C d - - - + - - - - - + ...

3·11

5·21

7·31

Para valores mayores de w, es más conveniente la serie semiconvergente: 1·3 1·3·5 ] 1 F= - [ ~+ (2Cd)2 + (2Cd)3 + ...

92

5

2

10

20

50

100

DISTANCIA NUMERARIA Wo

FIG. 3.20b. Representación gráfica de F o en función de la distancia numérica Wo y b (véase el texto).

Fuente y receptor sobre el suelo

Tiene especial interés el caso en el que tanto la fuente como el receptor estén situados en el suelo. En este caso, 61 =90°, R I =R 2, Y siempre se produce un roce con el suelo. De forma que R p = -1 Y la ecuación (3.15) queda eik¡R¡

p=2F-R1

Se ve que la disminución de la presión sonora con la distancia está provocada por dos factores: la divergencia esférica (el factor 1/R I ) y la variación de F con la distancia. Para ver el significado de la disminución de la presión sonora con la distancia debida a la función F, considérese el caso de que k 2 «k h siendo k 2 real, que es lo normal cuando la superficie del terreno no es porosa. Si el receptor está a muy poca altura sobre el suelo, el coeficiente de reflexión R p será igual a 1. A estas pequeñas Puede verse que cuando Ct.I tiende a O, F tiende al; mientras que cuando Cü tiende a oc, F tiende a O. Más aún, Ct.I es proporcional a k I R 2, así que es evidente que para valores de ro o de (za + Zb) muy grandes comparados con la longitud de onda en el aire, F tenderá a O. (Puesto que Ct.I es función de la impedancia y de la constante de propagación del suelo, los valores de ro, o Za + Zb, que son necesarios para que F sea inapreciable, variarán con la naturaleza del suelo.) Cuando F tienda a O, la amplitud p tiende al valor siguiente:

Así, a grandes distancias o a grandes alturas, la solución tiende a la de una onda plana cuya dirección de propagación corresponda a la del rayo. La solución es función de la suma de las alturas del receptor y de la fuente. Así que, si las demás variables permanecen constantes, el último término de la ecuación (3.16) permanecerá constante cuando Za y Zb varíen de tal forma que su suma sea constante.

93

alturas 00 es muy grande y F muy pequeñ,o, de forma que p= 2ei k JR J/R¡. En consecuencia, la función F representa el incremento de la disminución de la presión acústica debido a no ser el suelo un reflector perfecto. A F se le puede llamar «factor de pérdidas en el suelo». 100 r--------------,-------r----r---¡-~-¡_lln FASE DE FA erOR OE PERo/DAS 90 1----,..---,--.----r---,r-r-1rl------j-

70 I---+---I----+--+-j---'H-t------r----r---t-~ lf)

g
a::

C>

z

lJJ

"Q.

60 ~---l---+-+-t-+-+++-----__jr----¡-_::7:7t7"J 50 1----l---i---+-t-+-+++-----t-::;:;>:::~~~7t'74_7_r

40 1----+---+--+-t-++++---:::;;OO:::~~~""""=7:P~;;1"""'-"::P_{

°OL.0-2--L--L-O.l.0-5.-L--..JLLJL0.1.1------::0~.2:-----IL...-.!----::O.l;5-L.-...L..-....:.::;~ DISTANCIA NUMERICA w~

FIG. 3.20c. Representación gráfica de cP en función de la distancia númérica Wo y b (véase el texto).

=.L_ '

FASE [EL FACTOR DE PERDIDAS

180

~~-i

160

I I

L.:.-'i-+----+-~;;-t--:--r-_r_tl--r-1

I

140 (/)

g 120
:; 100

z

w

'Q

eo 60 40

o t=:==±==c:::t=t:±:r::dt==~"::iiQL~P=tJ~ 1

2

5

10

DiSTANCIA NUMERICA

FIG. 3.20d. Representación gráfica de cP en función de la distancia numérica Wo -y lJ (véase el texto). Un aspecto importante de este resultado es que, suponiendo una separación muy larga y cuando las alturas de la fuente y del receptor sean tales que el sonido sea tangente al suelo, la amplit\i.d variará segúni(R2. Los _valores de f vienen dados en función de Calo Y b [ver la eco (3.18)]. Si se escribe F=7Fo ei'P, los valores de Fo y Cp vienen dados en las figuras 3.20a, b, e y d en función de 000 y b. ..

94-

Ejemplo. Determinar, mediante el método dado anteriormente, la distancia a la que el nivel de presión sonora caerá 6 db, como resultado de la absorción del terreno, para el caso de que ambos, la fuente y el receptor, estén al nivel del suelo. Supongamos que la frecuencia es de 200 Hz, la impedancia acústica característica del terreno 3pc(1+i) y el valor de k 2 =k 1 ·3(1+i). (Nota: Supuesta una solución de la forma ei(k1x-wt), una parte imaginaria positiva, significa que la reactancia es negativa.) Según lo anterior, cu=0,028klRei°o.055 De la figura 3.20b, para b=0,055 rad=3,2° y Fo=6 db se obtiene un valor de CUQ= 15,5. Por consiguiente, k 1R = 550, o bien RIA.= 88. Suponiendo que la longitud de onda sea 1,7 m, obtenemos R=150 m. Las medidas de laboratorio muestran unos resultados que están, en gran parte, de acuerdo con la teoría. 14 Caso de que el suelo tenga una impedancia acústica normal constante

Si el suelo tiene una impedancia acústica normal constante, es más manejable la solución matemática. Se han obtenido soluciones matemáticas adecuadas.l5 • 16 Cuando la velocidad del sonido en tierra es muy pequeña, su impedancia acústica normal es casi independiente del ángulo de incidencia. En la práctica carecen de importancia los cambios introducidos por no considerar constante la impedancia normal.

REFERENCIAS Kneser, H. O.: Akust. Z., 5: 256 (1940). Knudsen, V. O.: l. Acoust. Soco Amer., 5: 112 (1933). Knotzel, H.: Akust. Z., 5: 245 (1940). Knudsen, V. O., y 1. Obert: l. Acoust. Soc. Amer., 7: 249 (1936). Delsasso, 1. P.: Summary Report of Research under Contract W-28-099-ac-228, USAF, University of California, Los Angeles, 1953. 6. Eyring, C. F.: l. Acoust. Soc. Amer., 18: 257 (1946). 7. Sutton, O. G.: a Micrometeorology", McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1953. 8. Johnson, N. K., Y 1. Davies: Quart. l. Roy. Meteorol. Soc., 53: 45 (1927). 9. Ingard, K. U.: Proc. Fourth National Noise Abatement Symposium, 4: 1953. 10. Ingard, K. U., A. F. Kuckes, y I. Dyer: l. Acoust. Soc. Amer., 26: 135A (1954). 11. Pridmore-Brown, D. C., y K. U. Ingard: l. Acoust. Soco Amer., 27: 36 (1955). 12. Nyborg, W. S., I. Rudnick, y H. K. Schilling: l. Acoust. Soco Amer., 22: 422 (1950). 13. Rudnick, I.: l. Acoust. Soc. Amer., 19: 348 (1947). 14. Lawhead, R. B., Y I. Rudnick: l. Acoust. Soco Amer., 23: 541 (1951). 15. Ingard, K. U.: l. Acoust. Soco Amer., 23: 329 (1951). 16. Lawhead, R. B., Y I. Rudnick: l. Acoust. Soco Amer., 23: 546 (1951). 17. Redfearn, S. W.: Phil. Mag. (ser. 7), 30: 223 (1940). 18. Best, A. C.: Geophys. Mem., 65: 40 (1935). 19. Johnson, N. K., y G. S. P. Heywood: Geophys. Mem., 77. 20. Knudsen, V. O., y C. M. Harris: «Acoustical Designing in ArchitectureJ, pág. 58, footnote, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1950. 1.

2. 3. 4. 5.

95

Capítulo 4

EL MECANISMO DE LA AUDICION HALLOWELL DAVIS, M.D.

Instituto Central para la Sordera

INTRODUCCION

Para conocer mejor muchos de los problemas del control de los ruidos, serán útiles algunos conocimientos sobre el mecanismo de la audición. El oído es un detector biológico del sonido, un mecanismo físico que puede ser dañado por un sonido demasiado intenso. El capítulo 7 está dedicado a los efectos del ruido sobre la audición; el capítulo 8, a la protección del mecanismo auditivo contra el daño, y el capítulo 38, a los aspectos legales de las incapacidades que resultan cuando tales daños ocurren. En relación con esto, debemos conocer no sólo la anatomía y algo del funcionamiento normal del oído, sino también las incapacidades auditivas que surgen por otras causas, como una infección o la edad avanzada. Estos puntos se estudian en este capítulo. También la descripción del mecanismo de detección del sonido nos permite comprender mejor los problemas de la audiometría en la industria (Cap. 6) y los problemas básicos de la sonoridad del ruido. ANATOMIA DEL MECANISMO DE LA AUDICION

2,5,6,10,13

Oído externo y medio

La figura 4.1 muestra el diagrama seccionado del oído externo y del medio con su entronque con el caracol, que es la porción auditiva del oído interno. El oído interno también contiene órganos sensibles a la orientación y a la aceleración de la gravedad, situados en los conductos semicirculares y el vestíbulo. El oído externo incluye la aurícula y también el conducto auditivo externo. El conducto auditivo externo tiene una sección transversal de unos 30 a SO mm2, y mide unos 27 mm, con un volumen de 1 cm3• La sección transversal varía en su forma de unos individuos a otros desde una forma circular hasta un óvalo alargado. La variedad de tamaños y formas hace difícil el diseño de un modelo universal de tapón para los oídos. El conducto externo sirve para transportar el sonido desde la aurícula hasta el tímpano, y para proteger a éste contra los daños mecánicos producidos por cuerpos extraños y contra la desecación. El conducto está recu97

bierto por la piel, que se hace más sensible cuanto más hacia el interior esté, particularmente en la zona más profunda, donde se apoya directamente en el hueso. La cera, segregada por la piel, le sirve de protección. La flexibilidad y sensibilidad de la piel son factores limitadores importantes de la capacidad para ponerse tapones en los oídos, y de su resultado. CONDUCTOS SEMICIRCULARES CE LULAS MASTOIDEAS

FIG. 4.1. En este diagrama seccionado del oído se muestra el oído interno, junto con una sección del hueso temporal, para poner de manifiesto los conductos semicirculares, el vestíbulo y el caracol. El caracol ha sido girado levemente de su orientación normal para mostrar con más claridad su arrollamiento. Se representa la abertura para los nervios a través del hueso hasta la cavidad cerebral, en el cráneo. La trompa de Eustaquio se desarrolla tanto hacia adelante como hacia abajo y hacia adentro. Se han omitido los músculos del oído medio. (Davis. S)

La membrana del tímpano, corrientemente llamada tímpano, cierra diagonalmente el conducto externo. Es redondo en su contorno y tiene unos 7 mm de diámetro. Es un cono dirigido hacia adentro, con un ángulo interior de unos 135° y una superficie entre 50 y 90 mm2• La materia, tejido conjuntivo, y la forma de la membrana se combinan para hacer más rígido el cono. Por lo menos, a frecuencias inferiores a 2400 cps, el cono y el huesecillo que está unido a él, el martillo, se mueven como si el conjunto fuera un cuerpo rígido. La forma cónica no se extiende por completo hasta los bordes de la membrana. Los bordes son bastante flexibles y permiten el movimiento unificado de la gran masa central. A frecuencias más altas la membrana vibra por segmentos. El oído medio se compone de la membrana del tímpano, una cavidad llena de aire más allá de la membrana, y dos aberturas que van al oído interno, la ventana oval y la ventana circular. Esta última, con un área de unos 2 mm2, está cerrada por una membrana elástica plana. La ventana oval está cerrada por una lámina ósea delgada, que es la base del estribo y está sostenida por un ligamento flexible en forma de anillo. El área de la base es de unos 3,2 mm 2• El estribo es el más pequeño de una cadena de tres huesecillos situados en el oído medio; los otros dos son el yunque y el martillo, que conectan el estribo con la membrana del tímpano. El «mango)) del martillo está firmemente unido a la membrana cónica del tímpano desde el vértice del cono diagonalmente por detrás y hacia arriba, casi hasta llegar al borde. La cabeza del martillo y el cuerpo del yunque están entrelazados y firmemente sujetos por ligamentos de tal modo que, excepto para las incidencias sonoras más altas, se mueven como una sola unidad. Ambos están suspendidos por ligamentos, de modo que su movimiento más libre consiste en la rotación alre-

98

dedor de un eje que pasa casi tangente al borde superior trasero de la membrana del tímpano (Fig. 4.2). Dos pequeños músculos (no representados en la figura), el tensor del tímpano, unido a la gran protuberancia del martillo, y el estapedio, unido al cuello del estribo, limitan un poco los movimientos de los huesecillos. El movimiento de la base del estribo en la ventana oval es semejante al de un torniquete alrededor de un eje tangencial al borde posterior de la base. Aquí, el ligamento que suspende es más estrecho, mientras que el borde móvil anterior era más ancho y elástico. A presiones sonoras muy altas, el estribo LIGAMENTOS AXIALES

FIG. 4.2. Disposición de los hueseci11os, mostrando cómo la masa se distribuye alrededor del eje de rotación. El máximo desplazamiento de la membrana del tímpano se produce en su borde inferior. (Bárány.t S)

MANGO DEL MAFTrILLO

puede moverse de una forma distinta a la vibración, oscilando (o «rodando») alrededor del largo eje de su base. Este tipo de movimiento produce relativamente mucho menos desplazamiento del tipo de un pistón por parte de la base. El oído interno

El oído interno consta de una serie de canales y cámaras de forma tan complicada que se les conoce como el laberinto. El laberinto no es visible fácilmente, tal como se sugiere en la figura 4.1, ya que está enterrado en la masa del hueso temporal, en la base del cráneo. Los conductos óseos del laberinto están llenos de un líquido acuoso y claro, denominado perilinfo, y en su interior hay una serie de delicados tubos membranosos y de cavidades que contienen un líquido claro, muy semejante, conocido como endolinfo. Los tubos membranosos y las cavidades también contienen las células sensoriales del oído interno y sus correspondientes estructuras de sustentación. Nos concretaremos solamente al órgano auditivo, es decir, el caracol y la parte central del vestíbulo, que conecta con el caracol, dentro del cual se abre la ventana oval. El caracol está arrollado como su homónimo animal en una espiral plana de dos vueltas y media. El canal de su interior es de unos 35 mm de largo, y se ciega en su extremo final. El canal está parcialmente dividido en una galería (tramo) superior (vestibular) y otra inferior (del tímpano) por una escalera espiral ósea que sale desde la pared interior de la galería igual que una escala a lo largo de la pared interior de una escalera circular. La división entre las dos galerías se completa mediante una membrana fibrosa flexible,

99

la membrana basal, que se extiende a través del borde inferior de la escala ósea hasta el ligamento espiral que lo une a la pared exterior (véase Fig. 4.3). La membrana basal y la escala terminan a un milímetro o dos escasos del final de las galerías, así que las dos galerías se unen en el vértice del caracol. A la abertura por la que se unen se le llama helicotrema; su tamaño está entre 0,25 y 0,40 mm2• La membrana basal tiene unos 32 mm de longitud y disminuye en su anchura desde unos 0,5 mm cerca del vértice hasta unos 0,05 mm en la base del caracol, junto a la ventana abierta. En la superficie vestibular de la membrana basal se apoya el tubo membranoso que contiene las células sensoriales, sus estructuras de sustentación y el endolinfa. Al espacio interior de este tubo se le llama tramo medio. Las células sensoriales y sus estructuras de sustentación son conocidas como el órgano de Corti. La ventana circular se abre hacia el interior de la membrana del tímpano cerca TRAMO VESTIBULAR ( PERILlNFO)

TRAMO DEL TIMPANO (PERILlNFO)

FIG. 4.3.

Sección transversal del tabique del caracol mostrando la estructura sensorial. Este dibujo representa una sección a mitad de camino entre la ventana circular y el ápice en una cobaya. El oído humano es muy similar. Algunos detalles, concretamente la amplitud de la membrana basal, varían sistemáticamente con la posición superior o inferior de la espiral del caracol. (Davis,16)

de la base del caracol, y no lejos de la ventana oval, pero separada de ella por el «tabique del caracol», que contiene la membrana basal, las estructuras sensoriales unidas a ellas y también una pared delgada conocida como membrana de Reissner, que separa el tramo vestibular del espacio endolinfático en el interior del tramo medio. Las células sensoriales, conocidas como células capilares a causa de los manojos menudos de textura semejante a los cabellos que se extienden desde sus bordes superiores, están incrustadas en el órgano de Corti, que se apoya en la superficie superior de la membrana basal (Fig. 4.3). Justamente encima 100

del órgano de Corti y unido a él por una red fibrosa a lo largo de sus bordes se apoya otra estructura, la membrana tectaria. La membrana tectaria está unida también por un borde a una estructura de sustentación firme, el limbo. Los extremos exteriores de los pelitos de las células capilares "están incrustados en la membrana tectaria y se doblan al producirse algún movimiento cortante entre ella y el órgano de Corti. La superficie del órgano de Corti, que cubre la membrana tectaria, es una lámina bastante rígida, (la «lámina reticular» de la Fig. 4.3). Los extremos superiores de las células capilares forman parte de esta lámina. Los extremos inferiores de las células capilares sujetan por sus propias estructuras de sustentación, y los extremos de las fibras nerviosas auditivas se extienden sobre los bordes inferiores de las células capilares. Las células capilares están ordenadas sistemáticamente en varias hileras a lo largo del órgano de Corti. Una hilera se apoya precisamente en la parte interior de los bastones de Corti (véase Fig. 4.3) en dirección al limbo. Estas son conocidas como las células capilares internas. Las otras, las células capilares externas, están colocadas en tres hileras paralelas en el lado opuesto a los bastones de Corti. Cada célula capilar externa tiene unas 8 micras de diámetro; las células capilares internas son un poco más grandes. En cada oído hay unas 3500 células internas y 20000 células externas. El sentido del oído es desempeñado por la zona coclear del nervio auditivo. La masa de las células de sus fibras nerviosas descansan junto al órgano de Corti, dentro de la estructura ósea del núcleo central del caracol. Se extiende a todo lo largo del caracol de una forma que llamamos espiral ganglionar, que contiene unas 27 000 células nerviosas. La relación entre las células nerviosas y las células capilares no es sencilla. Algunas fibras sencillas tienen conexión con una o dos células capilares. Este parece ser el acoplamiento dominante en las células capilares internas. Para las células capilares externas, sin embargo, la mayoría de las fibras nerviosas están en contacto con bastantes células capilares a lo largo de su recorrido. Más aún, cada célula capilar recibe normalmente conexiones de bastantes fibras nerviosas. El significado funcional de esta complicada distribución múltiple de las fibras nerviosas no se conoce, aunque también en otros órganos sensoriales se han encontrado distribuciones igual de complicadas, en forma de malla.

COMO FUNCIONA EL MECANISMO DE LA AUDICION

2,3.4,6,7,8,9,11,12,13

El oído es uno de los órganos sensoriales externos. Está especializado en recibir y responder a una particular forma de energía, energía vibratoria acústica transmitida por el aire, en un intervalo de frecuencias de unas nueve octavas y con un intervalo dinámico de más de 120 db. Su respuesta se produce mediante un impulso nervioso en el nervio auditivo. Estos impulsos transmiten la información auditiva al cerebro. Aquí no nos interesa de qué forma se codifica la información en los impulsos nerviosos, o cómo la energía

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acústica los estimula, o de qué manera el oído interno lleva a cabo un análisis acústico parcial de los sonidos en cuanto a su incidencia sonora, su frecuencia, y su tiempo de llegada. Todos éstos son problemas de la fisiología del oído. En lo que se refiere al control de los ruidos, es suficiente saber que el oído externo conduce la energía acústica al oído medio, y éste hace de mecanismo igualador de impedancias para ceder la energía eficazmente al oído interno. Además, debemos saber que el oído interno puede ser dañado por algunas enfermedades, y también por un ruido excesivo. Por otra parte, sabemos demasiado poco sobre las relaciones de los impulsos nerviosos con el pensamiento y la acción como para confeccionar una neuroanatomía o neurofisiología de alguna importancia práctica para el control de los ruidos. No es difícil, no obstante, medir la sensibilidad en conjunto y el poder de diferenciación del mecanismo auditivo humano, como lo hacemos mediante «pruebas de audición», en términos corrientes. Esto es competencia de la psicoacústica, y más específicamente de la audiometría. Estos aspectos de la audición, incluyendo el problema de la sonoridad, se tratarán en posteriores capítulos. El oído externo2

El efecto acústico en la aurícula es casi despreciable, mayormente porque la zona lateral de la cabeza forma un reflector acústico mayor, cercano y casi en el mismo plano. En un espacio abierto, el conducto exterior se comporta como un resonador acústico con una frecuencia natural de unos 3000 cps. Esto tiene un efecto pequeño por debajo de los 1000 cps, pero a 3000 cps, el nivel de incidencia sonora justamente delante del tímpano vale entre 10 y 12 db, superior por término medio al medido en la misma entrada del canal. La diferencia del nivel de incidencia sonora desciende de nuevo para frecuencias superiores a 3 db, a 7000 cps. La resonancia del conducto exterior es uno de los factores que determinan la sensibilidad auditiva humana. Oído medio2 • 13

Cuando el oído es excitado por un golpe agudo, el mango del martillo oscila de unos 1300 a 1500 cps. Es inevitable alguna distorsión debida a sonidos transitorios rápidos. Las oscilaciones que amortiguan lentamente, sin llegar a ser del todo críticas. A frecuencias más altas pueden aparecer otras resonancias menores. A bajas frecuencias, el oído es sensible principalmente a los cambios de presión, más que a la velocidad de la partícula de aire en vibración y el tímpano actúa como una mebrana elástica, cuyos desplazamientos son proporcionales a la presión sonora incidente. El aire aprisionado en el oído medio actúa como una almohada y es responsable, parcialmente, del comportamiento acústico del tímpano. Sin embargo, cerca de sus frecuencias naturales, el oído no actúa de una manera estrictamente análoga a la de un micrófono. 102

La fuerza resultante de las ondas sonoras actuando sobre la membrana del tímpano se transmite al fluido que llena el oído interno, a través de un sistema de dos palancas colocadas en serie. La primera es la combinación del tímpano-martillo-yunque que gira como un todo alrededor del eje de los ligamentos que sostienen el martillo y el yunque (Fig. 4.2). La segunda está formada por el estribo, balanceándose sobre su «talón». La fuerza ejercida por el estribo sobre el fluido es casi la misma que la ejercida sobre la membrana móvil del tímpano por la onda sonora del aire. La superficie de la base del estribo es, no obstante, mucho menor que la de la sección rígida móvil del tímpano. La presión transmitida por el estribo es, por tanto, considerablemente mayor que la transmitida por la onda sonora, quizás en una proporción con mucho de 22: 1. En un lenguaje más técnico, el oído medio iguala parcialmente la impedancia del aire exterior a la del fluido en el oído interno. El equilibrio de las impedancias da como resultado una transmisión más eficaz de energía del aire al oído interno con menor pérdida por reflexión del sonido que vuelve del tímpano. Existe alguna pequeña discrepancia entre el porcentaje «nor4.4. Transformación de la presión en el oído externo y medio. La presión en el estribo se incrementa con respecto a la existente en el extremo exterior del conducto auditivo (meato), y en el tímpano según las razones mostradas. El incremento en la presión en el tímpano sobre la presión en el extremo exterior del conducto se debe a la resonancia de dicho conducto. (BékésyP) FIG.

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103

Conducción ósea2

La conducción de energía acústica al oído interno por cualquier otro camino que no sea a través del aire del conducto externo, la membrana del tímpano y los huesecillos, se denomina conducción ósea. Un ejemplo es la audición de un diapasón cuyo pie se apoye contra la frente. La propia voz de cada uno es una importante fuente de sonido con conducción ósea. Si bien sólo una fracción muy pequeña de energía acústica transmitida por el aire se convierte en vibración producida en la parte sólida de la cabeza, esta vibración puede detectarse por conducción ósea si el sonido transmitido por el aire es lo suficientemente intenso. Las vibraciones conducidas por los huesos no estimulan el nervio auditivo directamente pero, de un modo u otro, producen exactamente el mismo tipo de vibración de la pared coclear que el sonido conducido por el aire. Un problema de mayor envergadura relacionado con la conducción ósea consiste en la identificación y evaluación de los muchos y variados caminos que pueden seguirse, a menudo simultáneamente, por la energía acústica. Esto llega a ser importante en el estudio de los tapones, orejeras y cascos como protección contra el ruido intenso, y también en el diagnóstico de la naturaleza de la pérdida de audición. Un mecanismo de conducción ósea es la vibración de la cabeza considerada como un todo. Esta es la forma de comportamiento normal a frecuencias por debajo de 200 cps. Si no fuera por la forma de los huesecillos y el modo en que se sustentan, la energía podría transferirse con gran efectividad a los huesecillos mediante este movimiento de un lado para otro a causa de su inercia. A la frecuencia de 800 cps, la frente y la parte inferior de la cabeza se mueven en direcciones opuestas, con una línea nodal de compresión entre ellas. A frecuencias mayores aparecen en el cráneo unos tipos de vibración aún más complicados. Cualquiera que sea la frecuencia, el cráneo debe ser considerado como un todo. No es sorprendente que en la conducción ósea la energía alcance el oído derecho con casi la misma intensidad con que lo hace en el oído izquierdo, sin tener en cuenta si la energía se aplica (como en un espacio sonoro) a la frente, al mastoideo derecho o al mastoideo izquierdo. Conducción por el tejido

Un importante efecto que podría denominarse «conducción por el tejido» es la transmisión de energía acústica por un tapón moviéndose en conjunto como un pistón. La elasticidad de la piel del conducto auditivo externo hace tal transmisión no sólo posible, sino inevitable. Quizá, también, la aurícula pueda transmitir alguna energía acústica fuera del tapón a 10 largo de la pared cartilaginosa del conducto auditivo más bien que por verdadera conducción ósea, 10 que supone considerar el cráneo como un todo. 104

Mecanismos de protección 2,6,9,13

El oído medio parece proteger las delicadas estructuras sensoriales del oído interno de posibles daños por efecto de sonidos muy intensos. No obstante, no está muy claro el alcance de esta protección.

Tipo de vibración. Un mecanismo de protección consiste en el cambio del tipo de vibración del estribo. Esto se ha demostrado claramente para muy bajas frecuencias, por ejemplo, de unos 10 cps. El nivel de incidencia sonora en el que dicha protección se lleva a cabo se manifiesta por un decrecimiento de la sonoridad del tono y por el comienzo de una sensación de escozor en el oído medio. ·La amplitud del intervalo en que ocurre este cambio en el tipo de vibración es considerable. Es dudoso el que a frecuencias más altas el cambio se produzca para niveles de incidencia sonora por debajo de aquellos que causan dolores agudos en el oído. El reflejo intra-auricular. Los músculos del oído medio están pensados generalmente para proporcionar alguna protección mediante una contracción refleja en respuesta a los sonidos fuertes, de una forma parecida a como se cierra el párpado de modo reflejo cuando una luz brillante centellea delante de los ojos. Esta contracción del estapedio, oscilando sobre la base del estribo por fuera, puede observarse en los pacientes que tengan orificios grandes en sus tímpanos. El músculo tensor del tímpano tiende a impulsar el largo recorrido del martillo hacia adentro y de este modo se opone a la acción del estapedio. Con todo, puede verse cómo no se mueve la membrana timpánica completa. El resultado total parece ser simplemente un endurecimiento de la cadena de huesecillos. La frecuencia natural del oído medio es alterada un poco, presumiblemente, y los cambios en la transmisión son del orden de 5 o 10 db. En cualquier caso, el tiempo de reacción es de al menos 10 mseg, de modo que aun esta pequeña protección es inefectiva contra ondas acústicas frontales provenientes de impactos o explosiones. Distorsión no lineal. Se puede proporcionar una cierta protección al oído interno mediante una respuesta no lineal del oído medio a los sonidos intensos. Para amplitudes pequeñas, el desplazamiento del estribo parece ser proporcional a la presión aplicada en el tímpano, pero, como en todo sistema mecánico, a medida que aumenta la presión la amplitud de desplazamiento deja finalmente de ser proporcional a ella. El sistema se dice que está «sobrecargado». El oído interno es protegido de manera que los desplazamientos extremos del estribo se reducen. Una gran proporción de la energía total se disipa dentro del oído medio, o bien se refleja desde el tímpano. La situación es complicada, no obstante. Parte de la energía transmitida en un sistema sobrecargado se transforma a frecuencias más altas, que son múltiplos de la frecuencia original, y resulta lo que se llama « distorsión armónica». Igualmente, si existe más de una frecuencia, se producirán nuevas frecuencias de vibración que corresponden a la suma y a la diferencia entre esas frecuencias y/o sus armónicos. La producción de armónicos mayores y de la suma y diferencia de tonos en el oído ha sido ampliamente demostrada. El elemento del sistema responsable de esta distorsión no lineal y de los 105

consecuentes armomcos auriculares es tema de considerable debate. Aparentemente, la membrana del tímpano no es responsable, excepto si es desplazada por una presi6n estática relativamente grande. De la acci6n de la base del estribo resulta un cierto comportamiento no lineal. Otra fuente de no linealidad está dentro del oído interno. Las estructuras sensoriales pueden «sobrecargarse» por sí mismas, y de este modo quedan sujetas a posibles tensiones mecánicas peligrosas. Existe una evidencia notable de que algunos procesos en el oído interno son de hecho no lineales, incluso a niveles de incidencia sonora bastante moderados, pero hasta donde sabemos sobre la exacta 10calizaci6n y naturaleza de los procesos no lineales, no puede denunciarse automáticamente como una señal de peligro la aparici6n de no linealidad. Un sistema que está «sobrecargado» en el sentido de que su respuesta se convierta en no lineal, no está necesariamente en peligro de fractura. Una nueva prueba de no linealidad en el oído medio es la aparici6n de «subarm6nicos», que son submúltiplos de la frecuencia de excitaci6n. Estos subarm6nicos pueden producirse en los sistemas mecánicos que tienen más de un grado de libertad particularmente cuando son excitados a frecuencias superiores a la natural de una de sus formas de vibraci6n. El oído es como un sistema, y estos subarm6nicos irradiados desde el oído medio han sido puestos de manifiesto a niveles sonoros cercanos, o por encima del umbral de incomodidad o de sensaciones táctiles en el oído. Estos subarm6nicos se generan, evidentemente, en el oído medio. La no linealidad del oído y la producci6n en él de arm6nicos, subarm6nicos, y de la suma y diferencia de tonos, se mencionan aquí no solamente a causa de su acci6n protectora, sino también para ilustrar la complejidad del comportamiento acústico del oído para niveles altos de incidencia sonora. Todos estos efectos pueden demostrarse a niveles sonoros como los que podemos encontrar en algunas situaciones industriales o militares, y algunos de ellos a niveles bastante inferiores a los que causan dolor o al menos incomodidad. Esto sugiere que los límites mecánicos han sido alcanzados de alguna manera, pero su significado como señales de precauci6n o acciones protectoras no ha sido todavía fijado adecuadamente. En cualquier caso, debemos contar con la distorsi6n como causante de la deterioraci6n de señales acústicas tales como la palabra, que son recibidas a altos niveles de incidencia sonora. SENSIBILIDAD AUDITIVA

El área auditiva

La menor presi6n sonora necesaria para producir un tono audible, es decir, la presi6n «umbral», depende de la frecuencia del tono. En menor grado, depende también de si la presi6n sonora se mide a la entrada del conducto auditivo (presi6n mínima audible) o en un espacio abierto (espacio mínimo audible); de si el tono es continuo o se interrumpe, de si hay otros

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tonos, o ruidos, sonando; de la dirección de la fuente (en un espacio abierto), etc. Las prácticas en la audición pueden mejorar el registro en varios decibelios, e incluso bajo condiciones similares la sensibilidad de oídos normales difiere considerablemente. Es posible definir un estímulo auditivo de diversas formas: por ejemplo, en términos de: 1) la presión sonora medida en el tímpano por una sonda microfónica, 2) la presión sonora a la entrada del conducto auditivo, o 3) la presión medida en un espacio abierto acústico en el lugar que más tarde ocupará el centro de la cabeza del oyente. La localización escogida normalmente para la especificación del entorno del umbral en un espacio abierto está a la entrada del conducto auditivo, no en la membrana del tímpano. La medición en espacio abierto sin el oyente presente es el procedimiento empleado casi exclusivamente en otros problemas relativos al control de ruidos. El umbral de audición para los dos oídos z 1&1

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4.5. El «área auditiva». La curva inferior muestra el umbral de audición para una escucha biauricular en un espacio abierto. (Según Robinson y Dadson. 14) El umbral de incomodidad se considera frecuentemente a los 120 db, Y el umbral de dolor, a 140 db. FIG.

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

(biauricular), audible en el espacio abierto por jóvenes adultos normales en buenas condiciones, está bastante cerca del nivel normal de referencia de O db (0,0002 microbares) entre unos 800 y 5000 cps (véase Fig. 4.5). Por encima de los 5000 cps la curva del umbral asciende pronunciadamente hasta atravesar el umbral de dolor a unos 20 000 cps. La intensidad del límite superior del «área auditiva» se toma a veces como umbral de incomodidad, con un nivel de incidencia sonora de unos 120 db, independientemente de la frecuencia. Más frecuentemente, el umbral de dolor, a 140 db, se considera el límite, ya que, hasta donde llegan nuestros conocimientos, los sonidos por encima de 140 db continúan sonando más alto con el aumento de la presión sonora, hasta que la sonoridad se reduce por «fatiga auditiva» o por daño acústico. El dolor, y también las sensaciones táctiles de escozor o cosquilleo, vienen del oído medio. La «incomodidad» experimentada a 120 db parece ser una sensación auditiva. La frecuencia inferior límite de la audición es indeterminada porque la audición se convierte en una sensación de vibración. A efectos prácticos se sitúa entre 20 y 50 cps. El intervalo dinámico de audición se extiende desde un nivel de incidencia sonora de casi O db (0,0002 microbares) hasta 140 db o 2000 micro-

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bares. La amplitud de vibración de la membrana del tímpano a 2000 cps aumenta desde un increíblemente pequeño 10-9 cm (la décima parte del diámetro de un átomo de hidrógeno) a 1/10 mm a 140 db. La facultad del oído de distinguir pequeñas diferencias de presión, frecuencia y tiempo corresponde a los dominios de la psicofísica. El sistema central nervioso elabora de forma complicada la información que llega a los oídos. Los informes, como las apreciables diferencias en la frecuencia o en la presión sonora, deben ser acompañados, a fin de interpretarse completamente, por especificaciones detalladas de las condiciones y métodos de la medición. Fatiga auditiva

La sensibilidad del oído no es constante. Tanto en el umbral para un tono como su sonoridad pueden variar considerablemente como resultado de exposiciones previas a sonidos de igual o distinta frecuencia. Los cambios a corto plazo producidos por sonidos por debajo de 90 o 100 db son esencialmente un ajuste del equilibrio físico o químico en el órgano sensible, más bien que fatiga en el sentido de agotamiento. Son procesos análogos a los de adaptación a la oscuridad o a la luz por parte del ojo. Los sonidos más fuertes producen cambios más duraderos en el umbral, que aumentan con la exposición continuada. Después de estos cambios transitorios en el umbral, tiene lugar una recuperación completa, pero esto puede llevar horas e incluso días (véase Cap. 7). Los cambios transitorios de 20 a 30 db son la regla para oídos jóvenes en muchas situaciones industriales ruidosas. Esta condición puede llamarse con propiedad «fatiga auditiva», si bien es difícil delimitar la frontera entre la fatiga psicológica y la lesión patológica seguida de recuperación. Los oídos de cada individuo varían grandemente en su sensibilidad a los cambios transitorios en el umbral. No se conoce si los mismos oídos que muestran grandes cambios transitorios en el umbral son también los más susceptibles de acumular pérdidas permanentes de audición de tipo industrial o debidas a la presbiacusia. Localización auditiva

Una importante facultad auditiva consiste en la localización de la fuente del sonido. Los indicios más importantes son diferencias en la presión sonora y en el tiempo de llegada de las correspondientes ondas sonoras a los dos oídos. Es, en principio, un sentido biauricular, si bien una persona con un solo oído bueno puede localizar un sonido a cierta distancia si se le permite girar la cabeza. Ciertos rudimentos del sentido de localización del eco, que está muy desarrollado en los murciélagos, aparecen en los seres humanos como, por ejemplo, en la sensación de espacio dada por la reverberación del sonido y por su facultad de sentir por los ecos de los oídos que nosotros mismos producimos, la presencia de una superficie reflectante cercana, incluso cuando no somos conscientes de cómo lo hacemos. 108

DETERIOROS DE LA AUDICION

5

Oído externo

Cuerpos extraños y ({otztzs externa». Los accidentes o la enfermedad pueden afectar al oído externo y al medio. Una molestia en el oído externo consiste en la presencia de materias extrañas, como insectos o agua. El agua que permanece en el oído externo no sólo interfiere en la conducción del sonido, sino que también reblandece y debilita la piel que recubre el conducto, facilitando la entrada de infecciones. Estas infecciones, si bien pueden desarrollarse lentamente y nunca producen una inflamación aguda, o un absceso, pueden ser muy tenaces e irritativas. Esto es particularmente cierto en el caso de los hongos y las infecciones bacterianas de escaso grado predominantes en los climas tropicales calientes y húmedos. En estas zonas del mundo la limpieza e integridad del conducto externo debe procurarse con mucha atención, y ante la presencia de una infección de cualquier clase, el uso de tapones insertables para la protección contra los ruidos puede traer aún peores molestias y peligros. Cera aglomerada. La defensa de la Naturaleza contra los insectos y el agua es la cera, o «cerumen», que es formada por las glándulas epiteliales del conducto auditivo. Pero a veces la cera se produce en cantidades excesivas y forma una masa dura que puede adherirse o presionar contra la membrana del tímpano, o puede obturar completamente el conducto. Los intentos poco hábiles de quitar la cera por medio de cerillas, horquillas, algodón, etc., sirven probablemente sólo para introducirla más profundamente en el conducto y para favorecer la aglomeración, como se le llama a la formación de un tapón. La pérdida en la transmisión producida por un tapón de cera puede ser tan grande o incluso mayor que la obtenida con tapones artificiales muy buenos. Puede reducirse la sensibilidad de este oído al nivel del sonido en la conducción ósea recogida por el cráneo. Oído medio: pérdida de audición conductiva

Membrana del tímpano. La transmisión acústica a través del oído medio puede reducirse de muchas formas. El tímpano puede romperse y quizá el martillo y el yunque perderse también por cualquier daño mecánico, destrucción por enfermedad o extracción deliberada por un cirujano a fin de detectar los progresos de la infección. El valor de la pérdida de audición depende, primero, de la reducción o la pérdida de la transformación de presión que se registra normalmente por el tímpano o los huesecillos y, segundo, de la presencia de algunos obstáculos mecánicos en la transmisión de la presión sonora a las ventanas oval y redonda. Esta barrera puede estar formada por líquido, o pus, en el oído medio, o puede ser la reliquia de «adherencias»

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producidas por una antigua infección crónica o quizá por un injerto de piel protectora colocado por un cirujano otólogo. La pérdida de audición producida por una pequeña hendidura o un orificio en el tímpano puede ser despreciable, menor de 5 db. Un orificio mayor puede producir una pérdida de 20 db, o incluso más. La pérdida después de una «operación radical del mastoideo» puede ser tan pequeña como de 25 db o tan grande como 45 db en un oído normal. En un oído enfermo la operación mejora la audición frecuentemente, pero siempre queda una pérdida de audición residual de unos 25 db a causa de la falta de una cadena de huesecillos normal. La audición final depende de la cantidad de tejido cicatrizado sobre el único huesecillo que queda en una operación radical, o sea, el estribo~ Todas estas pérdidas de audición conductiva afectan a todas las frecuencias, pero normalmente son más graves a unas frecuencias que a otras. La presión estática simple sobre la membrana del tímpano, cualquier exceso de aire aprisionado en el oído medio, o más frecuentemente una falta de aire debido al incremento de la presión barométrica exterior sin la igualación normal a través de la trompa de Eustaquio, reducirán la transmisión. La diferencia en la presión estática pone en tensión a la membrana del tímpano y a los ligamentos de la cadena de huesecillos y de ese modo restringe la amplitud del movimiento. La rigidez del sistema de transmisión se incrementa, y su respuesta puede llegar a ser no lineal. Otitis media. El líquido, o pus, en el oído medio produce grandes reducciones en la transmisión acústica. Las pérdidas pueden ser incluso mayores si se forman «adherencias» de tejido fibroso cicatrizado. El líquido, la pus y las adherencias se producen por la infección del oído medio, u otitis media. La infección puede ser aguda o crónica, sencilla o recurrente. La fuente normal de origen de las infecciones puede ser la nariz o la garganta, en forma de constipado o de dolor de garganta. La trompa de Eustaquio y el oído medio están en comunicación directa con la faringe y ligadas de hecho al aparato respiratorio, de modo que no debe sorprendernos la estrecha relación entre la otitis media y un resfriado común.

Otosclerosis. Otra causa de sordera conductiva es la otosclerosis. Esta dolencia ataca principalmente a los adolescentes y a los adultos jóvenes. Se demuestra su factor fuertemente hereditario por la tendencia a ocurrir en ciertas familias, o a aparecer en personas blancas, pero no en negras. En la otosclerosis, un tejido anormal de forma ósea invade la cápsula huesuda del oído interno. Si el crecimiento se produce en el borde de la ventana ovalo en el estribo, esto es como ensamblar la base del cráneo con una costura ósea. La situación se ha descrito como «una especie de artritis de. la cadena de huesecillos». No es dolorosa y no produce síntomas, excepto una progresiva pérdida de audición y, a veces, ruidos en la cabeza. Es más, la pérdida de audición ocurre solamente cuando el estribo llega a estar fijado mecánicamente a la ventana oval. La pérdida de audición resultante puede ser de hasta 60 db, que es la más grande obtenida en cualquier tipo de pérdida de

110

audición conductiva. Más o menos la «sordera nerviosa» o la «sordera coclear» puede estar también presente en oídos otoscleróticos y producir una pérdida total de audición aún mayor. El rasgo común de todos los tipos de sordera conductiva es que afectan a la transmisión de energía acústica. La interferencia con la audición puede ser entendida en términos anatómicos y físicos. El órgano sensorio se mantiene intacto y responde cuando recibe una energía acústica adecuada. Esto puede realizarse normalmente por conducción ósea. El carácter físico conductivo de la pérdida de audición se revela por una pérdida de sensibilidad para el sonido transmitido por el aire, mientras que la sensibilidad permanece prácticamente constante para el sonido conducido de forma ósea.

Barotrauma. La posibilidad de lesión en la membrana del tímpano a causa de diferencias en la presión estática (barotrauma) entre la atmósfera exterior y el aire dentro del oído medio se reduce grandemente por la acción de la trompa de Eustaquio, que conecta el oído medio y la faringe por debajo de la mucosa del paladar. El extremo interior de esta trompa está cerrado normalmente, pero se abre de vez en cuando al tragar o bostezar, y permite llenarse del gas absorbido por el oído medio mediante el flujo sanguíneo. Esto permite también equilibrar las diferencias que puedan producirse bruscamente a causa de los cambios de altitud, bien sea en un avión, o en un ascensor. Si la trompa no se abre y equilibra la presión estática, la membrana del tímpano y el sistema de sustentación de los huesecillos son sometidos a una cierta tensión. Esto reduce su transmisión acústica y produce también incomodidad o incluso agudos dolores. El resfriado común produce inflamaciones en la pared de la trompa de Eustaquio y las partes posteriores se abren. Oído interno

Sordera nerviosa y sordera coclear. Además de por pérdida conductiva, las pérdidas de audición pueden deberse a daños en el órgano sensorio o en el nervio auditivo. Ambos tipos han sido denominados sordera nerviosa o a veces sordera perceptiva. A diferencia de la pérdida de audición conductiva, la pérdida nerviosa indicada reduce la sensibilidad de la conducción ósea además de la transmitida por el aire. La enfermedad del caracol puede distinguirse frecuentemente del daño en el nervio auditivo, y el término «sordera coclear» está obteniendo un empleo creciente. La situación conocida como «síndrome de Ménü~reD es un tipo importante de sordera coclear. Parece consistir en un proceso irritativo que afecta normalmente a los conductos semicirculares y a otras partes del laberinto, así como al caracol, y se caracteriza por ataques agudos de vértigo y vahídos, por tintineos, por pérdida de audición y también por la imposibilidad de comprender las palabras incluso cuando los sonidos puedan oírse. Los ataques se atribuyen generalmente a cambios en el suministro sanguíneo del oído. Un defecto coclear muy corriente, aunque bastante diferente, consiste en 111

la degeneración de algunas de las células capilares, particularmente las externas situadas cerca de la base terminal del caracol. A veces, todas las células capilares más allá de una zona de transición bastante fina pueden degenerarse, y frecuentemente también las fibras nerviosas. Esta situación da un cuadro clínico de «pérdida de audición a un tono alto y brusco». El audiograma es normal hasta cierta frecuencia y entonces disminuye muy acusadamente. En otros casos, el descenso de sensibilidad en función de la frecuencia no es tan brusco. Aquí la transición de células capilares de normales a degeneradas es menos brusca, presumiblemente. La pérdida de audición no es muy diferente a la de la «sordera nerviosa», producida por la presión sobre el nervio auditivo, o por un tumor. Tintineo y diplacusia. El tintineo, o «zumbido de los oídos», parece ser un síntoma de alguna especie de irritación del órgano sensorio. Algo como un «ruido en la cabeza» es tan corriente como para ser considerado normal. El tintineo puede crecer en gran medida por el ataque mecánico en la exposición a un sonido muy fuerte. El fundamento para ello es? presumiblemente, la descarga espontánea de las células capilares irritadas o las fibras nerviosas, corno el picor o el escozor de la piel irritada. La diplacusia consiste en que ambos oídos no oyen un sonido dado con el mismo tono. Puede consistir en una simple desentonación. Son normales pequeñas diferencias en el tono audible para una frecuencia dada. Se compensan en el cerebro y pasan desapercibidas. Otra variedad de diplacusia consiste en una anormalidad en la «calidad» de un tono, lo que produce sonidos destemplados, zumbadores o múltiples en lugar de suaves, simples o musicales. Tal distorsión es otra fuente corriente de irritación local, fatiga o lesión benigna del órgano de Corti. Puede ser ocasionada por la exposición a un tono de frecuencia simple a alta presión sonora. Sordera central. Los desarreglos en la audición que aparecen en el cerebro son de naturaleza compleja. Pueden tener importancia en relación con problemas de compensación y rehabilitación. Algunos daños del cerebro trastornan en grados variables la función normal de reconocimiento de los sonidos y la interpretación de su significado. La sensibilidad auditiva puede ser normal, pero las palabras pueden dejar de tener significado. El término afasia sensorial se refiere a esta situación. A veces una persona se vuelve parcial o totalmente sorda por razones estrictamente psicológicas. Esta sordera psicogénica tiene una base emocional inconsciente y es bien reconocida por los psiquiatras. La carencia de respuesta al sonido es perfectamente real y no debe ser tomada por enfermedad fingida. Esta sordera psicogénica puede combinarse con la periférica, determinada físicamente por la pérdida de audición y aumenta grandemente la incapacidad del paciente. Presbiacusia. 1 La presbiacusia es la pérdida de sensibilidad para los tonos de alta frecuencia que puede esperarse como parte del proceso medio de envejecimiento. (Estos datos están dados en las Figs. 7.1 y 7.2.) El límite superior de la audición en la escala de frecuencias empieza a disminuir en los

112

comienzos de la vida adulta. También es muy característica la llamada «caída de los 4000 CpSD en el audiograma. La «caída de los 4000 cps» puede deberse, o no, a la exposición anterior a algunos ruidos muy intensos. Estos descensos son los más corrientes y tienden a ser más profundos y más extensos en los hombres que en las mujeres, y a aumentar con la edad. Las pérdidas de audición media esperadas a los sesenta años de edad son de 32 db para los hombres y 17 db para las mujeres. Existen expectativas medias y también desviaciones individuales amplias y en gran número. El fundamento de la pérdida de audición es una degeneración, por causas no adjudicables hasta el presente a otras que no sean la edad, de algunas de las células capilares cercanas al borde inferior del caracol. Pérdida de audición industrial y trauma acústico. 1 La pérdida de audición industrial ha sido conocida largo tiempo como la «sordera de los caldereros» y «sordera de los tejedores». Una exposición repetida a un ruido muy intenso todo el día y cada día durante meses y años, causa una pérdida de audición gradual y acumulable. Es una pérdida típica de los tonos altos. Normalmente comienza a 4000 cps. A veces, el corte a alta frecuencia en el audiograma es completamente brusco, pero más frecuentemente es gradual. La pérdida se debe aparentemente a la degeneración de las células capilares externas y, como la presbiacusia, no es conductiva, sino que es una pérdida de audición (cnerviosaD o «(coclear». Ninguna prueba de audición en la actualidad puede distinguir con cierta seguridad la presbiacusia de la pérdida de audición industrial. Se cree que los efectos de ambas son aditivas, así como la exposición a los ruidos simplemente acelera el progreso natural de la presbiacusia, y no existe una evidencia absoluta de que existiendo previamente pérdidas de audición por presbiacusia o debido a la exposición a los ruidos ambas sensibilicen o inmunicen al oído con respecto a posibles daños posteriores por causa del ruido. Por su puesto, hasta el punto de que un deterioro conductivo, como la otosclerosis o la otitis media, reduce la intensidad del ruido que alcanza el caracol, actúa como un artificio protector y reduce la probabilidad de la pérdida de audición industrial. Hay grandes diferencias individuales en la cantidad de pérdida de audición permanente para una exposición dada. Las relaciones entre la pérdida de audición y la exposición al ruido dependen de la frecuencia, del nivel sonoro, de la distribución temporal, del tipo de exposición y recuperación, de la duración total, etc., y son demasiado complejas para una descripción breve (véase Cap. 7).

«Trauma acústicoD es un término aplicado a veces a la pérdida de audición permanente acumulable a casua de exposiciones repetidas a los ruidos, es decir, la «pérdida de audición industrial». Podría reducirse la confusión y la ambigüedad, no obstante, si este término se reservara para los efectos de explosiones, voladuras, golpes en la cabeza o incluso para una sencilla y breve exposición a un ruido muy intenso. En los oídos animales son bien conocidos estos daños en el órgano de Corti. El resultado final es una degeneración de las células sensoriales o incluso del órgano completo, pero con tendencia a preservar los extremos de la base y del vértice. La pérdida de audición

113

puede ser muy grave poco después de sufrirse el daño, pero tiende a recuperarse considerablemente antes de la estabilización. El tímpano y los hue· secillos, así como el órgano de Corti pueden dañarse por causa de voladuras. Los traumas acústicos agudos se han estudiado experimentalmente con una extensión considerable en animales, pero no así las pérdidas de audición crónicas acumulables. Esta última situación es bien conocida, pero aún no estudiada adecuadamente en el hombre. Los traumas acústicos en el hombre son también conocidos, pero por razones obvias no han sido bien estudiados experimentalmente. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10.

n. 12. 13. 14. 15. 16. 17.

114

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Capítulo 5 LA INTENSIDAD DE SENSACION SONORA W. A.

MUNSON

Bell Telephone Laboratories

INTRODUCCION Intensidad de sensación *

Cuando una persona se traslada desde un ambiente tranquilo hasta otro ruidoso, está en condiciones de percibir la intensidad del ruido. Puede encontrar el ruido demasiado alto para mantener una conversación, para poder dormir, etc. En este capítulo se describen diferentes métodos de medida de la intensidad de sensación de un ruido y se muestra cómo dicha intensidad se puede deducir a partir de los valores del espectro de presión sonora de un sonido. Conviene tener en cuenta, sin embargo, que sonidos de una misma intensidad de sensación no son siempre equivalentes desde otros puntos de vista. Por ejemplo, dos ruidos de igual intensidad de sensación pueden interferir o enmascarar una conversación en diferente grado. Un ruido muy agudo, cuya energía esté contenida en su mayor parte en las frecuencias superiores a la banda de frecuencia vocal, podría ser muy alto, sin que dificultase demasiado la audición, mientras que otros, de igual intensidad, obligarían a gritar para mantener una conversación. Por tanto, el grado en que un ruido enmascara o interfiere la audición de otro sonido es diferente de su intensidad de sensación. Se puede aplicar idéntica consideración a la molestia producida por un ruido, puesto que intensidades de sensación iguales no implican necesariamente perturbaciones semejantes. En el control del ruido es importante considerar otros factores, además de la intensidad de sensación; el lector encontrará desarrollos adecuados sobre la sensación de malestar del ruido y el enmascaramiento de la señal vocal por el mismo en otros capítulos de este libro. El término «intensidad de sensación» atañe sólo a la magnitud de la sensación de audición que experimenta una persona y no debería confundirse con otras características bien distintas de un sonido. Por ejemplo, un ruido puede ser de tono alto o bajo, penetrante o sordo, molesto o suave, pero siempre se le puede asignar un valor de intensidad de sensación. Esta magnitud ~o puede medirse con un medidor ordinario de nivel sonoro, a menos •

Esta magnitud también es conocida com·ó· «intensidad subjetiva •. (N. del T.)

115

que esté diseñado de acuerdo con las características del oído humano. Debido a la complejidad de este último, esto es difícil de conseguir, así que los medidores de nivel sonoro se diseñan simplemente para medir el nivel de presión sonora, aUJlque. pueden simular parcialmente el oído usando redes de ponderación de frecuencias. Se dispone de varios procedimientos para determinar la intensidad de sensación de un ruido: 1) Un método sencillo, pero de gran aproximación, consiste en obtener medidas del ruido mediante un medidor de nivel acústico ponderado, convirtiendo estas medidas en valores de intensidad de sensación; sin embargo, este método no es, generalmente, el más adecuado. 2) Otra posibilidad es formar un «jurado de sonido», constituido por un grupo de personas que comparen el ruido con un sonido de referencia patrón. 3) Un tercer método se basa en el análisis de la presión sonora mediante filtros de bandas, calculando la intensidad a partir de dichas medidas. Cada método tiene sus ventajas e inconvenientes, con los que conviene estar familiarizado para realizar la elección correctamente. La medida fundamental, en la que se basan todas las determinaciones de la intensidad de sensación sonora, está basada en una encuesta sobre la intensidad realizada por un grupo de observadores. Normalmente a esto se le llama prueba del (cjurado de sonido», habiéndose empleado mucho tiempo y trabajo en el desarrollo de métodos que incrementen la precisión de este tipo de mediciones. Como puede suponerse, la precisión de las opiniones sobre la intensidad puede mejorarse si a los observadores se les permite comparar la intensidad desconocida con el sonido de referencia. Escala de fonios

Se ha escogido un tono de 1000 Hz como referencia normalizada, dándose los resultados de las encuestas sobre la intensidad de sensación sonora por medio del nivel de presión sonora de un tono de 1000 Hz, cuya intensidad de sensación sea igual a la desconocida. Por ejemplo, si los observadores encuentran, en promedio, que un sonido con una frecuencia de 1000 Hz y un nivel de presión sonora de 60 db tiene, en apariencia, la misma intensidad que un determinado ruido, se dice que este último posee un nivel de intensidad de sensación de 60 fonios. Lo mismo que para otras medidas de presión sonora, la presión de referencia para el fonio es de 0,0002 microbares. La palabra afonio» es el nombre dado a la unidad de nivel de intensidad de sensación sonora y, siempre que se use, implica que se ha efectuado una medida mediante un jurado de sonido, bien sea directa, o indirectamente, como en el caso de medidas hechas para predecir los posibles resultados que se obtendrían con un jurado de sonido. Curvas de intensidad de sensación sonora

Se han determinado los niveles de intensidad para todo el espectro de frecuencias puras audibles, mediante la comparación con un tono de refe116

rencia. Los resultados se muestran en la figura S.l. Estas curvas, llamadas líneas isosónicas, muestran los niveles de presión sonora en espacio abierto de tonos de igual intensidad de sensación. Por ejemplo, los niveles de presión sonora de todos los tonos que tengan un nivel de intensidad de sensación

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

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En acústica se hace una importante distinción entre los términos <
130

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FIG. 5.2. Nomograma dando la relación entre la intensidad de sensación en sonios y el nivel de intensidad de sensación en fonios, deducido de la ecuación (5.1).

de intensidad de sensación es el «ionio» que ya se ha definido. La unidad de intensidad de sensación es el «sonio»; para cada valor en fonios existe el correspondiente en sonios, dado por la figura 5.2. A esta relación se la llama «escala de intensidad de sensación en sonios» y desempeña un importante

118

papel en el cálculo de la intensidad a partir de las medidas de presión sonora. Dentro de ciertos límites, se puede definir por la ecuación l2 • I8 10gIo N =0,03LN -1,2

en donde N = intensidad de sensación en sonios. L N = nivel de intensidad de sensación en fonios.

Por definición, a una intensidad de sensación de 1 sonio se le ha hecho corresponder un nivel de intensidad de 40 fonios. Los datos de la figura 5.2 se presentan en forma de tabla en el apéndice 5.1. El uso de la escala en sonios se puede explicar considerando previamente la intensidad de un sonido muy sencillo que tenga dos componentes de frecuencias muy diferentes, como 300 y 2000 Hz. Consideremos que cada componente aislado posea una intensidad equivalente a la de un tono de 1000 Hz con un nivel de presión sonora de 70 db. Cada componente tendría entonces un nivel de intensidad de 70 fonios, o, acudiendo a la figura 5.2, una intensidad de 8 sonios. En el caso de que los dos componentes sonasen juntos, se ha encontrado que un jurado de sonido no estimaría que el nivel de intensidad de la combinación fuese (70 + 70) = 140 fonios, sino que el veredicto sería de unos 80 fonios. Un examen de la figura 5.2 mostrará que 8 + 8 = 16 sonios, corresponden a un nivel de intensidad de 80 fonios aproximadamente. Por tanto, dos componentes de un sonido de frecuencias muy diferentes son aditivos en la escala de sonios, pero no en la de fonios. Otro uso de la escala de sonias es la descripción cualitativa de las magnitudes de atenuación de ruido. Si un ruido se ha reducido de 8 a 2,6 sonios, es correcto decir que la intensidad de sensación sonora es aproximadamente un tercio de la inicial. Normalmente, esto es más significativo que decir que el ruido se ha reducido de 70 a 54 fonios, valores equivalentes a los anteriormente expresados. También se usan los sonios para estimar la reducción de intensidad en los problemas de comunicación cuando se escucha con uno o dos oídos. Cuando sólo se utiliza un oído, la magnitud de un sonido en sonios es la mitad de la que habría si se utilizasen los dos y, por tanto, se puede hallar el nivel de intensidad de sensación sonora adicional acudiendo a la figura 5.2. Ha habido una considerable especulación y experimentación por parte de los psicólogos para determinar si la escala en sonias es válida para la medida de las magnitudes de intensidad de sensación sonora, pero raramente se ha puesto en duda su utilidad como paso intermedio en el cálculo de los niveles de dicha intensidad.

119

EVALUACION DE LA INTENSIDAD DE SENSACION SONORA

Existen varios métodos para la evaluación de la intensidad de sensación de un ruido. Cada uno tiene sus ventajas e inconvenientes y ninguno es completamente satisfactorio para todas las aplicaciones. Los procedimientos aquí descritos deberán considerarse como una introducción a una materia cuyo desarrollo posterior deberá seguirse de cerca mediante la literatura apropiada. Estos procedimientos proporcionan medios de evaluación de la intensidad de sensación sonora, que tienen demostrada su utilidad en la ingeniería de reducción del ruido. Evaluciones mediante medidores de nivel sonoro

El estudio de este tipo de medidores se realiza en profundidad en los capítulos 16 y 17. Con estos instrumentos las medidas se hacen fácil y rápidamente y, para muchas aplicaciones, son preferibles a otros métodos más complicados. Un medidor de nivel sonoro se compone normalmente de un micrófono, un amplificador, unas redes de ponderación de frecuencias, un atenuador calibrado y un dispositivo indicador, como un cuadro de medida o un grabado (véase el Cap. 16). Este equipo está diseñado para medir algún aspecto de la presión sonora y, para ser útil como método de evaluación de la intensidad de sensación sonora, debe establecerse una correlación entre las dos magnitudes. Para muchos tipos de ruido, esta correlación se puede comprobar mediante pruebas realizadas con jurados de sonido, siendo en estos casos completamente satisfactorias las medidas hechas con medidores de nivel sonoro. Debe resaltarse que, para que los resultados sean fiables, la correlación se debe establecer para un tipo determinado de medidor aplicado a un tipo de ruido también determinado. En estas condiciones y debido a su simplicidad r se elige, generalmente, el método del medidor de presión sonora, siempre que la medida no requiera un análisis del ruido para determinar detalles del espectro de la intensidad de sensación. Mediciones mediante jurado de sonido

Todos los datos básicos de intensidad de sensación sonora derivan de las pruebas realizadas con jurados de sonido, en las que un grupo de personas escuchan primero un sonido y luego otro, decidiendo cuál de ellos tiene más intensidad. O bien, pueden tratar de ajustar la intensidad de un sonido hasta que tenga la misma intensidad que otro. Hay muchas formas de realizar la prueba, pero no se ha encontrado ningún método que ofrezca la precisión que sería de desear. La gente parece diferir enormemente en sus juicios sobre la intensidad de sensación de los sonidos, especialmente cuando éstos poseen cualidades diferentes. Para determinar la precisión de una prueba de opinión sobre la intensidad de sensación, se han empleado más de 100 observadores para formar un ju120

rado. La varianza depende en gran medida del parecido del sonido bajo prueba con el tono de referencia normalizado, pero, en general, la mayor parte de los ruidos tienen poca similitud con el tono de 1000 Hz. Puede esperarse que para la mayoría de los sonidos el error probable de una prueba realizada con un solo observador estará comprendida entre los ± 6 fonios. El error no se reduce demasiado haciendo un gran número de observaciones con el mismo observador, aunque se consigue alguna mejoría si las pruebas se realizan con intervalos de días o, mejor, de semanas. Para un jurado de diez personas, el error probable de la media será todavía de ± 2 fonios, que es la precisión con la que se realiza gran parte del trabajo básico sobre intensidad de sensación sonora. Para conseguir esta varianza tan pequeña, se deben tomar numerosas precauciones, a fin de que las opiniones sean independientes. Algunos observadores son influidos fácilmente por los resultados de pruebas previas, o por las opiniones de otros observadores. Es importante alternar el orden en el que un observador escucha el sonido desconocido y el tono de referencia y controlar la duración del período de escucha. Las pruebas deberían ser cortas para evitar la fatiga de los observadores, siendo deseable alguna forma de motivación, puesto que un trabajo de esta clase suele ser monótono. Obtención de la intensidad de sensación mediante cálculos

Se han efectuado medidas de intensidad de sensación sonora de muchos tipos de ruido mediante jurados de sonido, habiéndose encontrado que los resultados están relacionados con el espectro de presión sonora. Sobre esta base, se han desarrollado varios métodos para calcular la intensidad de sensación de un sonido cuando se conoce dicho espectro. Según el método que se emplee, habrá diferencias en el valor de intensidad de sensación de un sonido obtenido a partir del espectro de un ruido determinado. Sin embargo, si se reduce el nivel del espectro por la aplicación de técnicas de atenuación del ruido, los porcentajes de reducción de la intensidad de sensación calculados por los diferentes métodos son mucho más acordes que sus magnitudes absolutas. La elección del método que se use para calcular la intensidad de sensación depende, en gran medida, de la forma en que se presenten los datos de partida y, por consiguiente, del equipo a disposición del ingeniero; la elección dependerá también del propio espectro y de la precisión que se quiera obtener. Los ingenieros de control del ruido prefieren calcular normalmente la intensidad de sensación de un ruido a partir de medidas de presión sonora empleando filtros «pasobanda», en lugar de usar el largo y tedioso método del jurado de sonido, porque, además del ahorro de tiempo, el cálculo muestra qué parte del espectro sonoro aporta mayor contribución a la intensidad de sensación sonora. Si se tiene esta información, los pasos que se tomen para controlar el ruido pueden ir encaminados más directamente hacia la reducción de los componentes del ruido que sean más efectivos en la disminución de la intensidad de sensación. A causa de la falta de precisión en los datos básicos sobre intensidad de 121

sensaclOn, no es razonable esperar una gran precisión cuandlo se une un método de cálculo para obtener el nivel de intensidad de sensación de un ruido, siendo adecuado para muchas aplicaciones un cálculo sencillo, basado en aproximaciones prácticas. METODOS DE CALCULO DE LA INTENSIDAD DE SENSACION SONORA

Se van a describir los siguientes procedimientos para el cálculo de la intensidad de sensación. 1.

2. 3.

Método del tono equivalente. 2 ,3,4 Método del tono equivalente corregido: 19 Método del ruido equivalente. lB

El primer paso a dar en cualquier método es obtener un análisis fiable del sonido, usando los filtros pasobanda apropiados para medir el nivel de presión sonora del ruido cuya intensidad de sensación se va a evaluar, a lo largo de toda la escala de frecuencias audibles. El equipo y las técnicas que se usan para hacer estas medidas se describen en los capítulos 16 y 17. Para la mayoría de estas evaluaciones se han efectuado análisis de ruido en bandas de una octava. Frecuentemente, se pueden necesitar análisis más detallados. En este caso se pueden hacer análisis en badas de media o de un tercio de octava. Los procedimientos de cálculo aquí descritos se pueden aplicar con datos obtenidos mediante análisis en bandas de una, media, o un tercio de octava. SON/OS 130 120

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122

FIG. 5.3a. Diagrama para la conversión del nivel de presión sonora de un tono puro en decibelios a su correspondiente valor de intensidad en sonios.

Método del tono equivalente

La intensidad de sensación de un ruido se puede deducir de su análisis en bandas de una octava de la siguiente manera: Primero, se tabulan los niveles de presión sonora en cada octava. A continuación, se considera que el ruido de cada banda se puede reemplazar por un tono puro equivalente, que tenga una frecuencia correspondiente a la del centro de la banda y que se produzca el mismo nivel de presión sonora. La intensidad de sensación de cada uno PASO DE LAS BANDAS DE UNA OCTAVA EN Hz

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FIG. 5.3b. Diagrama para la conversión del nivel de presión sonora de una banda de ruido de una octava en la intensidad de sensación equivalente de esa banda expresada en sonios.

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100

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IODO FRECUENCIA EN H-

I

10.000

5.3c. Diagrama para la conversión del nivel de presión sonora de una banda de ruido de media octava en la intensidad de sensación equivalente de esa banda expresada en sonios. FIG.

de estos tonos puros se determina mediante los gráficos de la figura 5.3. Finalmente, la intensidad de sensación total del ruido se obtiene sumando las intensidades de cada uno de estos tonos de frecuencia única *. * El cálculo de la intensidad de sensación a partir del análisis en bandas de una octava de los niveles de presión sonora también se puede hacer con rapidez si se dis-

123

Por ejemplo, considérese el ruido cuyo espectro para bandas de una octava se representa mediante la curva (a) en la figura 5.4. Los niveles de presión en cada octava vienen dados en la tabla 5.1. Los valores correspondientes de intensidad de sensación se obtienen de la figura 5.3b. Obsérvese que el nivel de presión sonora del ruido en la primera octava (37,5 a 75 Hz) es de 96 db. Acudiendo a la figura 5.3b, se ve que el valor de intensidad de sensación correspondiente es de 21 sonios. El nivel de presión sonora para la segunda octava PASO DE LAS BANDAS DE UNA OCTAVA EN Hot

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o

o

o

~-~-~-g-g-~-~-g-g _ _ N • ~

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100

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1000

FIG. 5.4. Espectros de ruidos cuyos valores de intensidad de sensación se han calculado por diferentes métodos en las tablas 5.1 y 5.4. Los análisis de banda de una octava que se muestran son: (a) un espectro que tiene su energía predominantemente en la zona de baja frecuencia; (b) un espectro que tiene su energía predominantemente en la zona de alta frecuencia.

10.000

FRECUENCIA EN Hz

Tabla 5.1. Cálculo de la intensidad de sensación para bandas de una octava por el método del tono equiva.lente corregido, para un espectro que tenga su energía predominantemente en la zona de baja frecuencia. Véase la curva (a) de la figura 5.4

-

1

Intensidad Nivel de la Factor de de sensación intensidad octava, sin corregir, de sensación db sonios

Banda de frecuencias, Hz

Grupo núm.

--~-

-- - - -

-

Intensidad de sensación corregida, sonios I r

37,5-75 75-150 150-300

96 87 82

300-600 600-1200

75 65

I

----- - - - - - 2

Factor de corrección

21 18 20

1

1

21

O O

O O

1 O

O O

1

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1

3

1

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14 7

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3

1200-2400

55

4

2400-4800

45

3

1

2

1,5 -

-

5

4800-9600

40

Intensidad de sensación total, sonios

----

1 86

1,5

28,5

pone de la figura 5.3a en forma de transparencia, de manera que se pueda situar sobre los gráficos del análisis, como los de la figura 5.4.

124

(75 a 150 Hz) es de 87 db Y la intensidad de sensación correspondiente, 18 sonios. Los valores correspondientes a las bandas restantes se citan en la tabla 5.1. La intensidad de sensación total del ruido se obtiene sumando los valores correspondientes a las ocho bandas; en este ejemplo la suma es de 86 sonios. La simplicidad del método del tono equivalente de cada octava ha sido la causa de su amplia difusión. Sin embargo, tiene ciertas limitaciones, como se verá más adelante. La denominación «tono equivalente» procede del supuesto de que el nivel de presión sonora de una banda de una octava produce la misma intensidad de sensación que un tono único que tuviera una frecuencia igual a la central de la banda y el mismo nivel de presión sonora. La comparación de la figura S.3a con las líneas isosónicas de la figura 5.1 muestra que las gráficas de conversión de los niveles de presión sonora en bandas de una octava, en valores de intensidad de sensación, son realmente una representación de las líneas isosónicas. La única diferencia es la suavización de las curvas en la zona de frecuencias altas en la figura S.3a, que las hace aplicables a personas cuya edad sea de treinta a cuarenta años, oyendo en condiciones en las que los efectos de la difracción en la cabeza estén disminuidos, como pueden ser las condiciones dentro de una habitación en la que el campo sonoro sea difuso. Limitaciones del método del tono equivalente para bandas de una octava. Para cierto tipo de ruido este método está sujeto a errores, que, en algunas aplicaciones, son demasiado grandes para ser despreciados. Si el ruido tiene una componente en la primera octava, su intensidad de sensación puede variar hasta un 100 por 100 si la frecuencia de esta componente se desplaza de un lado a otro de la banda, como se puede ver en la figura 5.3a, aunque si se efectuasen cálculos no mostrarían cambio en dicha intensidad. La única manera de evitar este tipo de error es utilizar filtros de media octava de paso de banda, o incluso más estrechos, para determinar con mayor precisión la frecuencia de la componente. Hay otra fuente de error que se hace importante cuando las primeras dos o tres octavas contribuyen fuertemente a la intensidad de sensación, careciendo relativamente de importancia las restantes octavas. La intensidad de sensación total se sobreestima en estas condiciones. Por otro lado, la intensidad de sensación total se infravalora si la contribución fuerte es de las tres últimas octavas y la de las demás carece de importancia. Cualquier intento de corregir estos errores basado en consideraciones teóricas complica y alarga el método más de lo que justifican la mayoría de las aplicaciones. A continuación se proporciona un método de corrección adecuado en la mayoría de los casos y de fácil y rápida aplicación. Método del tono equivalente corregido (para bandas de una octava)

Se puede mejorar en gran medida la precisión del método del tono equivalente, descrito anteriormente, mediante el siguiente método de corrección (véanse las secciones siguientes para cálculos con bandas de media y de un tercio de octava): 1. Se miden y tabulan los niveles en cada octava del ruido cuya intensidad de sensación se quiere hallar.

125

2.

3. 4.

5.

6.

Se determinan los valores de intensidad de sensación, en sonios, correspondientes a cada octava. Esto se puede hacer encontrando la intensidad de sensación de un tono puro, cuya frecuencia sea la del centro de la banda y cuyo nivel sea igual al de la banda. Estos valores se pueden obtener mediante la figura 5.3b. A continuación, se clasifican las octavas en cinco grupos, según se indica en la tabla 5.1. Se asigna un «factor de intensidad de sensación» a cada valor de intensidad de sensación sin corregir, obtenido en el paso 2. (Mediante este factor se tienen en cuenta las diferencias en anchura de banda en «melsD de las distintas bandas de una octava.) Los factores de intensidad de sensación para las bandas del grupo 1 son O o 1; el factor 1 se asigna a la octava que tenga el mayor valor de intensidad de sensación y el O a las otras dos octavas. En el grupo 2, los factores se asignan de forma análoga. Los factores de intensidad de sensación de los grupos 3, 4 Y 5 (correspondientes a las bandas de 1200 a 2400 2400 a 4800 y 4800 a 9600 Hz) son 1, 1,5 Y 1,5, respectivamente (véase la tabla 5.1 como ejemplo). Posteriormente se asigna a cada octava un factor de corrección. (Mediante este factor se tiene en cuenta el efecto de enmascaramiento que una banda produce en otra, lo que reduce el valor total de intensidad de sensación.) Se examinan todas las bandas con un valor del factor de intensidad de sensación de 1 o 1,5 y se asigna a la banda con mayor intensidad el factor de corrección 1. Si hay dos o más bandas con el mismo valor máximo, se selecciona aquella de frecuencia más baja. Si la intensidad de sensación de esta banda es superior a 8 sonios, pero inferior a 35, se asigna un factor de corrección igual a O al grupo de frecuencias inmediatamente superior. Si la intensidad de sensación es igualo superior a los 35 sonios, se asigna un factor de corrección igual a O a los dos grupos siguientes de frecuencias superiores a las de la banda. Se examina el resto de las bandas que tengan factores de intensidad de ~~nsación 1 o 1,5 y se repite el proceso hasta que todos los grupos tengan asignado un factor de corrección, que puede ser 1 o O. En los casos en los que este proceso llevase a un cambio en los factores de corrección ya asignados, se conservaría el valor inicial. La intensidad de sensación total del ruido se obtiene sumando los valores corregidos de las intensidades correspondientes a las diferentes bandas; estos valores son, sencillamente, los valores sin corregir de cada banda, multiplicados por los respectivos factores de intensidad de sensación y de corrección.

En la tabla 5.1 se da un ejemplo de este método de cálculo de la intensidad de sensación, aplicado a un ruido cuyo espectro es el (a) de la figura 5.4. Aquí, la energía se concentra predominantemente en la región de baja frecuencia. En este ejemplo, la intensidad de sensación total total corregida es de 28,5 sonios. 126

Un cálculo similar de la intensidad de sensación del ruido cuyo espectro es el (b) de la misma figura lleva a un valor de 58 sonios. Método del tono equivalente corregido (para bandas de media octava) El cálculo de la intensidad de sensación de un ruido basado en medidas de niveles en bandas de media octava se efectúa aplicando un método similar al de la sección anterior, aunque la agrupación de los componentes sea diferente. 1. 2.

Se miden y tabulan para bandas de media octava los niveles del ruido cuya intensidad de sensación se va a calcular. Se determina el valor en sonios de la contribución a la intensidad de sensación «no corregida», correspondiente a cada banda de media octava. Esto se puede hacer averiguando la intensidad de sensación de un tono

Tabla 5.2.

Cálculo de la intensidad de sensaClOn para bandas de media octava por el

método del tono equivalente corregido, para un espectro que tenga su energía predominantemente en la zona de baja frecuencia. Véase la figura 5.5a

Grupo núm.

Banda de frecuencias, Hz

Nivel de las Intensidad bandas de sensación Factor de de media sin corregir, intensidad de sensación octava, db sonios

Factor de corrección

Intensidad de sensación corregida, sonios

37,5-53 53-75 75-106 106-150 150-212 212-300

96 91 86 83 80 77

18 15 15 16 16 15

1 O O O O O

1

18 O O O O O

300-425 425-600 600-850 850-1200

74 70 64 59

13 10 7 4

1 O O O

O

O O O O

1200-1700 1700-2400

54 50

3 2

1 O

1

4

2400-3400

44

2

1

1

2

5

3400-4800

41

2

1

1

2

6

4800-6800

38

1

1

1

1

7

'6800-9600

36

1

1

1

1

8

9600-13 600

34

O

1

1

O

1

2

3

Intensidad de sensación total, sonios

3 O

27

127

puro cuya frecuencia sea la central de la banda y cuyo nivel sea el mismo de la banda; estos valores se pueden obtener de la figura 5.3c. 3. Se clasifican las bandas de media octava en ocho grupos, como se indica en la tabla 5.2. 4.. Se asigna un factor de intensidad de sensación a cada valor de la misma sin corregir, obtenido en el paso 2. (Mediante este factor se tienen en cuenta las diferencias de anchura de banda en mels de las distintas bandas de media octava.) Los factores de intensidad para las bandas del grupo 1 son O o 1; el factor 1 se asigna a la media octava que tenga un valor mayor de intensidad de sensación, asignándose el factor O a las restantes medias octavas. En los grupos 2 y 3 los factores de intensidad de sensación se asignan de forma análoga: un 1 para la banda con más intensidad y un O para las restantes. Los factores de intensidad de sensación para el resto de los grupos valen todos la unidad. (Como ejemplo, véase la tabla 5.2.) 5. A continuación se asigna un factor de corrección a cada banda de media octava. (Mediante este factor se tiene en cuenta el efecto de enmascaramiento que una banda produce en otra, lo que reduce el valor total de intensidad de sensación.) Se examinan todas las bandas con un factor de intensidad de sensación igual a 1 y se asigna a la banda con mayor intensidad el factor de corrección 1. Si hay dos o' más bandas con el mismo valor máximo, se selecciona aquella de frecuencia más baja. Si la intensidad de sensación de esta banda es igual o superior a 8 sonios, PASO CE LAS BANDAS DE MEDIA OCTAVA EN HZ

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100 1000 FRECUENCIA EN tiZ

10.000

FIG. 5.5. Espectros de bandas de media octava para las fuentes de ruido, cuyos espectros de bandas de una octava se dan en la figura 5.4.

pero inferior a 35, se asigna un factor de corrección O al grupo de frecuencias inmediatamente superior. Si la intensidad de sensación es igual o superior a 35 sonios, se asigna un factor de corrección O a los dos grupos inmediatos de frecuencias superiores a las de la banda. Se examina el resto de las bandas que tengan factores de intensidad de sen-

128

sación 1 Y se repite el proceso hasta que todos los grupos tengan asignado un O o un 1 como factor de corrección. En los casos en los que lo anterior llevase a un cambio en los factores de corrección ya asignados, se conservaría el valor inicial. 6. La intensidad de sensación total del ruido se obtiene sumando los valores corregidos de las intensidades correspondientes a las diferentes bandas; estos valores son sencillamente los valores sin corregir de cada banda, multiplicados por los respectivos factores de intensidad de sensación y de corrección. En la tabla 5.2 se muestra un ejemplo de este método de cálculo de la intensidad de sensación, aplicado a un ruido cuyo espectro es el (a) de la figura 5.5. En este caso la intensidad de sensación total es de 27 sonios, que es aproximadamente la misma obtenida en la tabla 5.1, donde se medía el mismo ruido mediante filtros de una octava de anchura de banda. Método del tono equivalente corregido (para bandas de 1/3 de octava)

El cálculo de la intensidad de sensación de un ruido basado en las medidas de los niveles de bandas de 1/3 de octava es similar al método dado en la sección precedente, aunque el agrupamiento es diferente: Se miden y tabulan, para bandas de 1/3 de octava, los niveles del ruido cuya intensidad de sensación se va a calcular. 2. Se determina el valor en sonios de la contribución a la intensidad de sensación «no corregida», correspondiente a cada banda de 1/3 de octava. Esto se puede hacer averiguando la intensidad de sensación de un tono puro cuya frecuencia sea la central de la banda y cuyo nivel sea el mismo de la banda; estos valores se pueden obtener de la figura 5.3c. 3. Se clasifican las bandas de 1/3 de octava en 8 grupos, como se indica en la tabla 5.3. 4. Se asigna un factor de intensidad de sensación a cada valor de la misma sin corregir, obtenido en el paso 2. (Mediante este factor se tiene en cuenta las diferencias en anchura de banda en mels de las distintas bandas de 1/3 de octava.) Los factores de intensidad para las bandas del grupo 1 son O o 1; el factor 1 se asigna a la banda de 1/3 de octava que tenga un valor mayor de intensidad de sensación, asignándose el factor O a las restantes bandas del grupo. En los restantes grupos los factores de intensidad se asignan de manera semejante: un 1 para la banda con mayor intensidad y un O para las otras (como ejemplo, véase la tabla 5.3). 5. A continuación se asigna un factor de corrección a cada banda de 1/3 de octava. (Mediante este factor se tiene en cuenta el efecto de enmascaramiento que una banda produce en otra, lo que reduce el valor total de la intensidad de sensación.) Se examinan todas las bandas con un factor de intensidad de sensación igual a 1 y se asigna a la 1.

129 9

Tabla 5.3. Cálculo de la intensidad de sensación para bandas de 113 de octava por el método del tono equivalente corregido, para un espectro que tenga su energía predominantemente en la zona de baja frecuencia. Véase la figura 5.6a

Grupo núm.

Frecuencia del centro de la banda, Hz

Nivel de la Intensidad Factor de banda de sensación intensidad de 1/3 de sin corregir, de sensación sonios octava, db

40 50 63 80 . 100 125 160 200

95 92 89 86 83 81 79 78

250 315 400 500

75 73 71 68

630 800 1000

4

1

13

14 14 14 14 14 14 14

O 1 O O

Factor de corrección

1

O

O O

O

Intensidad de sensación corregida, sonios

O 14 O O O O O O --

O

9

1 O O O

O O O O

64 61 57

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1 O O

1

7 O O

1250 1600

54 51

3 2

1 O

1

3 O

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2000 2500

48 45

2 2

1 O

1

2 O

6

3150 4000

41 39

1 1

1 O

1

1 O

7

5000 6300

37 36

1

1 O

1

1

8000 10000

34 32

O O

1

O

O

2

3

8

Intensidad de sensación total, sonios

13

12 II

1

O O O 28

banda con mayor intensidad el factor de corrección 1. Si hay dos o más bandas con el mismo valor máximo, se selecciona aquella de frecuencia más baja. Si la intensidad de sensación de esta banda es igualo superior a 8 sonios, peor inferior a 35, se asigna un factor de corrección O al grupo de frecuencias inmediatamente superior. Si la intensidad de sensación es igualo superior a 35 sonios, se asigna un factor de corrección O a los dos grupos inmediatos de frecuencias superiores a la de la banda. 'Se 'examina el resto de las bandas con factores de intensidad de sensación 1 y se repite el proceso hasta que todos los grupos tengan asig130

. nado un O o un 1 como factor de correCClOn. En los casos en que lo anterior llevase a un cambio en los factores de corrección ya asignados, se conservaría el valor inicial. 6. La intensidad de sensación total del ruido se obtiene sumando los valores corregidos de las intensidades correspondientes a las diferentes bandas; estos valores son sencillamente los valores sin corregir de cada banda, multiplicados por los respectivos factores de inte~sidad de sensación y de corrección. En la tabla 5.3 se muestra un ejempl() de este método de cálculo de la intensidad de sensación, aplicado a un ruido cuyo espectro es el (a) de la figura 5.6. Obsérvese que este espectro es el del mismo ruido cuyos espectros para NUMERO DE BANDA

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5.6. Espectros de bandas de un tercio de octava para las fuentes de ruido, cuyos espectros de bandas de una octava se dan en la figura 5.3. FIG.

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1000 FRECUENCIA EN HZ

10,000

bandas de una y de media octava se muestran en las figuras 5.4 y 5.5. Hay una gran similitud en los valores de intensidad de sensación obtenidos en las tablas 5.1, 5.2 Y 5.3. Método del ruido equivalente

Otro método de cálculo de la intensidad de sensación se basa en las medidas de intensidad de sensación de bandas de ruido. l8 Los resultados de estas medidas se dibujan en las figuras 5.7 a 5.9, en las que figura la intensidad de sensación como una función del nivel de presión sonora en bandas de una octava, media octava y un tercio de octava, respectivamente. El procedimiento es aplicable a espectros relativamente continuos en frecuencia y sin interrupciones en el tiempo. Este método no varía esencialmente para el cálculo de la intensidad de sensación de ruidos cuyo análisis se presente en bandas de una octava, media octava o un tercio de octava. Consta de los siguientes pasos: 1. Se tabulan los niveles de presión sonora correspondientes a las diferentes bandas. '

131

2.

Se halla la intensidad de sensaClOn de cada banda mediante las figuras 5.7, 5.8 o 5.9, según los datos tabulados sean para bandas de una, media o un tercio de octava. 3. La intensidad de sensación de la banda con mayor número de sonias se deja invariable (o lo que es lo mismo, se multiplica por un factor de lOO

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FUNCIONES OE INTENSIDAD DE SENSACION PARA BANDAS DE MEDIA OCTAVA' (PARA CAMPOS SONOROS DIFUSOS'

Cf)

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60

70

80

90

100

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NIVEL DE PRESION ACUSTlCA EN BANDAS DE UNA OCTAVA EN De. PRESION DE REFERENCIA O.OOOZ MICROBARIAS

Diagrama para usar en el cálculo de la intensidad de sensación por el método del Ruido Equivalente. Este diagrama muestra la intensidad de sensación de cada octava en función del nivel de presión sonora de la banda. Estos datos se presentan en forma de nomograma en la figura 5.7b. (Stevens,18)

FIG. 5.7a.

corrección igual a 1). Los valores de intensidad de sensación de las restantes bandas se multiplican por un factor de corrección igual a 0,3, 0,2 o 0,15, según los datos tabulados sean para bandas de una, media o un tercio de octava, respectivamente. 4. La intensidad de sensación total de ruido es la suma de los valores de las intensidades de sensación de las distintas bandas, multiplicados por los respectivos factores de corrección. En la tabla 5.4 se da un ejemplo de aplicación del método del ruido equivalente, para un ruido cuyo espectro es el (a) de la figura 5.4. Este ruido tiene su energía predominantemente en la zona de frecuencias bajas. La intensidad de sensación total calculada mediante este método es de 44 sonios. 132

POR DEBAJO DE 7~

120-

75

150

130

200

150 500

100

100

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100

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20 POR DEBAJO

DE 75

75 150

150 300

300 600

600 1200

0.5 1200 2400

2400 4800

0.6 4800

9600

BANDAS DE UNA OCTAVA EN CICLOS POR SEGUNDO

FIG. 5.7b. Nomogramas para el cálculo de la intensidad de sensación por el método del Ruido Equivalente. Mediante cada nomograma se determina la intensidad de sensación de cada octava. A continuación se multiplican todos los valores, excepto el más alto, por un factor de corrección de 0,30; el factor de corrección para el valor de la intensidad de sensación de la banda que lo tenga más alto es 1,0. La intensidad de sensación total se calcula sumando los valores de intensidad de sensación de las distintas bandas, multiplicados por sus respectivos factores de corrección. (S. S. Stevenson,18)

133

I

Tabla 5.4. Ejemplo de cálculo de intensidad de sensacwn por el método del ruido equivalente. Estos cálculos se efectúan para un ruido cuyo espectro es la curva (a) de la figura 5.4 Frecuencias de la banda,

Nivel de la banda, db

Hz

---

Intensidad de sensación sin corregir, sonios

Factor de corrección

25 18 18 12 6 4 3 2

1,0 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3

Intensidad de sensación corregida, sonios

--

37,5-75 75-150 150-300 300-600 600-1200 1200-2400 2400-4800 4800-9600

96 87 82 75 65 55 45 40

25 5 5 4 2

1 1 1

Intensidad de sensación total, sonios

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SENS~CI6N

INTENSIDAD DE PARA BANDAS DE MEDIA OCTAVA (PARA CAMPOS SONOROS DIFUSOS)

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40

50

60

70

80

90

100

110

NIVEL DE PRESION ACUSTICA EN BANDAS DE MEDIA OCTAVA EN 08, PRESION DE REFERENCIA 0.0002 MICROBARIAS

FIG. 5.8. Diagrama para usar en el cálculo de la intensidad de sensación por el método del Ruido Equivalente cuando el análisis del ruido se da en función de los niveles de presión sonora en bandas de media octava. La intensidad de sensación de estas bandas se da en función de los niveles de las bandas de media octava. (Véase el texto: S. S. Stevens,18)

134

Si se hiciesen cálculos semejantes para el ruido (b) de la misma figura, se obtendría una intensidad de sensación de 55 sonios. A continuación se detallan por separado, para mayor claridad, los pasos a seguir para el cálculo de la intensidad de sensación por el método del ruido equivalente, para datos procedentes de análisis en bandas de una, media y un tercio de octava. Cálculos para bandas de una octava: 1.

2.

Se tabulan los niveles de presión sonora para cada una de las ocho bandas de una octava. Se determina el valor de la intensidad de sensación de cada octava mediante la figura 5.7b y se introducen estos valores en la tabla.

w o o

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g

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I

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z

W

1~

0.3 0.2

10

100

110

FIG. 5.9.

Diagrama para usar en el cálculo de la intensidad de sensación por el método del Ruido Equivalente cuando el análisis del ruido se da en función de los niveles de presión sonora en bandas de un tercio de octava. La intensidad de sensación de estas bandas se da en función de los niveles de las bandas de un tercio de octava. (Véase el texto: S. S. Stevens,18)

3.

4.

Se examinan los valores de intensidad de sensación obtenidos en (2) y se determina la banda que tiene el valor más alto. Este valor se deja invariable (es decir, se multiplica por un factor de corrección de 1). Se multiplican los valores de intensidad de sensación de las restantes bandas por un factor de corrección igual a 0,3. 135

5.

Finalmente se obtiene la suma de los valores de intensidad de sensación de las distintas bandas, multiplicados por sus respectivos factores de corrección. Esta suma es la intensidad de sensación total del ruido.

Cálculos para bandas de media octava: 1. 2. 3.

4. 5.

Se tabulan los niveles de presión sonora para cada una de las 16 bandas de media octava. Se determina el valor de la intensidad de sensación de cada media octava mediante la figura 5.8 y se introducen estos valores en la tabla. Se examinan los valores de intensidad de sensación obtenidos en (2) y se determina la banda que tiene el valor más alto. Este valor se deja invariable (es decir, se multiplica por un factor de corrección de 1). Se multiplican los valores de intensidad de sensación de las restantes bandas por un factor de corrección igual a 0,2. Finalmente se obtiene la suma de los valores de intensidad de sensación de las distintas bandas, multiplicados por sus respectivos factores de corrección. Esta suma es la intensidad de sensación total del ruido.

Cálculos para bandas de un tercio de octava: 1. 2. 3.

4. 5.

Se tabulan los niveles de presión sonora para cada una de las 20 bandas de un tercio de octava. Se determina el valor de la intensidad de sensación de cada tercio de octava mediante la figura 5.9 y se introducen estos valores en la tabla. Se examinan los valores de intensidad de sensación obtenidos en (2) y se determina la banda que tiene el valor más alto. Este valor se deja invariable (es decir, se multiplica por un factor de corrección de 1). Se multiplican los valores de intensidad de sensación de las restantes bandas por un factor de corrección igual a 0,15. Finalmente se obtiene la suma de los valores de intensidad de sensación de las distintas bandas, multiplicados por sus respectivos factores de corrección. Esta suma es la intensidad de sensación total del ruido.

SONIDOS DE CORTA DURACION

Algunos sonidos, como los golpes de un martillo, las pisadas y el ruido de ciertas máquinas, como las prensas, son de tan corta duración que los métodos ordinarios de análisis de sonido no son adecuados para la obtención de un espectro de frecuencias. Tampoco se pueden usar los métodos convencionales de cálculo de intensidad de sensación. En el capítulo 16 se ofrece una exposición de los métodos de medida de sonidos de corta duración. Las mediciones de sonidos cortos hechas con medidores de sonido tienen una gran utilidad, aunque los valores absolutos pueden discrepar, en mayor o menor grado, de las mediciones hechas con jurados de sonido. Cuando la 136

constante de tiempo del dispositivo es del orden de 50 a 100 mseg, las lecturas de los medidores se pueden tomar como una estimación de la intensidad de sensación antes y después del tratamiento de reducción del ruido, siempre que las mediciones se hagan sobre el mismo tipo de sonidos. Para sonidos con características completamente diferentes respecto al oído, debe contemplarse con recelo el uso de medidores de nivel sonoro para la evaluación de la intensidad de sensación hasta que se verifique su utilidad mediante mediciones con jurados de sonido. Mediciones de sonidos de corta duración mediante jurados de sonido

Cuando una persona compara la intensidad de sensación de una muestra de larga duración de un sonido con la de una muestra de corta duración del mismo sonido, la última aparenta ser menor, siempre que la duración de la muestra sea menor que 0,2 seg. La máxima intensidad de sensación se produce cuando la duración de la muestra es alrededor de 0,5 seg, aunque la variación entre 0,2 y 0,5 seg es muy pequeña. La intensidad de sensación de muestras mayores que 1 seg, disminuye lentamente a causa de la fatiga del oído. Las mediciones de sonidos constantes con jurados de sonido se hacen frecuentemente mediante exposiciones de 1 seg de duración al sonido de referencia y al desconocido, alternativamente. A causa de la gran diferencia entre las duraciones es difícil la comparación de los sonidos de corta duración con los de referencia de 1 seg. Puesto que la intensidad de sensación del sonido de referencia no cambia demasiado cuando se reduce su duración a 0,2 seg, es preferible utilizar este último valor. La complejidad de las pruebas con jurados de sonido en el caso de ruidos de corta duración, ha estimulado la búsqueda de métodos alternativos de evaluación de la intensidad de sensación de este tipo de sonidos. Un método, actualmente en investigación, se basa en el uso de ruidos de energía distribuida que enmascaren el sonido de corta duración 20 • Se introduce en el campo sonoro una fuente de ruido calibrada, con un nivel suficiente para que no pueda oírse dicho sonido. El nivel del ruido de enmascaramiento se considera una medida del sonido desconocido.

EFECTO DE ENMASCARAMIENTO DEL RUIDO

Se dice que el sonido es enmascarado por el ruido, cuando éste es tan alto que evita que una persona oiga cualquier otro sonido. Bajo ciertas condiciones, se puede predecir el efecto de enmascaramiento de un ruido si se conoce el nivel de su espectro de presión sonora. Enmascaramiento de tonos por el ruido

Un tono puro de baja frecuencia debe ser al menos de 14 a 18 db mayor que el nivel del espectro de presión sonora de un ruido antes de que se pueda oír por encima del mismo. A altas frecuencias la diferencia es aún mayor, 137

como puede verse en la figura 5.10. La curva a muestra el valor en el que el tono debe exceder al nivel del espectro de presión sonora para empezar a ser audible. Las curvas b, e y d muestran el valor en el que el tono debe exceder a los niveles de banda, para bandas de ruido de una octava, media octava y un tercio de octava, respectivamente, para empezar a ser audible. Para niveles muy altos y muy bajos, la diferencia es mayor que la que se muestra, pero, a:: CflW

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FIG. 5.10.

Gráfico que muestra el número de decibelios que debe alcanzar un tono puro en presencia de un ruido sobre el nivel del mismo para empezar a ser audible. La curva superior muestra el valor en el que el tono debe superar al nivel del espectro para empezar a ser audible. También se dan curvas que muestran el valor en el que el tono debe superar a los niveles de las distintas bandas antes de empezar a ser audible. (Véase el texto.)

para la mayoría de las aplicaciones, los valores indicados son suficientemente fiables. Como ejemplo del uso de la curva de enmascaramiento, considérese un tono puro de 200 Hz que esté enmascarado por un ruido. Si el nivel del espectro de presión sonora del ruido a 200 Hz es de 70 db, el tono debe tener un nivel de presión sonora de 70 + 14 = 84 db para que empiece a oírse por encima del ruido. En la figura 5.3a, se muestra que, un tono de 200 Hz a un nivel de presión sonora de 84 db, tendría, normalmente, una intensidad de sensación de 24 sonios, pero en este caso apenas es audible, a causa de su enmascaramiento por el ruido. Sin embargo, elevando sólo 15 db el nivel del tono, de 84 a 99, se produce un gran cambio en la intensidad de sensación. A 99 db, la intensidad de sensación es de 60 sonios, sin enmascaramiento, y de 60 - 24 = 36 sonios, teniendo en cuenta el mismo. Este crecimiento rápido de la intensidad de sensación es típico de los sonidos enmascarados; de aquí la observación de que el enmascaramiento de un sonido no deseado no es efectivo, a no ser que sea casi completo. Así, ocurre que, en ciertos tipos de problemas de reducción de ruido, en los que un tono puro debe ser enmascarado mediante un ruido, para que sea efectiva la reducción, es necesario que el ruido tenga un nivel suficientemente alto para enmascarar totalmente el tono; un enmascaramiento parcial no proporciona normalmente una reducción significativa de la intensidad de sensación del tono.

138

Enmascaramiento del ruido mediante otros ruidos

Un ruido de características molestas, como el golpeteo de los platos o el chirrido de los frenos, se puede enmascarar mediante sonidos más aceptables, como el ruido suave de un ventilador. Cuando no existen tonos predominantes de frecuencia única, se consigue normalmente un enmascaramiento satisfactorio cuando el nivel del espectro de presión sonora del ruido no deseado no excede al nivel del espectro del sonido superpuesto. MODELOS DE INTENSIDAD DE SENSACION

Cuando un sonido incide sobre el oído, las vibraciones del tímpano son conducidas hasta el oído interno, donde los nervios, que comunican con el cerebro, están distribuidos a lo largo de un tabique flexible, llamado membrana basilar (véase el Cap. 4). Las vibraciones estimulan estas terminaciones nerviosas e inician un gran número de pulsaciones de energía electroquímica de corta duración, que viajan, a través de los nervios, hasta el sistema

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d

FIG. 5.11.

Relación entre el tono en mels y la frecuencia en Hz. (Según la referencia 6.)

nervioso central. Las terminaciones nerviosas del oído se extienden a lo largo de toda la membrana basilar, siendo ésta de características tales que las frecuencias altas producen pulsaciones en los nervios situados en el extremo próximo a la entrada del oído interno, mientras que las bajas frecuencias activan las terminaciones nerviosas del extremo contrario. Un tono puro de muy bajo nivel estimula las terminaciones nerviosas de un área localizada, pero cuando el nivel del tono se incrementa, el área se extiende, de forma que son afectados nuevos nervios, a la vez que se incrementa el grado de pulsación de las fibras nerviosas estimuladas inicialmente. Existe evidencia de que el efecto de difusión es mayor para las frecuencias bajas que para las altas. Esto se estima que constituye un factor importante en el rápido incremento de la intensidad de sensación de las frecuencias bajas al aumentar el nivel de la presión sonora. 139

Puesto que los pulsos que alcanzan el cerebro cuando se oye un ruido no se originan en un nervio único, sino que proceden de múltiples terminaciones nerviosas distribuidas espacialmente a lo largo de la membrana basilar, parece razonable suponer, que la intensidad de sensación percibida es una función integral de todos los pulsos. Aunque no se ha encontrado ninguna prueba concluyente, es significativo que todos los métodos utilizados para el cálculo de la intensidad de sensación se han basado en un procedimiento de integración. Esta hipótesis se puede expresar analíticamente mediante la ecuación N=f dN dn dn

(5.2)

en donde N es la intensidad de sensación de un sonido, dN/dn es la contribución a la intensidad de sensación de un pequeño elemento de la escala de frecuencias y dn es la anchura de banda de dicho elemento, en una escala proporcional al número de terminaciones nerviosas en él incluidas. La escala mels

El tono se puede definir como el aspecto de la sensaClOn acústica en función del cual se pueden ordenar los sonidos en una escala que vaya de los «bajos» a los (caltos». Aunque sea fundamentalmente una función de la frecuencia del sonido, también depende del nivel de presión y de la composición del mismo. La escala que se emplea para ordenar los sonidos en función del tono es la «escala mel». Está relacionada con la frecuencia por la curva que se muestra en la figura 5.11. La unidad de tono se llama mel; esta escala subjetiva tiene la propiedad de ser directamente proporcional a la sensación de tono. Un tono de 2000 mel aparenta doblar la altura de otro de 1000 mel. Aparentemente, la altura en mels es aproximadamente proporcional al número de fibras nerviosas contenidas en la membrana basilar entre el punto de máxima estimulación por el tono y el apéndice final del caracol. Por consiguiente, el tono puede expresarse en función de n en la ecuación 5.2. Modelos de intensidad de sensación

Según se indica en la ecuación 5.2, dN/dn es la contribución a la intensidad de sensación de un pequeño elemento de la escala de frecuencias. Por esto, se llama modelo de intensidad de sensación a la representación gráfica de dN/dn en función de la frecuencia; puesto que la frecuencia y el tono están relacionados por la curva de la figura 5.11, un modelo de intensidad de sensación también puede representarse como la relación gráfica entre la densidad de intensidad de sensación dN/dn y el tono n. La figura 5.12a, que da el modelo de intensidad de sensación para un tono de 1000 Hz, con un nivel de intensidad de sensación de 70 fonios, es un ejemplo de esta relación. Puesto que N es la intensidad de sensación total, se puede obtener integrando el área situada por debajo de la curva. 140

FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

I

g

o o It) II

11

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

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FIG. 5.12. (a) Modelo de intensidad de sensación para un tono de 1000 Hz con un nivel de intensidad de sensación de 70 fonios. (b) Modelo de intensidad de sensación para dos tonos de 1000 Hz y 4000 Hz, respectivamente, teniendo ambos un nivel de intensidad de sensación de 70 fonios. (e) Modelo de intensidad de sensación para dos tonos de 1000 Hz y 1500 Hz, respectivamente, teniendo ambos un nivel de intensidad de sensación de 70 fonios. (Véase el texto.)

La figura 5.12b muestra los modelo~ de intensidad de sensación para dos tonos puros, uno de 1000 Hz y el otro de 4000 Hz, teniendo ambos un nivel de intensidad de sensación de 70 fonios. La intensidad de sensación total si ambos sonasen simultáneamente, vendría dada por la ecuación 5.2, y sería, simplemente, la suma de las áreas situadas bajo ambas curvas. La figura 5.12c muestra los modelos de intensidad de sensación cuando el segundo tono tiene una frecuencia de 1500 Hz. Puede observarse que las curvas se solapan. La suma de las áreas situadas bajo cada curva por separado sería, por consiguiente, algo mayor que la que habría al sonar ambos tonos simultáneamente. Por esta razón, cualquier técnica de cálculo de intensidad de sensación que se base esencialmente en un procedimiento de integración, debe emplear un factor de corrección para evitar sumar dos veces la misma área. Puesto que el «método del tono eq·uivalente» de cálculo de intensidad de sensación, descrito anteriormente, emplea, en efecto, un proceso de integración, se necesita un factor de corrección si se desea obtener una fiabilidad elevada en los cálculos. REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. S. 9. 10.

11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. lS. 19. 20.

142

Fletcher, H., y W. A. Munson: ¡. Acoust. Soco Amer., 5: 82 (1933). King, A. J.: Engineering, 146: 199 (193S). Beranek, L. L., J. L. Marshall, A. L. Cudworth y A. P. G. Peterson: ¡. Acoust. Soco Amer., 23: 261 (1951). Mintz, F., y F. G. Tyzzer: ¡. Acoust. Soco Amer. 24: SO (1952). Fletcher, H., y W. A. Munson: ¡. Acoust. Soco Amer., 9: 1 (1937). Stevens, S. S., y J. Volkmann: Am. ¡. Psychol., 53: 329 (1940). Munson, W. A., y M. B. Gardner: ¡. Acoust. Soco Amer., 22: 177 (1950). Churcher, B. G., y A. J. King: ¡. Inst. Elec. Engrs. (London), 81: 57 (1937). Gamer, W. R.: ¡. Acoust. Soco Amer., 26: 73 (1954). King, A. J., R. W. Guelke, C. R. Maguire y R. A. Scott: ¡. Inst. Elec. Engrs. (London), 88: 3 (1941). Pollack, 1. J.: ¡. Acoust. Soco Amer., 23: 654 (1951). Robinson, D. W.: Acustica, 3: 344 (1953). Geiger, P. H., Y F. A. Firestone: ¡. Acoust. Soco Amer., 5: 25 (1933). Ham, L. B., y J. S. Parkinson: ¡. Acoust. Soco Amer., 3: 511 (1932). Davis, A. H.: ¡. Inst. Elec. Engrs. (London), 83: 249 (193S). Robinson, D. W., y R. S. Dadson: Brit. ¡. Appl. Phys., 7: 166 (1956). Quietzsch, G.: Akust. Beih., 1: 49 (1955). Stevens, S. S.: ¡. Acoust. Soco Amer., 28: S07 (1956). Munson, W. A. (no publicado). Hardy, H. C., F. G. Tyzzer, y H. H. Hall: ¡. Acoust. Soco Amer., 27: 1003 (1955).

Apéndice 5.1

Tabla de relación entre el nivel de intensidad de sensación en fonios y la intensidad de sensación en sonios. Está basada en la ecuación (5.1) *. Nivel de intensidad de sensación

I

I I

~I

°

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

° 1 2 3 4

0,062 0,067 0,072 0,077 0,082

0,063 0,067 0,072 0,077 0,083

0,063 0,068 0,073 0,078 0,084

0,064 0,068 0,073 0,079 0,084

0,064 0,069 0,074 0,079 0,085

0,065 0,069 0,074 0,080 0,085

0,065 0,070 0,075 0,080 0,086

0,066 0,070 0,075 0,081 0,087

5 6 7 8 9

0,088 0,095 0,102 0,109 0,117

0,089 0,095 0,102 0,110 0.117

0,090 0,096 0,103 0,110 0,118

0,090 0,097 0,104 0,111 0,119

0,091 0,097 0,104 0,112 0,120

0,092 0,098 0,105 0,113 0,121

0,092 0,099 0,106 0,113 0,122

0,093 0,099 0,107 0,114 0,122

0,093 0,094 0,100 . 0,101 0,107 0,108 0,115 0,116 0,123 0,124

10 11 12 14

0,125 0,134 0,144 0,154 0,165

0,126 0,135 0,145 0,155 0,166

0,127 0,136 0,146 0,156 0,167

0,128 0,137 0,147 0,157 0,168

0,129 0,138 0,148 0,158 0,170

0,129 0,139 0,149 0,159 0,171

0,130 0,140 0,150 0,160 0,172

0,131 0,141 0,151 0,162 0,173

0,132 0,142 0,152 0,163 0,174

0,133 0,143 0,153 0,164 0,176

15 16 17 18 19

0,177 0,189 0,203 0,218 0,233

0,178 0,191 0,204 0,219 0,235

0,179 0,192 0,206 0,221 0,237

0,180 0,193 0,207 0,222 0,238

0,182 0,195 0,209 0,224 0,240

0,183 0,196 0,210 0,225 0,241

0,184 0,198 0,212 0,227 0,243

0,186 0,199 0,213 0,228 0,245

0,187 0,200 0,215 0,230 0,247

0,188 0,202 0,216 0,232 0,248

20 21 22 23 24

0,250 0,268 0,287 0,308 0,330

0,251 0,270 0,289 0,310 0,332

0,253 0,272 0,291 0,312 0,334

0,255 0,274 0,293 0,314 0,337

0,257 0,275 0,295 0,316 0,339

0,259 0,277 0,297 0,319 0,342

0,261 0,279 0,299 0,321 0,344

0,262 0,281 0,301 0,323 0,346

0,264 0,283 0,304 0,325 0,349

0,266 0,285 0,306 0,328 0,351

25 26 27 28 29

0,354 0,379 0,406 0,435 0,467

0,356 0,382 0,409 0,438 0,470

0,358 0,384 0,412 0,441 0,473

0,361 0,387 0,415 0,444 0,476

0,363 0,390 0,418 0,448 0,480

0,366 0,392 0,420 0,451 0,483

0,369 0,395 0,423 0,454 0,486

0,371 0,398 0,426 0,457 0,490

0,374 0,401 0,429 0,460 0,493

0,376 0,403 0,432 0,463 0,497

30 31 32 33 34,

0,500 0,536 0,574 0,616 0,660

0,503 0,540 0,578 0,620 0,664

0,507 0,543 0,582 0,624 0,669

0,511 0,547 0,586 0,629 0,674

0,514 0,551 0,590 0,633 0,678

0,518 0,555 0,595 0,637 0,683

0,521 0,559 0,599 0,642 0,688

0,525 0,563 0,603 0,646 0,693

0,529 0,566 Q,607 0,651 0,697

0,532 0,570 0,611 0,655 0,702

35 36 37 38 39

0,707 0,758 0,812 0,871 0,933

0,712 0,763 0,818 0,877 0,940

0,717 0,768 0,824 0,883 0,946

0,722 0,774 0,829 0,889 0,953

0,727 0,779 0,835 0,895 0,959

0,732 0,785 0,841 0,901 0,966

0,737 0,790 0,847 0,908 0,973

0,742 0,796 0,853 0,914 0,979

0,747 0,801 0,859 0,920 0,986

0,753 0,807 0,865 0,927 0,993

13

0,066 0,071 0,076 0,081 0,087

0,9

0,067 0,071 0,076 0,082 0,088

I

* Calculada por S. S. Stevens, ref. 18.

i43

Apéndice 5.1.

I

Nivel de intensidad de sensación

0,9 0,7 0,8 0,5 0,6 I - - - -- - - -- - - -- - - -- 0,1

0,2

0,3

0,4

1,00 1,07 1,15 1,23 1,32

1,01 1,08 1,16 1,24 1,33

1,01 1,09 1,16 1,25 1,34

1,02 1,09 1,17 1,26 1,35

1,03 1,10 1,18 1,27 1,36

1,04 1,11 1,19 1,27 1,37

1,04 1,12 1,20 1,28 1,38

1,05 1,13 1,21 1,29 1,39

1,06 1,13 1,21 1,30 1,39

1,06 1,14 1,22 1,31 1,40

45 46 47 48 49

1,41 1,52 1,62 1,74 1,87

1,42 1,53 1,64 1,75 1,88

1,43 1,54 1,65 1,77 1,89

1,44 1,55 1,66 1,78 1,91

1,45 1,56 1,67 1,79 1,92

1,46 1,57 1,68 1,80 1,93

1,47 1,58 1,69 1,82 1,95

1,48 1,59 1,71 1,83 1,96

1,49 1,60 1,72 1,84 1,97

1,51 1,61 1,73 1,85 1,99

50 51 52 53 54

2,00 2,14 2,30 2,46 2,64

2,01 2,16 2,31 2,48 2,66

2,03 2,17 2,33 2,50 2,68

2,04 2.19 2,35 2,51 2,69

2,06 2,20 2,36 2,53 2,71

2,07 2,22 2,38 2,55 2,73

2,08 2,23 2,39 2,57 2,75

2,10 2,25 2,41 2,58 2,77

2,11 2,27 2,43 2,60 2,79

2,13 2,28 2,45 2,62 2,81

55 56 57 58 59

2,83 3,03 3,25 3,48 3,73

2,85 3,05 3,27 3,51 3,76

2,87 3,07 3,29 3,53 3,78

2,89 3,10 3,32 3,56 3,81

2,91 3,12 3,34 3,58 3,84

2,93 3,14 3,36 3,60 3,86

2,95 3,16 3,39 3,63 3,89

2,97 3,18 3,41 3,66 3,92

2,99 3,10 3,43 3,68 3,94

3,01 3,23 3,46 3,71 3,97

60 61 62 63 64

4,00 4,29 4,59 4,92 5,28

4,03 4,32 4,63 4,96

?,31

4,06 4,35 4,66 4,99 5,35

4,08 4,38 4,69 5,03 5,39

4,11 4,41 4,72 5,06 5,43

4,14 4,44 4,76 5,10 5,46

4,17 4,47 4,79 5,13 5,50

4,20 4,50 4,82 5,17 5,54

4,23 4,53 4,86 5,21 5,58

4,26 4,56 4,89 5,24 5,62

65 66 67 68 69

5,66 6,06 6,50 6,96 7,46

5,70 6,11 6,54 7,01 7,52

5,73 6,15 6,59 7,06 7,57

5,78 6,19 6,63 7,11 7,62

5,82 6,23 6,68 7,16 7,67

5,86 6,28 6,73 7,21 7,73

5,90 6,32 6,77 7,26 7,78

5,94 6,36 6,82 7,31 7,84

5,98 6,41 6,87 7,36 7,89

6,02 6,45 6,92 7,41 7,94

70 71 72 73 74

8,00 8,57 9,19 9,85 10,6

8,06 8,63 9,25 9,92 10,6

8,11 8,69 9,32 9,98 10,7

8,17 8,75 9,38 10,1 10,8

8,22 8,82 9,45 10,1 10,9

8,28 8,88 9,51 10,2 10,9

8,34 8,94 9,58 10,3 11,0

8,40 9,00 9,65 10,3 11,1

8,46 9,06 9,71 10,4 11,2

8,51 9,13 9,78 10,5 11,2

75 76 77 78 79

11,3 12,1 13,0 13,9 14,9

11,4 12,2 13,1 14,0 15,0

11,5 12,3 13,2 14,1 15,1

11,6 12,4 13,3 14,2 15,2

11,6 12,5 13,4 14,3 15,3

11,7 12,6 13,5 14,4 15,5

11,8 12,6 13,5 14,5 15,6

11,9 12,7 13,6 14,6 15,7

12,0 12,8 13,7 14,7 15,8

12,0 12,9 13,8 14,8 15,9

40 41 42 43 44

144

(Continuación.)

O

I

Apéndice 5.1. (Continuación.)

, Nivel de intensidad de sensación

I

I

O

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

- -- - - -- -- -- -- - - -- -

80 81 82 83 84

16,0 17,1 18,4 19,7 21,1

16,1 17,3 18,5 19,8 21,3

16,2 17,4 18,6 20,0 21,4

16,3 17,5 18,8 20,1 21,6

16,4 17,6 18,9 20,3 21,7

16,6 17,8 19,0 20,4 21,9

16,7 17,9 19,2 20,5 22,0

16,8 18,0 19,3 20,7 22,2

16,9 18,1 19,4 20,8 22,3

17,0 18,3 19,6 21,0 22,5

85 86 87 88 89

22,6 24,3 26,0 27,9 29,9

22,8 24,4 26,2 28,1 30,1

22,9 24,6 26,4 28,2 30,3

23,1 24,8 26,5 28,4 30,5

23,3 24,9 26,7 28,6 30,7

23,4 25,1 26,9 28,8 30,9

23,6 25,3 27,1 29,0 31,1

23,8 25,5 27,3 29,2 31,3

23,9 25,6 27,5 29,4 31,6

24,1 25,8 27,7 29,7 31,8

90 91 92 93 94

32,0 34,3 36,8 39,4 42,2

32,2 34,5 37,0 39,7 42,5

32,4 34,8 37,3 39,9 42,8

32,7 35,0 37,5 40,2 43,1

32,9 35,3 37,8 40,5 43,4

33,1 35,5 38,1 40,8 43,7

33,4 35,8 38,3 41,1 44,0

33,6 36,0 38,6 41,4 44,3

33,8 36,3 38,9 41,6 44,6

34,1 36,5 39,1 41,9 44,9

95 96 97 98 99

45,3 48,5 52,0 55,7 59,7

45,6 48,8 52,3 56,1 60,1

45,9 49,2 52,7 56,5 60,5

46,2 49,5 53,1 56,9 61,0

46,5 49,9 53,4 57,3 61,4

46,9 50,2 53,8 57,7 61,8

47,2 50,6 54,2 58,1 62,2

47,5 50,9 54,6 58,5 62,7

47,8 51,3 54,9 58,9 63,1

48,2 51,6 55,3 59,3 63,6

100 101 102 103 104

64,0 68,6 73,5 78,8 84,4

64,4 69,1 74,0 79,3 85,0

64,9 69,6 74,5 79,9 85,6

65,3 70,0 75,1 80,4 86,2

65,8 70,5 75,6 81,0 86,8

66,3 71,0 76,1 81,6 87,4

66,7 71,5 76,6 82,1 88,0

67,2 72,0 77,2 82,7 88,6

67,6 72,5 77,7 83,3 89,3

68,1 73,0 78,2 83,9 89,9

105 106 107 108 109

90,5 97,0 104 111 119

91,1 97,7 105 112 120

91,8 98,4 105 113 121

92,4 99,0 106 114 122

93,1 99,7 107 115 123

93,7 100 108 115 124

94,4 101 108 116 124

95,0 102 109 117 125

95,7 103 110 118 126

96,3 103 111 119 127

110 111 112 113 114

128 137 147 158 169

129 138 148 159 170

130 139 149 160 171

131 140 150 161 172

132 141 151 162 174

133 142 152 163 175

133 143 153 164 176

134 144 154 165 177

135 145 155 167 179

136 146 156 168 180

115 116 117 118 119

181 194 208 223 239

182 195 209 224 241

184 197 211 226 242

185 198 212 228 244

186 199 214 229 246

187 201 215 231 247

188 202 217 232 249

190 204 218 234 251

191 205 220 236 252

193 206 221 237 254

145 10

Apéndice 5.1.

(Continuación.)

I

Nivel de intensidad de sensación

146

O

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

- - - - - - - - - -- - - - - - - -

120 121 122 123 124

256 274 294 315 338

258 276 296 317 340

260 278 298 319 343

261 280 300 322 345

263 282 302 324 347

265 284 304 326 350

267 286 307 329 352

269 288 309 331 355

271 290 311 333 357

272 292 313 335 360

125 126 127 128 129

362 388 416 446 478

365 391 419 449 481

367 393 422 452 484

370 396 425 455 488

372 399 428 458 491

375 402 431 461 495

377 405 434 465 498

380 407 437 468 501

383 410 440 471 505

385 413 443 474 508

130 131 132 133 134

512 549 588 630 676

516 553 592 635 680

519 556 596 639 685

523 560 600 644 690

526 564 605 648 695

530 568 609 653 699

534 572 613 657 704

537 576 617 662 709

541 580 622 666 714

545 584 626 671 719

135 136 137 138 139

724 776 832 891 955

729 781 838 898 962

734 787 843 904 969

739 792 849 910 976

744 798 855 917 982

750 803 861 923 989

755 809 867 929 996

760 815 873 936

765 820 879 942

771 826 885 949

Capítulo 6 ENSAYO AUDIOMETRICO EN LA INDUSTRIA ARAM GLORIG, M.D.

Academia Americana de Oftalmología y Otorrinolaringología. Subcomité del Ruido en la Industria

J.

DONALD HARRIS, PH.D.

Laboratorio de Investigación Médica Naval de EE. UU. N ew London, Connecticut AUDIOMETRIA EN GENERAL

Una de las características primarias del oído es su capacidad para detectar sonidos débiles. El ensayo para determinar el sonido más débil al cual una persona responde, se conoce como audiometría umbral. Muchos tipos de estímulos sonoros y muchas diferentes «respuestas» han sido usadas en audiometría; pero prácticamente toda audiometría de importancia para la industria se compone de ondas sinusoidales (a menudo llamadas «tonos puros») para el estímulo, y de una respuesta por parte del sujeto, tal como pulsar un botón o levantar un dedo. La industria tiene la responsabilidad de velar para que: 1) el oído de una persona sea y permanezca adecuado para soportar su trabajo y 2) de que el ruido industrial no cause el suficiente deterioro del oído como para afectar la vida de la persona en general. Un programa de conservación de la audición industrial se diseñaría teniendo en cuenta ambas consideraciones, para mantener la eficiencia en el trabajo y proteger al trabajador. Sea lo que sea, no hay duda de que algunos ruidos industriales están produciendo la pérdida irreversible del oído; esto es, en parte, debido a la particular susceptibilidad al daño en algunos individuos, y, en parte, al nivel general del ruido en la industria. Cada vez más, las plantas industriales están encontrando que, a menos que el oído del personal sea examinado antes de su contratación, o antes de distribuir los lugares de trabajo potencialmente ruidosos, la dirección es responsable sin recurso de la pérdida auditiva demostrada; incluso aún en aquellos casos en que la pérdida ha existido sin detectar por la dirección anteriormente a la contratación o redistribución. Por consiguiente, un programa audiométrico idóneo debe dar la adecuada protección para patrones y empleados en los casos de pérdida del oído en la industria. Este capítulo esboza algunas pruebas audiométricas convenientes para su uso en la industria y considera cómo se debe decidir qué prueba o pruebas se deben seleccionar para alguna situación particular, cómo se debe calibrar el equipo, cómo deben ser administradas las pruebas y cómo deben ser interpretados los resultados. 147

AUDIOMETRIA DE TONOS PUROS

El uso de los tonos puros en las pruebas auditivas, hoy fácilmente realizadas con el desarrollo de los tubos de vacío, fue introducido hace muchas décadas con series de diapasones, variando a menudo desde 64 hasta 8000 cps, con el silbato Galton de variación continua y con una variedad del resonador y medidor acústico Helmholtz. Hoy, la sensibilidad del oído para tonos de diversas frecuencias se da en función del nivel de presión sonora necesaria para conseguir el 50 por 100 de respuesta correcta en cada frecuencia. La línea base desde la cual se calcula la pérdida auditiva se llama umbral normal de audición. Si, en orden a producir una sensación auditiva en una cierta frecuencia, un oído individual necesita 10 db más de nivel de presión sonora que el umbral normal de audición, se dice que el oído tiene una pérdida auditiva de 10 db en esa frecuencia. El umbral normal de audición, que ha sido normalizado en los Estados Unidos, se muestra en la figura 6.1. Está 60 55

15

g~ 45

~~

\

50 40

~

-\

(/)0

~i 35

~~ 30

~~

0:0

25

\

\

15

~o 10

Z

-

\ I'\.

~w 20

00: ..Jm

'AUOIFONO WESTERN, ELEcrRlC TIPO 70~ A

,,~

--

/

5 O

125

250 500 1000 20004000 8000

FRECUEM::IA EN CICLOS POR SEGUNDO

6.1. Umbral normal de audición, basado en pruebas de audición realizadas con audífono sobre una muestra aleatoria de la población. (Según refeFIG.

rencia 1; véase Apéndice 6.2.)

basado en pruebas auditivas realizadas con audífonos a una muestra aleatoria de población y no es la misma que la curva de «mínimo campo auditivo» dada en la figura 4.5, que representa el promedio umbral de audición para un grupo de jóvenes adultos enfrentándose a una fuente de sonido de tonos puros en campo libre. Las relaciones entre la pérdida auditiva y la capacidad para comprender las palabras2 varía de persona a persona de manera que tal relación no es exacta. No obstante, se da una clasificación en la tabla 6.1. 3 Para representar una particular pérdida de capacidad auditiva es conveniente un sistema como el del audiograma gráfico. Las formas impresas han sido preparadas, existiendo una línea horizontal para «la pérdida auditiva con audiometría O db», extendiéndose desde bajas frecuencias a la izquierda a las altas frecuencias a la derecha; los espacios colocados a continuación por 148

Tabla 6.1.

B

C

D E

F

G

Pérdida en conversación, db ***

Nombre

Clase A

Escala de grados de pérdida auditiva *. **

I

Observaciones

------------

No más de 15 en el peor l' Ambos oídos dentro de líoído mites normales. Sin dificultad en conversación débil Próximo a lo normal ... ... Más de 15, pero no más Tiene dificultad solamente de 30, en cualquier oído en conversación débil Suave deterioro ... ... ... Más de 30, pero no más Tiene dificultad en conversación, pero no en conde 45, en el mejor oído versación fuerte Serio deterioro ... . , . ... Más de 45, pero no más Tiene dificultad, incluso, de 60, en el mejor oído en conversación fuerte Severo deterioro ... ... . .. Más de 60, pero no más Puede oír sólo conversade 90, en el mejor oído ción amplificada Más de 90 en el me;or No puede comprender, inProfundo deterioro ... cluso, conversación amoído plificada Normal

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Pérdida total de audición en ambos oídos

No puede oír ningún sonido.

• Preparado por el Comité de Audición del Consejo Nacional de Investigación. De la ref. 3. .. Esta escala se refiere únicamente a la audición, y no toma en consideración la aptitud del hombre con ayudas auditivas, lectura labial, etc. ••• Las clases se definen por apérdida en decibelios de audición en conversación». Hasta que las ayudas técnicas para la medida directa de la audiometría sean ade<;uadas, la pérdida de audición en conversación se calculará a partir de las medidas de conducción de aire de tonos puros, promediando las pérdidas auditivas en 500, 1000 y 2000 cps, o en 512, 1024, 2048 cps, si los audiómetros utilizados están así calibrados. Una persona debería ser clasificada una clase más baja que lo indicado por el valor promedio, si con una pérdida de 10 db o más su pérdida auditiva, para cualquiera de las tres frecuencias, es mayor en 25 db (o más) que la menor de estas tres pérdidas.

debajo de esta línea con trazos paralelos representan pérdidas auditivas en escalones de 10 db. La figura 6.2 representa una forma de uso común. Por medio de la ilustración se ha representado en este plano un audiograma normal. Un acuerdo común es que la frecuencia se represente logarítmicamente y que la distancia vertical entre los escalones de 10 db sea la misma que la distancia horizontal entre medias octavas. Sobre esta composición de coordenadas, el audiograma del oído se dibuja como una serie de líneas rectas que unen las pérdidas auditivas representadas en todas las frecuencias. El audiómetro de tonos puros es un instrumento diseñado para realizar convenientemente estas medidas de pérdida auditiva. Es básicamente un generador de «tonos puros» y un atenuador (resistencia eléctrica) calibrado en decibelios, y un audífono para producir los estímulos acústicos. En algunas frecuencias proporcionadas por el instrumento se puede presentar al sujeto un tono puro en algún ruido fácilmente audible, y reducido gradualmente hasta que se alcance el 50 por 100 del umbral. La Oficina NacionaI de Normalización ha desarrollado un acoplamiento llamado «oído artificial» (tipo 9A) para la calibración de audífonos audiomé149

tricos. Se conecta el audífono audiométrico con un micrófono de condensador.! La cavidad cilíndrica entre las dos unidades tiene un volumen aproximado de 5,7 cm3• El micrófono indica la presión de sonido generada en el volumen del acoplador por el audífono, cuando se aplican voltajes conocidos al audífono. Se puede entonces relacionar esto a los niveles de presión de sonido en el acoplador correspondiente al umbral normal (<
La diagnosis o incluso la clasificación grosera de un desorden auditivo es un problema médico especial, que incluye no sólo el oído del paciente, sino su completa persona y personalidad, y como tal debe ser admitido. Junto con el audiograma obtenido con audífono, anteriormente descrito, se emplean en exámenes audiométricos muchas otras pruebas. No obstante, sólo la audiometría de conducción de aire (llamada así por el hecho de utilizar en gran parte la ruta aérea hacia el tímpano) puede servir para identificar en un tiempo I

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

FIG. 6.2.

Cartulina de audiograma típica.

corto, y con seguridad considerable, aquellos oídos que son normales en su capacidad auditiva y aquellos que no lo son. Si un oído puede captar los sonidos débiles bien, entonces no debe tenerse demasiado en cuenta. La audiometría de conducción de aire es la mejor predicción simple de que el oído puede o no puede oír, y es, en consecuencia, la base de cualquier programa de pruebas auditivas. Niveles altos de ruido pueden causar irreparables daños al oído (véase ca150

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TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA Apellidos

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Siempre o frecuentE. mente.

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1 Alguna;;

veces o nunca.

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Trnbnj \' previo ~r~~~j o anterior TOllas los. traba;i O" "n1>er10rOs n~K,:ccion o.udi-

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Cubiertas r Ti la Orej era. (, Casco T Otros ti

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O

D. Historial médico y estndo Dolor Ahricular 1 Desecación 2 Deterioro autidivo (necesario) J Cirugío. (o'ido o mo.stoides) 4 Dnño de cabeza con inconsciencin, 3 Zumbido a.e oidos anterior o. la 1 g. exposicwn (, Zumbido do oirlos a. cantinuación de lo. exp. allll;,l) T Pérdidas auditivas en parientes próximos i:\

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O O O O O O Nalformnción
O O O O O O O O O

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O

O

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Entrenaniento básico 1 Combate-armas ligems 2 Combate-armas l'eSlibs:3 Co.7.ad01· 4 Tiro al blanco 5

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E. EXPOSICION AL RUIDO HAS RECIENTE (33) Tiempo desde ~Iin.

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B. cmso DE EXPOSrUrON Al, RUIDO'

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PREPARADO POR EL CENTRO DE INVESTlGIICION DEL SUBCOMITE DE RUIDO EN LA INDUSTRIA

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Formato recordatorio de seguimiento audiométrico típico.

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pítulo 7). Para detectar pérdidas prematuras de oído debido al ruido, es inestimable la ayuda de la audiometría exacta de la conducción de aire. Es aconsejable hacer audiogramas de conducción de aire antes de la contratación porque puede servir para evaluar los cambios en la audición que puedan desarrollarse posteriormente. Este audiograma inicial se conoce como un audiograma de preemplazamiento, puesto que se toma después de que el hombre es contratado, pero antes de que esté en el puesto de trabajo en la planta industrial. (Para prueba de precontratación son útiles los ensayos cede cribado», que más tarde se describirán.) Es importante que el audiograma de preemplazamiento sea tomado de una forma normalizada y con el equipo ajustado al normal umbral standard, y capaz de mantener estable la ejecución durante largos períodos. Si no, los datos no pueden ser certeramente comparados como una sucesión de audiogramas, ni comparados con audiogramas tomados de otras fuentes. Junto con un audiograma de preemplazamiento se debería recoger información sobre el historial médico del empleado relativo a la capacidad auditiva, los ruidos a los que ha estado 'expuesto previamente, el uso previo de protectores auditivos y una serie de datos similares. En la figura 6.3 se muestra una forma simple de audiometrías sucesivas. En las plantas industriales, donde deben ser analizados miles de audiogramas, es a menudo conveniente utilizar el audiograma codificado y cu'alquier información sobre tarjetas I.B.M. En el apéndice 6.1 se da una sugestiva lista de información deseable y un sistema de codificación para usar con una tarjeta I.B.M. Tales cartulinas son particularmente empleadas 'en audiometría industrial, donde hay que tabular los resultados de miles de cartulinas. Cuando el médico :de empresa o el ingeniero de seguridad tienen información de que los niveles de ruido en un lugar de trabajo están alcanzando límites posiblemente dañinos para la audición, se deberían realizar audiogramas de preemplazamiento al cabo de un mes, y de nuevo, cinco meses más tarde, y repetirlos con otros audiogramas tomados bajo condiciones idénticas. Los audiogramas sucesivos son especialmente útiles si se toman durante el período de empleo temporal. Si un traslado es correcto, debe ser entonces posible transferir al hombre a otro trabajo dentro de la planta sin que haya llegado a dañarse. Ocasionalmente un oído puede exhibir una pérdida auditiva, norméllmente en las frecuencias más altas, después de uno o seis meses de exposición a un ruido intenso. Si no se desarrolla pérdida auditiva después de seis meses, será suficiente después de eso comprobar la audición una vez al año. Equipo

Las especificaciones mínimas para las audimetrías de tonos puros COll objeto de un diagnóstico general recomendadas por la Asociación Americana de Normalización! están contenidas en el apéndice 6.2. Las especificaciones de los instrumentos están todas ajustadas al standard del umbral normal uniforme. Los componentes esenciales de un audiómetro tipo incluyen un oscilador elec-

152

trónico de onda senoidal, un atenuador calibrado en intervalos de 5 db, un interruptor tonal y un audífono con un acolchado y una banda de cabeza. El oscilador debe producir un «tono puro» en los intervalos de octava en el rango de 125 a 8000 cps. Algunos audímetros emplean un dial de variación de frecuencia continua muy útil para diagnosis; otros emplean intervalos fijos de frecuencia y normalmente incorporan puntos intermedios por encima de 1000 cps. La salida del oscilador se ajusta en fábrica de tal forma que, en cualquier frecuencia, cuando el dial del atenuador lee «o db», la salida acústica del audífono corresponde a las especificaciones ASA para el umbral normal de audición. El atenuador se construye de forma que, mientras que su dial cambia desde una «pérdida de O db» hasta una «pérdida de 10 db», el voltaje entregado al audífono se incrementa en 10 db. El rango de voltaje se extendería desde 10 db por debajo de la «pérdida de O db» a 75 o 95 db por encima, dependiendo de la frecuencia. El interruptor tonal debe permitir al operador del audímetro iniciar, o terminar, el tono a voluntad, sin que se oiga ningún ruido. El mayor y último componente es el audífono. Es importante verificar que cada audímetro esté normalmente emparejado en fábrica con un audífono particular, o quizá con un par de audífonos. Todos los audímetros deben ir acompañados con una nota que manifieste el número de serie del audífono o audífonos suministrados como equipo original. Si se usa un audífono diferente, la salida acústica puede no conseguir las especificaciones. El audífono es la parte del audímetro que se puede dañar con más facilidad, y no se debe tratar mal ni dejar caer. Viene colocado en un almohadillado especial, el cual encierra un cierto volumen de aire entre él y el tímpano. La variación acústica producida por este volumen se tiene en cuenta en la calibración original; no se debe cambiar la almohadilla por una de un tipo diferénte, sin información específica sobre el efecto producido. Diferentes almohadillas sobre el mismo audífono pueden cambiar la salida acústica de 6 a 8 db, o más. Generalmente se suministra una banda de cabeza con un muelle suficientemente fuerte como para retener los audífonos firmemente sobre la cabeza. Se ha encontrado que el antiguo sistema de tener al sujeto reteniendo el audífono en su oído, permite la transmisión del temblor muscular a éste, enmascarando parcialmente las frecuencias más bajas y sometiendo al oído en prueba a sonidos perturbantes. Uno de los dos audífonos debe poder ser eliminado, estando la banda de cabeza desconectada para probar el otro oído. Calibración

Se entiende por calibración el ajuste necesario para asegurar que los diales de pérdida auditiva y de frecuencia se ajustan a las especificaciones ASA (véase apéndice 6.2). Las frecuencias producidas deben estar dentro del ± 5 por 100 de la indicada en la frecuencia del dial. El establecimiento del « O» de pérdida auditiva del dial debe producir una salida acústica del acoplador tipo 9A dentro de ± 4 db del nivel de la presión del sonido de las especificaciones. 153

Además, en cada frecuencia, la diferencia en decibelios entre dos colocaciones cualesquiera del dial de pérdida auditiva debe estar de acuerdo con la diferencia en salida acústica dentro de ± 1,5 db. El audímetro es calibrado en fábrica y colocado según la rígida normativa de precisión. Sin embargo, es corriente que después de un tiempo, o con malos tratos, la salida acústica en el establecimiento «O db» del dial de pérdida auditiva cambie en una o más frecuencias. Para prevenir esta posibilidad (y para corregir posibles frecuencias desviadas, atenuadores ruidosos, cuerdas de audífonos gastadas, etc.), los audímetros se deben enviar a la fábrica para su examen y recalibración aproximadamente una vez al año. Mientras tanto, sin embargo, es posible revisar, superficialmente, la calibración de la salida acústica del audímetro sin el gasto implicado en reunir un acoplador (tipo 9A) de «oído artificial» y el equipo asociado que es necesario en las factorías audiométricas y en grandes laboratorios. Se deben revisar dos factores, el voltaje para el audífono y la eficiencia acústica del audífono. Es fácil medir el voltaje en algún nivel, por ejemplo, 60 db, sobre la pérdida auditiva O db. Se registra este voltaje en cada frecuencia audiométrica cuando se sabe que el audímetro está calibrado. Una revisión ocasional asegura que el sistema es correcto desde el punto de vista del audífono. La eficiencia del audífono puede ser revisada subjetiva u objetivamente. Los oídos artificiales son útiles en la actualidad, consistiendo básicamente en una fijación para un audífono, una pequeña cavidad de aire y un micrófono conectado a un voltímetro *. Tal equipo se puede usar para detectar cambios en el nivel de salida acústica del audímetro. Se pueden usar oídos de audición normal como medios para determinar cambios en la salida acústica de un audímetro. Cuando se sabe que el instrumento está correcto, se toman varios audiogramas en condiciones en las que el nivel de ruido sea bajo. Cada pocas semanas, o más frecuentemente si se sospecha que ha habido algún cambio, se toma otra serie de audiogramas igual que antes. Las fechas de calibración de fábrica del conjunto de datos objetivos, y/o subjetivos, deberían quardarse cuidadosamente. En muchos casos, tal información es valiosa como evidencia ante tribunales. Pruebas de medio ambiente

Un factor común que contribuye a la inexactitud de un audímetro es la aparente reducción de sensibilidad como resultado del enmascaramiento que ocurre cuando la prueba se hace en una habitación ruidosa. Se debe elegir la situación más tranquila posible y hacer una revisión para determinar si es aceptable. Si, durante cualquier día normal de trabajo, el audiograma para un oído de audición normal no se desvía del tomado durante la quietud de la noche, es claro que el espacio de trabajo audiométrico es suficientemente * Incluimos fabricantes como Laboratorios Ballantine, Boonton, N. J.; Brush Electronics Co., 3405 Perkins Ave., Cleveland 14, ühio, y Laboratorios Allison, Puente, California.

154

BANDAS DE PASO DE OCTAVA EN CICLOS POR SEG. a o o g g g g

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FIG. 6.4. Mínimos aceptables de niveles de ruido de banda de octava para habitaciones audiométricas. Las curvas muestran los niveles de presión de sonido en bandas de octava, que encubrirán los tonos de prueba del audímetro en una cierta posición del dial de pérdida auditiva. Un escucha con audición normal puede justamente oír los tonos de prueba cuando el dial del audímetro está en una pérdida auditiva cero, si el ruido de la habitación no excede los niveles de contorno de «o db de pérdida auditiva». Las pruebas de investigación en 10, 20 o 30 db pueden realizarse en habitaciones, si los niveles de ruido no exceden los contornos, correspondientemente designados. (Según Webster y Cox, revisados de Refs. 4 y 5.)

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

tranquilo. Si se dispone de un sonómetro con un analizador en bandas de octava, se pueden obtener datos para determinar la desviación del umbral, causados por el ruido de. la habitación de pruebas, usando la figura 6.4. Estas figuras contienen correcciones por el hecho de que la almohadilla del audífono, suministrada en la actualidad con la mayoría de los audímetros, intercepta una cierta cantidad de ruido ambiente. Tales niveles permitirán realizar la mayoría de las pruebas de diagnóstico. Existen, sin embargo, numerosos individuos que son 10 db, o más, mejor que el cero audiométrico; para hacer este tipo de pruebas en su umbral sería necesario que los niveles arriba listados fueran reducidos de 10 a 15 db. Muchas plantas industriales tienen una habitación aprovechable en alguna parte de sus departamentos administrativo o médico que pueden ser modificadas para este propósito. En algunos casos, sólo requerirán la aplicación de materiales acústicos aislantes. Una buena solución es encontrar el espacio útil más tranquilo y construir una cabina, insonorizada de acuerdo con los capítulos 19 y 20. Si se encuentra que esa instalación no es satisfactoria, entonces debe cambiarse la situación o consultar a un ingeniero de sonido con relación a la construcción de una doble habitación especial tratada acústicamente. Para las audiometrías industriales, la cabina sólo necesita acomodar al sujeto. La comunicación es fácil con simples señales visuales a través de una pequeña ventana. Ocasionalmente, un sujeto que padezca claustrofobia pondrá reparos en una habitación muy pequeña, pero el número de éstos es reducido. En un examen de 3000 individuos probados en cabinas de 0,9 por 1,2 m de medidas interiores, ninguno puso reparos a la pequeña dimensión, y no encontraron dificultad en que el operador estuviera fuera de la cabina.

155

Procedimiento de prueba6-9

Instrucciones al.sujeto. El sujeto se sienta de manera que no pueda ver las manipulaciones del operador sobre los diales, los cuales deben manejarse de tal forma que el sujeto no reciba señales por el auricular. Se recomienda que esté de espaldas al operador. Hay que decirle que oirá sonidos débiles y fuertes, y tonos altos y bajos, y que primero se probará un oído y después el otro. Un procedimiento de prueba es como sigue: instruir al sujeto para que levante su dedo cada vez que oiga un sonido en el audífono, y que lo mantenga levantado mientras lo esté oyendo, por muy débil que sea. Hay que decirle que baje su dedo sólo cuando no pueda apreciar el sonido. Entonces colocar los audífonos sobre sus oídos, asegurándose de que cada audífono está centrado sobre la oreja y de que las almohadillas se ajustan cómodamente. En ese momento se cierran las puertas de la cabina y se presentan uno o dos tonos de diferentes frecuencias y en niveles de sonido que sean fáciles de oír, hasta que se está seguro de que el sujeto comprende lo que se espera de él. Pruebas para umbrales. Empezando con 1000 cps, se obtiene umbral para el mejor oído, por empezar con un nivel bastante por encima del umbral (40 db es un buen nivel para un oído que se presume que no es muy diferente del normal). Reducir a niveles subsiguientes en intervalos de 10 db, con una o dos interrupciones en cada nivel, hasta que el sujeto falle al responder. En este punto, volver al último nivel claramente oído y disminuir en intervalos de 5 db, haciendo, por lo menos, cuatro interrupciones en cada nivel; continuar de esta forma hasta que el sujeto falle las respuestas. Entonces se elevan los niveles en intervalos de 5 db, hasta que se obtengan de nuevo respuestas correctas. Entonces reducir los niveles de nuevo hasta que esté claro el nivel de intensidad mínimo que le hace fallar un 50 por 100, o más, de respuestas. Lo que marque el dial se coloca en la cartulina del audiograma como umbral. (Aunque sicofísicamente los umbrales están basados generalmente en el 50 por 100 respondido, los saltos del intervalo del audímetro hacen imposible insistir sobre un 50 por 100 como criterio de respuesta para el umbral en todos los casos. Es necesario aceptar una respuesta cercana al 50 por 100 como «umbra1».) A continuación, proseguir a 2000, 3000, 4000 Y 6000 cps en ese orden. Las siguientes pruebas en 1000 cps para comprobación, continuando hasta 500 cps (y también a 250 cps si lo exigen los requerimientos legales). Se usará el mismo procedimiento en el oído opuesto. Precaución: Cuando se use la señal de interrupción, no se debe seguir un ritmo. Muchos sujetos responderán a tal ritmo con anticipación en el siguiente movimiento. Si se encuentra una frecuencia en la que el umbral es incierto, se debe volver a ella de nuevo antes de dar por terminada la prueba. Recordar que en muchos casos será la primera vez que el sujeto experimentará una prueba auditiva; dar instrucciones muy explícitas y repetirlas tantas veces como desee. Finalmente, recordar que escuchar un tono débil es cansado; no prolongar la prueba innecesariamente. Si las respuestas empiezan a ser incon156

sistentes y fuera de lo razonablemente esperado, es mejor algunas veces terminar la prueba y repetirla más tarde.

Registro de datos. La conservación de archivos legibles y fácilmente accesibles es extremadamente importante. Las pequeñas cartulinas distribuidas por los fabricantes de audímetros son muy convenientes cuando se prevé que s6lo se realizarán unos pocos audiogramas. Cuando se prevé que se realizarán muchos audiogramas sobre un mismo oído, es una pérdida de tiempo y a la vez puede inducir a error el utilizar varias cartulinas. En estos casos, es conveniente la cartulina de la figura 6.3. Una ojeada a una simple hoja de papel abarcará el estado de un oído durante un período de meses o de años. En el apéndice 6.1 se da una ampliación de este concepto. Entrenamiento técnico. Un audiólogo en un centro de diagnosis auditivo debería haber recibido instrucción y supervisión práctica durante meses. Pero los programas audiométricos típicos de la industria no son, ni deberían ser, un centro de diagnóstico auditivo. El entrenamiento que un audiometrista razonablemente inteligente y especialmente entregado a su trabajo debe tener para manejar una cabina de audiometría industrial, puede ser minimizado. Con instrucciones apropiadas, en seis u ocho horas pueden ser entrenados buenos audiometristas para este propósito. Las instrucciones incluirían unas dos horas de lectura sobre la anatomía y fisiología del oído, los fundamentos de la física acústica, el audiómetro y la importancia del programa de conservación auditiva y de su labor en él. El resto, cuatro o seis horas, podrían emplearse en la colección de audiogramas, sin y con enmascaramiento, sin otras complicaciones, y bajo la atenta supervisión personal de audiólogos experimentados. Con tal programa, han sido entrenados muchos individuos, dando exactitudes de ± 5 db en pruebas repetitivas en audiogramas simples. Individuos muy motivados con un mínimo de entrenamiento realizarán mejores audiometrías que los pobremente motivados, aunque sean audiólogos experimentados. Variaciones de audiometrías de conducción de aire

Pruebas de grupo. Obteniendo las respuestas escritas de un grupo de sujetos, se consigue un ahorro de tiempo en un sistema en el que se acopla un grupo de audífonos generales a un simple audiómetro. En una cierta frecuencia y nivel de presión de sonido (seleccionado igual que en la audiometría individual), los sujetos reciben 1, 2, 3 cortos impulsos de tono y son solicitados para escribir o tachar el número de los que han oído. Entonces el nivel de presión de sonido se reduce y se presenta otro grupo de impulsos. Este sistema es sólo una muy ligera variación del estímulo-respuesta realizado en la audiometría individual. Un sistema de audiometría de grupo para un audiograma completo de siete frecuencias lleva un tiempo de 15 a 20 min para el máximo número recomendado de sujetos, 25. Se ha demostrado que solamente con el debido cuidado es imperceptible la diferencia entre este tipo de pruebas y una buena audiometría individual sobre los mismos sujetos. Modelos de impresos de res157

puesta y otro material sobre estas pruebas han sido resumidas en la referencia 10, junto con notas sobre cómo debe montarse el equipo.

Cribado por barrido de frecuencias. Puede no desearse obtener un audiograma completo para cada oído, sino solamente asegurar que todos los oídos reúnan ciertos requerimientos mínimos. Por una técnica de cribado, los oídos que no reúnen los requerimientos mínimos pueden ser identificados en 1 1/ 2 o 2 min de tiempo de prueba. Están publicadas las especificaciones mínimas para los audiómetros de cribado. u Una muestra precisa de agudeza umbral en cada frecuencia no se consigue por un cribado, pero sí se consigue rápidamente gran cantidad de valiosa información, y las audiometrías de cribado por barrido de frecuencias pueden tener un papel definitivo en aplicaciones industriales. Si un oído puede oír 500, 1000 Y 2000 cps en 20 db sobre el dial del audiómetro, tendrá pequeña o ninguna dificultad en una conversación. Por consiguiente, un cribado en estos niveles es una prueba de preempleo para probar la capacidad de alcanzar niveles mínimos en una conversación ordinaria. Esta prueba puede usarse para inspeccionar rápidamente al personal de una planta industrial completa, para detectar aquellos con pérdida auditiva, con el propósito de orientar los estudios y emplazamientos. Con el cribado por barrido de frecuencias, las variaciones usando pruebas de grupo son ventajosas por reducirse el tiempo de prueba por hombre a cantidades despreciables. 12 Audiometría de palabra. Las palabras que se originan desde la salida de un micrófono o un fonógrafo, amplificadas y conducidas a un audífono, se pueden usar como estímulo para la llamada «audiometría de palabra». La Asociación de Normalización Americana ha promulgado las características míni-

6.5. Diagrama esquemático del equipo para una audiometría hablada. La entrada puede ser directa, alimentada a través de un micrófono o de la aguja de un fonógrafo, y la salida, por un audífono o un altavoz. (Hirsh. 8) FIG.

mas aceptables para tales sistemas 13 (véase Fig. 6.5). Cuando se usa un micrófono, el locutor vigila un medidor de volumen indicativo mientras habla, en un esfuerzo para mantener la intensidad constante. Esto en cuanto a la audiometría «dirigida a viva voz». Cuando se usa un fonógrafo, el sistema se refiere a la audiometría de «voz grabada». En muchas situaciones industriales no se puede usar la voz grabada, espe158

cialmente con sujetos que tienen dificultades con el idioma inglés o, incluso, con los dialectos regionales usados en la mayoría de las pruebas grabadas normalizadas, o con niños, o con aquellas de personalidad compleja y torpe incapaces de seguir la velocidad de la prueba. La agudeza de un oído para los sonidos hablados se valoraría incorrectamente a causa de tales irrelevancias. Estas razones son, entre otras, las que cuentan para el uso hoy en día de la audiometría de tonos puros en la industria, con preferencia sobre la audiometría hablada.

Audiometría de diagnóstico. La audiometría de conducción de aire se usa para determinar qué estímulos puede o no puede oír el oído, siendo así de gran valor práctico para la industria y para los individuos cuya audición se está considerando; pero a través de la audiometría de tonos puros se obtienen otros valores para aplicaciones médicas. Usando ciertas pruebas especiales, ventajosas actualmente con el equipo comercial, se puede aproximar mucho mejor hacia la diagnosis y, por consiguiente, al tratamiento. El otorrino encuentra que ahora es posible determinar si la terapia está ayudando significativamente al paciente. Si no, puede intentar otros medios. Así, la audiometría puede ser una ayuda en el tratamiento. El audiograma de conducción de aire solo tiene una gran significación clínica. Gran número de desórdenes tienen un modelo de audiograma bastante característico. Otro método de diagnóstico es el que se conoce como audiometría de conducción ósea. Es posible generar ondas senoidales en un vibrador de conducción ósea y crear la sensación de un tono puro cuando el vibrador se aplica con alguna presión al hueso mastoideo. El camino o los caminos de las ondas vibrantes a través de la cabeza entre el punto de aplicación de la varilla y la cóclea, envuelve los laberintos. Parte de la energía del sonido transmitido por conducción a través del hueso cortocircuita el camino del oído medio y crea un movimiento de ondas dentro de los líquidos de la cóclea. Esta senda directamente a través del cráneo proporciona un método de evaluación del umbral, que tiene un magnífico valor para el diagnóstico; en el caso de que el tímpano o los huesecillos estén también seriamente afectados, puede claramente descubrirse que la cóclea y el sistema nervioso auditivo son capaces de un funcionamiento normal. Si los datos de la conducción ósea son normales, pero los de la conducción por aire no 10 son, se puede decir con confianza que la localización del desorden se encuentra en la periferia de la cóclea. Si ambos son defectuosos, y de similar configuración, es acertado indicar un desorden de cóclea o nervioso. Asimismo son aconsejables otras técnicas y pruebas con audiometrías de diagnóstico. En algunos pacientes, por ejemplo, un oído puede ser normal o casi normal, y el otro puede tener fuerte sordera. Es necesario anular el oído normal a fin de calibrar el defecto en el otro oído. La mayoría de las audiometrías de diagnóstico están provistas en la actualidad de dos canales electrónicos independientes desde el circuito oscilador y dos audífonos, para que el paciente pueda igualar el nivel de ruido de un tono en un oído con el nivel de ruido del mismo tono (independientemente controlado en presión de sonido) en el otro oído. Un anormalmente rápido creci159

miento del nivel en un oído, como incremento de la preSlOn de sonido, se conoce como recruitment y su presencia es de considerable importancia en la diagnosis. Hay formas de utilizar el enlace del vibrador de conducción ósea en el audiómetro de tal manera que se derive la misma información clínica que la que algunos otorrinos obtienen por los exámenes con sintonizador. Tales signos, como la localización referida de sonido, umbrales de conducción de aire y conducción ósea para la misma amplitud del vibrador de conducción ósea, pruebas para fingimientos de enfermedad, fijación de estribos, distorsión, zumbido de oídos, etc., pueden todos obtenerse con la audiometría de diagnóstico en manos competentes. El uso de estas técnicas no es requerido en el programa industrial usual. La utilidad en la industria de la audiometría de diagnóstico es para aquellos escasos individuos para los que se debe decidir que algunas condiciones industriales, normalmente el ruido, han causado el defecto detectado por la audiometría de conducción por aire, o que alguna condición desconectada con el ambiente de trabajo le ha conducido al fondo del desorden. La industria debería de contar con los servicios de un competente otorrino a su disposición para estas decisiones. El sería capaz de realizar, o tener un ayudante audiólogo experimentado (instruido lejos de los audiólogos industriales usuales), e interpretaría tanto las pruebas aquÍ mencionadas para conducciones óseas como las audiometrÍas por aire con enmascaramiento, y pruebas para fingimiento de enfermedad, recruitment, recepción de palabras y localización referida de -30

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FIG. 6.6. Audiograma obtenido con un audímetro tipo Békésy, modelo E524, mostrando una pérdida de 15 db en 4000 cps. (Cortesía de Grason-Stadler Ca.)

sonido, todo con equipo y procedimientos que reúnan las especificaciones mínimas de la Asociación de Normalización Americana. En muchos casos, incluso con esta audiometría de diagnóstico completa, es imposible imponer con alto grado de confianza la contribución relativa del ambiente de trabajo a una particular pérdida auditiva. En muchos casos, la diagnosis no dependerá de una sola prueba, sino del juicio del otorrino, al tener en cuenta datos como la edad del sujeto, la naturaleza progresiva del defecto, su configuración con respecto al espectro que el ruido industrial envuelve, y quizá otros factores. 160

Audiometría automática

Los variados métodos audiométricos anteriormente descritos dependen de la operación manual de un audiómetro por un técnico. Una de las principales fuentes de error en la determinación del umbral consiste en la influencia de técnicos pobremente motivados o pobremente entrenados. Mucha variabilidad en los valores umbral medidos se debe sólo a este factor. El uso de los audi6metros descritos en esta sección evita esta dificultad, presentando al sujeto la prueba completa automáticamente. El técnico meramente instruye al sujeto y pone en funcionamiento el equipo y lo para. El coste inicial de los audi6metros automáticos es más alto que los manuales, pero se compensa con el

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6.7. Diagrama de bloques del audímetro automático, modelo ARJ-3. Cuando se pulsa el control de puesta en marcha, el motor de conducción de la tarjeta se pone en funcionamiento y el relé de supresión del control permite al interruptor manual del sujeto operar el motor del atenuador. Conforme el motor del atenuador gira, va cambiando la fuerza de la señal a los audífonos y opera la pluma grabadora a través del tornillo guía. La cartulina móvil opera el interruptor del programa, el cual, a su vez, controla el interruptor selector de frecuencias. El interruptor selector cambia la frecuencia, selecciona el audífono e introduce la compensación adecuada en el circuito del audífono. Cuando se activa el control de parada, el motor de conducción de la tarjeta se para, y el relé de supresión de control abandona el control desde el interruptor manual y obliga al motor del atenuador a reducir la señal del audífono a cero. (McMurray y Rudmose.t S) FIG.

161 11

más bajo coste de personal, puesto que los audiómetros automáticos no requieren operadores con alto grado de preparación. Se ha encontrado que, en general, los sujetos no tienen más dificultad en responder a los audiómetros automáticos que a aquellos que son operados manualmente. Además, sobre la base de considerable investigación y estudios individuales, las medidas hechas con audiómetros automáticos se han mostrado tan seguras como las hechas con instrumentos operados manualmente. El primer audiómetro automático ampliamente usado fue el tipo (cBé· késy», el cual, en principio, opera como sigue: un oscilador, cuya frecuencia se puede variar uniformemente, se pone en funcionamiento en las frecuencias más bajas para ser probado, y, lentamente, realiza un barrido sobre todo el rango de frecuencias, alcanzando la frecuencia más alta al final de la prueba. El atenuador que ajusta el nivel del tono presentado al sujeto se controla automáticamente por un interruptor manual de forma que el nivel decrece cuando el botón del interruptor manual está oprimido, y el nivel crece cuando el botón se suelta. Así, el nivel del tono es ajustado por el sujeto a los valores que se ajustan a su umbral, con lo cual se determina el umbral absoluto. La posición horizontal de la pluma de una cartulina de audiograma, tal como se muestra en la figura 6.6, está sincronizada con la frecuencia del oscilador y la posición vertical se controla con el interruptor manual que tiene el sujeto. Así, se puede obtener un audiograma como se muestra en la figura 6.6. Otro tipo de audiómetro automático, mostrado esquemáticamente en la figura 6.7, ha sido desarrollado con operaciones similares al tipo Békésy, excepto que en éste el umbral (conducción por aire) es probado en frecuencias específicas: 500, 1000, 2000, 4000 y 6000 CpS.15 El sujeto opera un atenuador que está sincronizado con la pluma y el oscilador, de tal forma que se registran los valores de umbral sobre una carta de audiograma, que se mueve de derecha a izquierda, consiguiendo un audiograma tal como se muestra en la figura 6.S. Una prueba completa se puede realizar en 6 o 7 mino El operador


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FIG. 6.8. Audiograma obtenido con un audímetro automático. (Cortesía de Rudmose Associates.)

sólo necesita instruir al sujeto y poner en marcha el lina. La experiencia muestra que dos o tres de estos operados simultáneamente por un asistente debido máticas. Un audiómetro automático hace que sea posible 162

movimiento de la cartuinstrumentos pueden ser a las operaciones autoprobar desde uno hasta

cincuenta sujetos simultáneamente para pruebas de cribado conjuntas. 16 Este instrumento presenta un número específico de pulsaciones en cada una de las cinco frecuencias en un nivel de presión de sonido fijado, variable entre O y 50 db. El instrumento se energiza presionando un botón de interrupción manual y la prueba procede hasta su terminación automáticamente. Cada sujeto graba sus respuestas sobre un modelo preparado. El asistente sienta a los sujetos, los instruye, e inicia la prueba presionando el pulsador de puesta en marcha. La prueba se termina aproximadamente en 2 mino

ESCALAS DE CLASIFICACION

Aunque la evaluación de los audiogramas de conducción por aire, en términos clínicos, es un problema para la profesión médica, los esquemas de clasificación interpretativos se pueden presentar para el uso en la industria realizando un sistema de clasificación de trabajo para empleados con pérdida auditiva. Tales métodos de clasificación son importantes desde el punto de vista de la determinación del porcentaje de pérdidas auditivas compensables. En la actualidad, no hay un procedimiento uniforme en los Estados Unidos para evaluar esta pérdida, aunque se han propuesto muchos sistemas para evaluar la pérdida auditivap-20 Véase el capítulo 7, para una discusión de pérdida media de palabra. Wisconsin

Para una discusión sobre pérdida auditiva compensable en el estado de Wisconsin, véase el capítulo siguiente. A.M.A. Método de cálculo La Asociación Médica Americana ha propuesto un método tentativo para convertir los datos audiométricos de tonos puros en una simple marca de porcentaje de pérdida auditiva. 21 Las pérdidas audiométricas en las frecuencias 500, 1000, 2000 Y 4000 cps se multiplican por 0,15, 0,30, 0,40 Y 0,15, respectivamente. El total se considera que es la «pérdida valorada en decibelios de palabra». El total se convierte entonces en una pérdida porcentual como resultado de un gráfico de conversión sigmoideo, que tiene en cuenta el hecho de que una pérdida de 10 db cercana a lo normal, o en lo normal, es de menos significación que una pérdida de 10 db desde, por ejemplo, 30 a 40 db. Se suministra una tabla para simplificar estos cálculos en la referencia 21. La referencia adelantada indica que el porcentaje de pérdida auditiva biaural puede ser calculado añadiendo a la pérdida del mejor oído siete veces la pérdida del peor oído, y dividiendo por ocho. Por ejemplo, considérese un audiograma en el cual la audición en el oído derecho es de 5, 5, 10, 20 Y 50 db en las frecuencias 250, 500, 1000, 2000 Y 4000 cps, respectivamente. Las pérdidas en el oído izquierdo a estas fre-

163

cuencias son 20, 25, 25, 65 Y 80 db, respectivamente. Consultando la tabla de la referencia 21, la pérdida en el oído derecho, de acuerdo con el sistema A.M.A., es 11 por 100, mientras que en el oído izquierdo es del 50 por 100. La pérdida combinada para ambos oídos sería calculada como [11 + (7 x 50)]/8 =45 por 100. Estado de Nueva York

Las leyes del estado no siguen generalmente el sistema A.M.A. En el estado de Nueva York, la pérdida auditiva monoaural se calcula como el promedio de pérdidas en 250, 500, 1000, 2000 Y 4000 cps, multiplicado por 0,8. Así, en el ejemplo anterior, para el oído izquierdo la pérdida sería calculada como 90/5 x 0,8 = 14,4 por 100; el oído izquierdo tendría una pérdida calculada como 215/5 x 0,8 = 34,4 por 100.

REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Anon.: Standard Z24.5-1951, American Standards Association, New York, 1951. Steinberg, J. c., y M. B. Gardner: l. Acoust. Soco Amer., 11: 270 (1940). Corliss, E. L. R.: Natl. Bur. Standards (U. S.) Circo 534, 2 de marzo de 1953. Webster, J. C.: l. Acoust. SOCo Amer., 26: 782 (1954). Cox, J. R., Jr.: Noise Control, 1: 25 (1955). Fowler, E. P.: Tests for Hearing, cap. 11, en «Medicine of the Ear», 2.& ed. (E. P. Fowler, Jr., ed.), Thomas Nelson & Sons, New York, 1947. 7. Bunch, C. C.: «Clinical Audiometry», The C. C. Mosby Company, St. Louis, 1943. 8. Hirsh, 1. J.: «The Measurement of Hearing», McGraw-Hill Book Company, Inc., New York, 1952. 9. Watson, L. A., y T. Tolan: «Hearing Tests and Hearing Instruments», The Williams & Wilkins Company, Ba1timore, 1949. 10. Harris, J. D.: l. Acoust. Soco Amer., 17: 73 (1945). Este trabajo comenzó con base en «Trial Tests of Pulsing Tone Audiometer», memorándum de investigación no publicado, Case 20871-2, Bell Telephone Laboratories, 1937. 11. Anon.: Standard Z24.12-1951, American Standards Association, New York, 1951. 12. Glorig, A., y R. R. Wilke: ¡. Acoust. SOCo Amer., 24: 450 (1952). 13. Anon.: Standard Z24.13-1953, American Standards Association, New York, 1953. 14. v. Békésy, G.: Acta Oto-Laryngol., 35:411 (1947). 15. McMurray, R. F., Y W. Rudmose: Noise Control, 2: 33 (enero, 1956). 16. Glorig, A.: Proc. Intern. Course in Paedo-audiology, Groningen University, Netherlands, 1953. 17. Fletcher, H.: l. Acoust. SOCo Amer., 22: 1 (1950). 18. Fowler, E. P.: ¡. Acoust. SOCo Amer., 13: 373 (1942). 19. Fletcher, H.: «Speech and Hearing in Communication», D. Van Nostrand Coropany, Inc., Princeton, N. J., 1953. 20. Davis, H.: Laryngoscope, 58: 761 (1948). 21. Carter, H. A.: ¡. Am. Med. Assoc., 133: 396 (1947).

164

Apéndice 6.1

Cuadro de datos de conservación auditiva y código I.B.M.

*

INSTRUCCIONES PARA RELLENAR LA TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA El cuadro de datos de conservación auditiva se divide en seis categorías fundamentales: A. B. e D. E. F.

Identificación del individuo. Exposición al ruido común. Exposición al ruido previo. Historial médico y situación. Exposición al ruido más reciente. Pérdidas auditivas.

DATOS ADICIONALES. Tales datos adicionales son deseables para encontrar las necesidades locales, conservando los objetivos en hojas suplementarias anexas a la presente tarjeta de datos. El modelo representa los datos mínimos que se requieren para un estudio de investigación propuesto para toda la nación. Los convenios y códigos recomendados se deben seguir para hacer los datos más útiles para tales estudios y más fáciles de copiar o microfilmar eficientemente y sin confusión. La uniformidad en la forma y codificación de datos para estudios estadísticos es muy importante. NUMERO DE TAR]ETA. Sobre la primera tarjeta que se usa para cada individuo se sitúa el número 1 en el cuadro situado en el borde superior de la tarjeta (1os números entre paréntesis son para uso de un perforador). Como las tarjetas adicionales se usan para la misma persona, se coloca el número de la tarjeta en el cuadro en el borde superior de cada nueva tarjeta. Por ejemplo, si es el segundo audiograma de la persona, y se sitúa en una segunda tarjeta, se coloca el número 2 en este cuadro.

A.

IDENTIFICACION Nombre.

Se registra el nombre del sujeto, el apellido primero.

Estado militar. Comprobar la caja apropiada para indicar si el sujeto es un empleado civil o militar. Número de la Seguridad Social; número de servzczo. Se registra el número de la Seguridad Social, o su número de servicio, o ambos, en el espacio apropiado. Si el sujeto es un empleado militar, asegurarse de que quede registrado el número de servicio, y si es un empleado civil, asegurarse de que quede registrado el número de la Seguridad Social. Sexo.

Indicar el sexo de la persona, comprobando el cuadrado apropiado.

* El material contenido en este apéndice ha sido preparado por el Centro de Investigación del Subcomité de Ruido en la Industria, A.A.O.O., Aram Glorig, director; fue revisado en consulta con las Fuerzas Armadas, N.R.e, Comité de la Audición y Bioacústica.

165

B.

EXPOSICION NORMAL AL RUIDO

Departamento o localización. Registrar el número del departamento o el código de la localización o área donde el sujeto trabaja generalmente. Por ejemplo, departamento 103 o área 5 o sección 3 en el hangar 6, etc. Código de trabajo o ruido. Registrar la utilización AFSC, MOS, o código de trabajo o exposición al ruido (para ser desarrollado) que mejor describe el trabajo del sujeto. Cuando sea posible, el código de trabajo debería incluir información sobre el ruido y la exPosición del sujeto a él. Un ejemplo de este tipo de código se presenta en una sección siguiente de este apéndice. Tiempo en el trabajo. Determinar la duración de tiempo, en años, o meses si es menos de un año, que el sujeto ha estado trabajando en el entorno de trabajo codificado. Rodear el número en el cuadro que está inmediatamente a continuación de la columna de cabeza que contiene su duración de tiempo. Por ejemplo, si el sujeto ha estado trabajando en el entorno de trabajo codificado durante siete años, rodear el número 5. Tiempo de exposición. Registrar el número de horas que el empleado está sometido a su mayor exposición al ruido en un día normal. Si es menor de una hora, registrar el número de minutos. Si no puede determinarse el tiempo de exposición, a causa de una exposición complicada o irregular al ruido, situar una X en este recuadro. Lleva otra protección que no sea algodón durante la exposición a ruido fuerte. Preguntar al sujeto si lleva otra protección auditiva, que no sea algodón, en el trabajo. Si responde «sÍ», determinar con cuánta frecuencia la lleva cuando está expuesto a ruido fuerte (90 db o más), y rellenar el cuadro apropiado. Si contesta «nOD, colocar «nuncaD. Protecciones auditivas más frecuentemente usadas. Si el sujeto indica que lleva protecciones distintas al algodón, determinar el tipo de protección que usa más frecuentemente, interna o externa, y rellenar el cuadro apropiado.

C.

EXPOSICION PREVIA AL RUIDO

Tiempo en cada categoría. En la siguiente sección se presenta un código que contiene seis categorías para registrar exposiciones previas al ruido. Estas categorías se basan en el nivel de ruido fundamental de varias operaciones de trabajo, dividido en intervalos de 10 db. La categoría a representa a aquellos trabajos realizados fundamentalmente sobre niveles de ruido de 80 a 90 db, mientras que la categoría f representa trabajos que se realizan en niveles de ruido de 130 db o más, fundamentalmente. Registrar el número de años o meses, si es menor que un año, que el empleado ha trabajado en cada una de estas categorías en su trabajo anterior y en todos sus trabajos previos. Protección auditiva. Determinar con cuanta frecuencia el sujeto usó otra protección auditiva que no fuera algodón en todos los trabajos previos dentro de cada categoría. Si en todos los trabajos previos, dentro de una categoría dada, el sujeto «raramente» o «nunca» llevó protección auditiva, dejar en blanco el espacio para protección auditiva en esa columna. Si indica que «siempreD o «frecuentementeD llevó protección auditiva, rodear la letra debajo de la columna apropiada de acuerdo con el código usado en la columna 21 para las clases de protección auditiva de uso más frecuente. Por ejemplo,' si el sujeto trabajó por un total de tres años en la categoría e, y' frecuentemente llevó insertados tapones cuando estuvo expuesto al ruido en esa categoría, rodear la letra X en esa columna. Arma de fuego. Si el sujeto ha realizado su entrenamiento militar básico estando expuesto a arma de fuego, rellenar la caja 1. Si ha estado en combate y ha usado armas de calibre mayor que 50, colocar «armas pesadasD. Si el sujeto ha ido de caza

166

diez o más veces durante su vida (excluyendo carabinas de aire comprimido), colocar «cazaD, y si ha sido contratado en prácticas de tiro al blanco diez o más veces (excluyendo el entrenamiento básico), colocar «práctica de tiro al blanco». D.

HISTORIAL MEDICO Y ESTADO

Historial. Marcar las casillas apropiadas para indicar la presencia de los datos correspondientes a cada oído. Marcar «daño auditivo (mecánico)D si el sujeto ha recibido algún daño en el oído causado por un golpe con un objeto extraño. Marcar el primer cuadro detrás «pérdida auditiva en parientes cercanos» si un pariente (abuelos, padres, hermano, hermana, hijo o hija) tuvo una pérdida auditiva que empezó antes de la edad de los cuarenta. Si más de un pariente tuvo esa pérdida auditiva, revisar las casillas detrás de esta categoría. Marcar «obstrucción tuba!» si se observa que el tímpano no se mueve, o la presión no es percibida por el sujeto, realizando la maniobra Valsalva.

E.

EXPOSICION AL RUIDO MAS RECIENTE

Tiempo desde. Determinar la duración de tiempo que ha transcurrido desde el fin de la última exposición al ruido del sujeto. Rodear el número en la casilla que está directamente debajo de la columna de cabeza que contiene esta duración de tiempo. Por ejemplo, si han sido 45 min, rodear el número 3. Duración de. Determinar el número de minutos o de horas de duración de la más reciente exposición al ruido. Rodear el número en la casilla que está directamente debajo de la columna de cabeza que contiene esta duración de tiempo. Protector auditivo usado. Rellenar la casilla adecuada para indicar qué protección auditiva se llevó durante la más reciente exposición al ruido.

F.

PERDIDAS AUDITIVAS

Pruebas audiométricas recibidgs con anterioridad. Si es la primera prueba audiométrica que la persona ha tenido, apuntar «no». Si ha tenido un audiograma previo de tonos-puros, dado por alguna agencia, apuntar «sí». Día o semana. Registrar el día de la semana, por ejemplo, lunes, martes, etc., en que se ha hecho la prueba. Fecha. Registrar en números el mes y los últimos dos dígitos del año en que se hizo la prueba. Por ejemplo, si la prueba se hizo en junio de 1956, registrar 6156. Edad. pleaños.

Registrar la edad del sujeto tomando el número de años en su último cum-

Tono puro. Registrar la pérdida auditiva en decibelios en el espacio apropiado para cada frecuencia. Las frecuencias recomendadas son 500, 1000, 3000, 4000 y 6000 cps. Como complemento, 250 y 1500 cps son opcionales. Recepción de palabra. La determinación de los umbrales de recepción de palabra, por medio de listas de palabras grabadas, es opcional. Se recomienda que las tarjetas de datos de conservación auditiva sean archivadas con los datos médicos del sujeto, después de que los datos hayan sido transferidos a una tarjeta LB.M.

167

CODIGO EXPERIMENTAL SOBRE NIVELES DE RUIDO TOTALES EN MAQUINAS *

a (80-89 db) Torno, automático Limadora Soldadura, arco b (90-99 db)

Máquina de taladrar Taladradoras neumáticas Taladradora radial, vertical, etc. Muelas, moldeadoras, tuberías, partes metálicas, etc. Juntadora, madera Torno, motor Torno, torreta, otras que el tipo de ataque Aplanador, planchas de acero Prensa, forja, acero en bandas Prensa, acero en bandas Máquina prensadora Pulidora, tubos metálicos Moldeadora, neumática, moldes de arena Remachadora, fuselaje Rabajadora, abastecimiento de aluminio Muelas de arena Lijadora, madera Ensambladora, equipo de soldadura acetilénica Máquina atornilladora, automática Estampadora, piezas de acero pequeñas Cizalla Soldadora, a tope, eléctrica Soldadora, a gas, sobre acero Soldadora, tubo e (100-109 db)

Transportador, acero laminado Forja manual Hornos, combustible líquido, gas, eléctrico Esmeriladora, sobre herramientas pequeñas Martillos, forjas Martillos, neumáticos Máquina de hacer aros, alambre de acero Máquina prensadora vibrante, molde de arena

Torno, automático, madera Torno giratorio Laminador, banda de acero Labra Taladradora, piezas de acero Prensa neumática Prensa punzonadora, automática Embutidora, molde de arena Remachadora Remachadora automática Martillo remachador, ensamble de fuselaje Sierra, circular, corte de metal Sierra, circular, madera Sierra, fricción, acero Vibradora, fundición Sopladora Cepilladora, madera Osciladora, pequeña fundición Vibrador, neumático, moldes de arena Llave, neumática d (110-119 db)

Elevador de aire, neumático Vibrador, neumático, fundiciones. Soplador de machos, machos de arena Máquina de corrugar, acero laminado Máquinas de corte, herramientas templadas Desbobinadora, bobinas de acero Martillo, golpeando sobre metal delgado Pruebas de aparatos de combustión interna Máquina clavadora Remachadora de vaivén, ensamble de alas Chorro de arena, sobre herramienta de mano e (120-129 db) Vibrador, neumático, tanque Aeroplano, propulsado Pistola remachadora, neumática

f (130 db o más) Aparato, jet Martillo remachador, neumático, sobre tanques de acero

* Adaptado de H. B. Karplus y G. L. Bonvallet, Am. Ind. Ryg. Assoc. Quart., 14:4 (diciembre, 1953). Véase apéndice 1.1.

168

CODIGO EXPERIMENTAL SOBRE NIVELES DE RUIDO FUNDAMENTALES EN AREAS *

a (80-89 dh) Hornos, temple Muelas Sala de máquinas, tornos, prensas, etc. Mecanización, aluminio Máquinas de moler Moldeado en arena Pulverizadores, barniz Chapistería Soldadura al arco Taller de carpintería b (90-99 db)

Fundición, desengrase Matricería Fabricación, acero, manipulación, corte Operaciones de fundición, chorro de arena Manufactura de muebles, juntas, sierras Martillo, forja Fresado Sala de pesado, madera Vibrador, fundiciones Plantas de potencia, alternadores, etc.

Moldeador, neumático Remachadora Serrado Máquinas rotativas, automáticas Sala de soplado Vertidos de acero Trefilado e (100-109 db)

Vibradores, fundiciones, etc. Transportadores Hornos eléctricos Martillos, automáticos Moldeadoras, embutidoras Prensas Remachadoras, neumáticos, tanques de acero Tambores d (110-119 db)

Agitadores Vibradores, neumáticos, soldaduras en tanques de acero

* Adaptado de H. B. Karplus y G. L. Bonvallet, Am. Ind. Hyg. Assoc. Quart., 14:4 (diciembre, 1953). Véase apéndice 1.1.

CODIGO EXPERlIMENTAL DE TRABAJO * Operador de máquinas taladradoras. Operador de vibradores neumáticos en fundiciones ... Operador de vibradores neumáticos, sobre tanques Soplador de machos ... Operador de taladros Operador de muelas sobre fundiciones, tubos, partículas metálicas, etc. Operador de muelas, sobre pequeñas herramientas Operador de martillo, choque . , Operador de martillo, repetitivo Operador de martillo, forja ... '" Operador de martillo, neumático Operador de torno, automático... Operador de tomo giratorio... . .. Operador de limadora ... Operador de muela ... oo.

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01-b 02-d 02-e 03-d 04-b OS-b OS-c 06-d 07-d 07-c OS-c 10-a 10-b U-a 12-b

Operador de prensa Remachador, neumático, ensamble de fuselaje '" '" ,. '" '" .,. Remachador, neumático, ensamble ... Remachador, neumático sobre tanques de acero Rotura de remaches, fuselaje ... ... Rotura de remaches, alas ... . .. . .. Operador de transportador, aluminio. Operador de sierra, metal... ... '" ... Operador de estampadora, partículas de acero pequeñas ... Operador de agitadores, fundiciones. Operador de tambores, pequeñas fundiciones Soldadura, arco Soldadura, gas '" . Ingenio, aeroplano, propulsado Ingenio, jet oo.

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• Los dos dígitos se usan para separar trabajos que tienen los mismos niveles las letras corresponden a las categorías que representa el nivel de ruido fundamental Este valor puede ser obtenido mejor con medidas de nivel de sonido, pero cuando ble, se puede obtener una buena aproximación a partir de la clasificación dada previas.

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oo

oo,

oo,

oo.

.

oo

.oo

..

• ••

l3-c

l4-c l4-e l4-f 15-b 15-c 16-b 17-c

18-b 19-c 20-c 21-a 21-b 22-e 22-f

fundamentales, y de cada trabajo. esto no es posi· en las secciones

169

INSTRUCCIONES PARA CUMPLIMENTAR LA TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA L

INSTRUCCIONES GENERALES

Rellenar la información en las tarjetas de datos de conservación auditiva, en las columnas indicadas en o los paréntesis, para cada conjunto de información. Por ejemplo, marcar el número de tarjetas de datos de conservación auditiva en la columna (1) de las tarjetas LB.M. Una pequeña letra «o» detrás de un paréntesis indica que debe situarse una sobremarca en esa columna. Cuando se encuentra una de estas columnas, se conserva la tarjeta I.B.M. en esa columna, saltando espacios hasta que se rellenen ambos grupos de información en la tarjeta. Por ejemplo, retener la tarjeta I.B.M. en la columna (2)° hasta rellenar los estados militar o civil y el primer dígito de la seguridad social o número de servicio. Dentro de cada columna, rellenar el número o letra· que está marcad~, rodeada o inscrita para ese tema de información. Por ejemplo, en la columna (10)°, marcar el último dígito de la Seguridad Social o número de servicio que está inscrito y la letra enfrente de la casilla que está marcada debajo de «sexo». Cuando no hay información para un asunto particular, marcar un cero en la columna que contiene esta información.

11.

INSTRUCCIONES ESPECIFICAS

NUMERO DE TARJETA

(1) Marcar el número escrito en la casilla situada arriba de la tarjeta. Para los números 10 a 19, marcar el dígito unidad y una X; para los números 20 a 29, marcar el dígito unidad y una Y, y para los números 30 al 39, marcar el dígito unidad y una XY. A.

IDENTIFICACION

Nombre. No se señala el nombre en las tarjetas LB.M. (2)° Estado. Retener la tarjeta en la columna 2, y sobremarcar la letra apropiada. (2-10) Número de la Seguridad Social; número de servicio. Si al rellenar estado se señala «militan, poner el número de servicio en las columnas de la 2 a la 10. Si se revisa un «civil», marcar el número de la Seguridad Social en estas columnas. Si el número marcado en estas columnas contiene menos de nueve dígitos, rellenar las restantes columnas con ceros hasta la columna 10, reteniendo la tarjeta en esta posición. (10)0 Sexo. Sobremarcar la letra apropiada. B.

EXPOSICION NORMAL AL RUIDO

(11-13) Departamento o localización. Marcar los números que están escritos en la casilla. (14-18) Trabajo o código de ruido. Marcar los números que están escritos en la casilla. Si hay menos de cinco dígitos en esta casilla, rellenar las columnas restantes con ceros hasta la columna (18).

• La marca X se refiere, algunas veces, como una marca 11, y la Y se refiere, algunas veces, a una marca 12 o R.

170

(19) Tiempo de trabajo. Marcar el número que está rodeado. (20) Tiempo de exposición. Si es menor de una hora, marcar un cero. Si es una

hora o más, marcar el número de horas escrito en la casilla, salvo que este número sea mayor que ocho. Si el número es ocho, o mayor, marcar un 8. Si hay una X en esta casilla, marcar una sobremarca X. (21) Protección auditiva. Retener la tarjeta en la columna (21), marcar el número señalado bajo «Protección auditiva más frecuentemente usada». C.

EXPOSICION PREVIA AL RUIDO

(22-27) Tiempo en cada categoría. Agregar el tiempo en cada categoría, y marcar las columnas apropiadas de acuerdo con el código usado en (19) Tiempo en trabajo, excepto si el tiempo total en una categoría es menor de un año, que se marca un cero. Usar la sobremarca para marcar las letras rodeadas para las protecciones auditivas en las columnas apropiadas. Marcar ceros en cada una de las columnas en blanco. (28) Armas de fuego. Marcar el número, o números, revisados.

D.

HISTORIAL MEDICO Y ESTADO

(29-30) Historial. Marcar los números señalados para el oído derecho en la columna (29), y los números señalados por el oído izquierdo, en la columna (30). (31-32) Estado. Marcar los números señalados para el oído derecho en la columna (31), y los números señalados para el oído izquierdo, en la columna (32).

E.

EXPOSICION AL RUIDO MAS RECIENTE (33) Tiempo desde.

Marcar el número que está rodeado. Reteniendo la tarjeta en la columna (34), con la llave del espacio extendida, marcar el número que está rodeado y la letra que está señalada. (34)° Duración de y protector auditivo usado.

F.

PERDIDAS AUDITIVAS

(35) Pruebas realizadas con anterioridad y día de la semana. Reteniendo la tarjeta en la columna (35), marcar la letra que está señalada y el número correspondiente al día de la semana, que está escrito en la casilla. Usar el siguiente código para designar los días de la semana: lunes, 1; martes, 2; miércoles, 3, jueves, 4; viernes, 5, sábado, 6; domingo, 7. (36-38) Fecha. Marcar los números escritos en la casilla. (39-40) Edad. Marcar los números escritos en la casilla. (41-72). Umbrales de tonos puros. Marcar los números escritos en las casillas en las columnas apropiadas de la tarjeta LB.M. Se usan dos columnas para cada frecuencia, pero sólo se indica en el paréntesis la primera de las dos columns. Usar una marca X sobre el dígito unidad para indicar un umbral negativo, y 100 o 99 para que encaje en las dos columnas. Si una frecuencia está señalada con «NR», marcar un OYen las columnas para esa frecuencia. (73-78) Umbrales de recepción de palabra. Marcar lo mismo que en los umbrales de tono puro.

171

NUMERO DE PROYECTO

(79-80) Marcar el número de proyecto que ha sido asignado a usted. Después de rellenar las tarjetas LB.M., devolver las tarjetas de datos de conservación auditiva al departamento médico.

CODIGO LB.M. PARA LA TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA Datos NUMERO DE TARIETA

A.

IDENTIFICACION Estado

Número de la Seguridad Social o número de servicio Sexo B.

Código

(1)

Transposición directa del dígito unidad, usando una marca X para indicar 10-19, una marca Y para indicar 20-29 y una marca XY para indicar 30-39

(2)0

Militar Civil Transposición directa

-X

Varón Hembra

-X

(2)-(10)0 (10)°

-y

-y

EXPOSICION AL RUIDO NORMAL

Departamento o localización

(11)-(13)

Trabajo o código de ruido

(14)-(18)

Tiempo en el trabajo

Tiempo de exposición

Protección auditiva, frecuencia

172

Columna núm.

(19)

(20)

(21)°

Transposición directa del go suplementario Transposición directa del go suplementario 0-2 meses 3-5 meses 6-11 meses año 1 años 2 años 3 4 años 5-9 años 10-14 años 15-19 años 20+ años O-59 min hora 1 2 horas 3 horas 4 horas 5 horas horas 6 7 horas horas 8 Indeterminado Siempre o frecuentemente Algunas veces o nunca

códicódi-O

-X

-y -1 -2

-3 -4

-5 -6 -7 -8 -O -1 -2 -3 -4

-5 -6 -7 -8

-X -1

-2

CODIGO LB.M. PARA LA TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA. (Continuación.) Datos Protección auditiva usada Clase Tipo

C.

(21)° (21)°

Código

Insertado Cubierto Elástico Rígido Ajustado Orejeras Casco Otros

-x

-y -3 -4

-5 -6 -7 -8

EXPOSICION AL RUIDO PREVIA

Categoría a b c d e f

Protección auditiva Tirador de arma de fuego

D.

Columna núm.

(22)° (23)° (24)° (25)° (26)° (27)°

(22)°-(27)° (28)

0-11 meses 1 año 2 años 3 años 4 años 5-9 años 10-14 años 15-19 años 20+ años Insertado Cubierto Entrenamiento básico Combate; armas ligeras Combate; armas pesadas Cazador Tiro al blanco

-o -1

-2 -3 -4

-5 -6

-7 -8

-X

-v -1

-2 -3 -4

-5

HISTORIAL MEDICO Y ESTADO

Historia: oído derecho

oído izquierdo

Estado: oído derecho

(29)

(30)

(31)

Dolor auricular Desecación Deterioro auditivo mecánico Cirugía (oído o mastoides) Daño de cabeza con inconsciencia Zumbido de oídos anterior a la primera exposición Zumbido de oídos a continuación de la exposición Pérdidas auditivas en parientes próximos Malformación del oíd o externo o canal Obstrucción o desecación desde el canal Perforación del tímpano

-1

-2 -3 -4

-5 -6 -7

-8 -1

-2 -3

173

CODIGO LB.M. PARA LA TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA. (Continuación.) Datos

Columna núm.

oído izquierdo E.

Duración de la exposición

Uso protección auditiva

(33)

(34)0

(34)0

-4 -5

1-9 10-29 30-59 1-7 8-23 24-47 2-6 7-13 14+ 0-29 30-59 1 2 3 4 5 6 7 8+ Sí No

minutos minutos minutos horas horas horas días días días minutos minutos hora horas horas horas horas horas horas horas

-1 -2 -3 -4 -5

-6 -7 -8 -9

-O -9 -1 -2

-3 -4 -5 -6

-7 -8

-X -y

PERDIDAS AUDITIVAS

Anteriores pruebas audiométricas realizadas

(35)0

Día de la semana

(35)°

Fecha-mes

174

Infección respiratoria superior o alergia nasal Obstrucción tubal

EXPOSICION AL RUIDO MAS RECIENTE

Tiempo desde la exposición

F.

Código

(36)

Sí No Lunes Martes Miércoles Jueves Viernes Sábado Domingo Enero Febrero Marzo Abril Mayo Junio Julio Agosto Septiembre Octubre

-X -y -1 -2 -3 -4

-5 -6 -7 -1 -2

-3 -4

-5 -6

-7 -8 -9 -O

CODIGO LB.M. PARA LA TARJETA DE DATOS DE CONSERVACION AUDITIVA. (Continuación.) Columna núm.

Datos

Código

----------------- ------- -------------

Año Edad Datos audiométricos; tono puro

(37)-(38) (39)-(40) (41)-(42)

250 * cps 500 1000

(41)-(42) (43)-(44) (45)-(46)

1500 * 2000

(47)-(48) (49)-(50)

Oído derecho

3000 4000 6000 Datos audiométricos; tono puro Oído izquierdo 250· cps 500 1000 1500 2000

*

(57)-(58) (59)-(60) (61)-(62) (63)-(64) (65)-(66) (67)-(68) (69)-(70)

3000 4000 6000 Datos audiométricos; recepción hablada * Oído derecho Oído izquierdo Biauricular NUMERO DE PROYECTO •

(51)-(52) (53)-(54) (55)-(56)

(71)-(72)

Noviembre -x -y Diciembre Transposición directa Transposición directa Transposición directa cuando sea posible Menos valor de X marcar sobre el dígito unidad 100, redondeado por debajo del 99 No responde

-oy

Transposición directa cuando sea posible Menos valor de X marcar sobre el dígito unidad 100, redondeado por debajo del 99 No responde -oY

(73)-(74) (75)-(76) (77)-(78)

Lo mismo que para el tono puro

(79)-(80)

Asignado

Opcional.

Apéndice 6.2

Especificaciones de la American Standard Association de los audiómetros para diagnóstico general! 1.

Alcance y propósito

1.1. El audiómetro cubierto por esta especificación es un aparato designado para el diagn6stico general y para determinar la agudeza auditiva de los individuos. El audi6metro descrito es un generador electroacústico con receptores asociados de conducci6n

175

aérea y ósea, y suministra tonos puros de frecuencias seleccionadas e intensidades que cubren la mayor parte del rango auditivo. Está provisto de un mecanismo para la interrupción del tono. Los resultados de medida con este audiómetro determinan un umbral de audición del individuo en función de la frecuencia. 1.2. Esta especificación se prepara con el objeto de que las medidas obtenidas con cualquier audiómetro represente verdaderamente una comparación de un umbral de audición individual con el umbral normal.

2.

Definiciones

2.1. Umbral normal de audición. El umbral normal de audición para conducción aérea en una frecuencia dada es el valor modal de las mínimas presiones de sonido en la entrada del canal auditivo, que produce una sensación tonal en un gran número de oídos normales de individuos comprendidos entre las edades de dieciocho a treinta años. Los valores de umbral aceptados para el propósito de esta especificación será aquel determinado por el Servicio de Salud Nacional de 1935-1936. 2.2. Pérdida auditiva. La pérdida auditiva de un oído corresponde a la razón del umbral de audición para ese oído al umbral normal de audición, y se expresa en decibelios.

3. Requerimientos 3.1. General. Los audiómetros se diseñarán para proporcionar lecturas que den un umbral de audición del individuo en términos de pérdida auditiva en decibelios, relativo a un umbral normal de referencia. La estipulación se hará para las medidas de conducción por aire y ósea. Las frecuencias de los tonos puros generados se indicarán en ciclos por segundo, y la pérdida auditiva se indicará en decibelios. El único sonido audible será ese que es radiado por los receptores de conducción por aire y óseo; el chasis y la cabina audiométrica se construirán de manera que no se irradie desde ellos ningún sonido audible. Todos los audiómetros se diseñarán para operar en una o más de las fuentes eléctricas de potencia siguientes: 117 voltios, 60 cps, corriente alterna; 117 vo]tios, corriente continua; baterías, o aquellas fuentes que soliciten los requerimientos regionales. Vendrán provistos de una placa donde vaya el nombre del fabricante, el número de serie, y, si necesita una línea de potencia, el voltaje (o voltajes), y frecuencia (o frecuencias) de la fuente de potencia, y la potencia consumida por el audiómetro. 3.2. fuente de potencia. Las pruebas para la comprobación de los requerimientos de la sección 3.3, se harán en líneas de voltaje de 110 y 125 voltios, para los audiómetros diseñados para operaciones de 117 voltios nominales, o en los extremos del rango de uso de los voltajes de batería recomendados por el fabricante. Para audiómetros diseñados para otros voltajes de líneas, las pruebas se harán en los extremos de un rango proporcionado de voltajes. Las pruebas para la comprobación de los requerimientos de las secciones 3.4, 3.5, 3.6, 3.7 y 3.8, se harán en un voltaje de línea de 117 voltios, o en el voltaje indicado en la placa del audiómetro, o en los voltajes de batería recomendados por el fabricante como voltajes operativos. Cuando un rango de voltaje esté indicado en la placa, las pruebas se harán en el voltaje medio. 3.3. frecuencias. Los audiómetros producirán sonidos de, por lo menos, las siguientes frecuencias totalmente identificadas: 125, 250, 500, 1000, 2000 y 4000 cps, para medidas de conducción por aire y ósea, y también 8000 cps, para medidas de conducción por aire. Cada frecuencia generada por el audiómetro tendrá un valor dentro del ± 5 por 100 de la lectura de la correspondiente frecuencia.

176

3.4. Intervalos de pérdida auditiva y rango de pérdida auditiva para medida de con· ducción por aire. El rango del dial de pérdida auditiva se extenderá desde -10 db (por debajo del umbral) en intervalos de 5 db, o menos, hasta por lo menos los valores dados en la tabla 1. Cada diferencia medida (intervalo) entre lecturas de pérdida auditiva sucesivas no diferirá del intervalo nominal, en decibelios, en más de 0,3 del intervalo en cada una de las frecuencias indicadas anteriormente. Esto es, si el intervalo nominal obtenido es 5 db, el intervalo medido no será menor de 3,5 db o mayor de 6,5 db. Los intervalos se determinarán midiendo la entrada eléctrica del audífono, con el audífono acoplado al acoplador mostrado en la figura 1.

3.5. Salida de presión de sonido de los audífonos de conducción por aire. Las medidas de la salida de presión de sonido de los audífonos de conducción por aire se realizarán con un acoplador mostrado en la figura 1. La presión de sonido producida por los audífonos en cada lectura de pérdida auditiva no diferirá del valor indicado, referido al umbral normal, en más de 4 db en las frecuencias indicadas de 125, 250,

AJUSTE DESUZANTE PARA EL MICROFONO

AUDIFON SITUADO AQUI

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I

0.713845°

0.06

ruso CAPILAR

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0.04 ALAMBRE

CASQUETE DE LA TON CLAVIJA tiE CONTACTO

MICROFONO DE PRESION NORMAUZADO PROTECTOR CONECTADO A TIERRA

AL AMPLIFICADOR

+

FIG. 1.

TODAS LAS DIMENSIONES EN

CENTIMET~OS

Acoplador para uso con audífonos de conducción aérea.

500, 1000, 2000, y en más de 5 db en las frecuencias de 4000 y 8000 cps. Las presiones de sonido correspondientes al umbral normal han sido determinadas por varios tipos de audífonos por la Oficina Nacional de Normalización, y están basadas en las determinaciones de umbral hechas por el Servicio de Salud Pública de EE. UU. Las determinaciones de umbral están publicadas en los Informes preliminares de las series de estudios auditivos de examen de la salud nacional, Boletín 5, pág. 10, 1935-1936. 3.5.1. Variación de voltaje de línea. El nivel de salida acústica, fijado en 60 db, no variará más de ± 1 db de su valor en el voltaje de línea de 117 voltios, cuando el voltaje de línea varíe desde 105 a 125 voltios. En audiómetros diseñados para fuentes de po-

177 12

Tabla 1 Lectura de frecuencias, cps

Lecturas de pérdidas, db Umbral anterior

125 250 500 1000 2000 4000 8000

65

80 85 95 95 90 75

tencia de otros voltajes, el nivel de salida no variará más de ± 1 db de su valor en voltaje de línea normal, cuando el voltaje varíe una proporción equivalente por encima y por debajo del voltaje normal. 3.5.2. Balance de sonoridad. Las presiones de sonido en este acoplador, que corresponde al umbral normal de algún tipo particular o configuración de audifono, están determinadas por el balance sonoro con un audifono * normalizado de laboratorio. La prueba de balance de sonoridad deberia realizarse por un jurado o por 10 menos por seis personas con audición normal. Las presiones de umbral ** de este audifono se muestran en la tabla 2. Tabla 2.

Presiones umbral del audífono normalizado de laboratorio *

Frecuencia, cps

Presión, db, por encima de 1 dinafseg cm

125 250

-19,5 -34,4

500

-49,2

1000 2000 4000 8000

-57,3 -57,0 -58,9

-53,1

• Estas presiones se aplican sólo al audifono eléctrico occidental tipo 705-A.

3.5.3. Medida de salida de la presión de sonido. La salida de presión de sonido del audiómetro se medirá directamente fijando la pérdida auditiva en 60 db. Se puede obtener la salida de presión de sonido en todas las demás posiciones del dial de pérdida auditiva combinando las presiones medidas en 60 db con los resultados de las medidas de los intervalos de pérdida auditiva, hechos bajo la sección 3.4. Se debe medir acústicamente en niveles prácticos, si el equipo es capaz, y se medirá eléctricamente en todos los otros niveles. • El audifono Western Electric 705-A ha sido encontrado adecuado como un audifono de laboratorio normalizado. ** Estas presiones de umbral han sido determinadas por comparación con los audífonos usados en la National Health Survey Hearing Study.

178

3.6. Armónicos en la salida de audífonos de conducción por aire. La presión del sonido de la señal fundamental estará, como mínimo, 25 db por encima de la presión de sonido de cualquier armónico. El armónico se medirá en las frecuencias y lecturas de pérdidas auditivas indicadas en la tabla 1, incluso aunque algunos audiómetros puedan ser diseñados con intensidades máximas más altas. Las medidas se harán con el acoplador mostrado en la figura 1. Las exigencias de la distorsión se aplicarán a todos los niveles superiores a los valores mostrados en la tabla 1, pero normalmente se medirán en los valores mostrados en la tabla l. 3.7. Ruido en audífonos de conducción por aire. La presión de sonido ponderada rms, producida por el audífono en el acoplador de la figura 1, debido a todas las frecuencias, excepto la señal de frecuencia y sus armónicos, será en cualquier caso menor que 1 X 10- 3 dinasfseg cm, o, por lo menos, estará 60 db por debajo de la presión del sonido debido a la frecuencia de la señal y sus armónicos, en todas las frecuencias específicamente señaladas y posiciones del dial de pérdida auditiva.

~ 20 ~ffi

1111 1111 1111

j;- o

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a: U

;g -20

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V

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1'\ ll~

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FIG. 2.

Respuesta de frecuencia de presión característica del equipo para medida del ruido en audifonos de conducción por aire.

~~ ~f3

!¿Jll::

~~

11

liJj= II

-60

11

-80

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11 -\00

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\0,000

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

3.7.1. Medida de prestan sonora ponderada. La medida de presión sonora ponderada se hará con un equipo que tenga las características de respuesta de presiónfrecuencia expuestas en la figura 2. La presión de sonido ponderada, debido a cualquier distribución de frecuencia de energía de sonido, será la presión del sonido debida a un sonido a 1000 cps, que dé la misma lectura en el equipo.

3

~14'OOO_ ~

12,000 \0.000 u ... 8000 ~~ 6000 ~~ 4000 ~ 2000

S

~

~

00

\000

2000

3000

4000 5000

FRECUENaA EN CIa.DS POR SEGUNDO

FIG. 3.

Red ponderada de frecuencia para medidas TIF.

3.7.2. Pruebas para el cumplimiento de los requerzmzentos del ruido. Las pruebas para el cumplimiento de los requerimientos de esta sección se harán con suministro de tensión TIF (factor de infuencia telefónica) de no menos de 80 o más de 120, si la fuente de corriente continua está especificada. Si la fuente de corriente alterna está

179

especificada, el voltaje TIF no será menor de 15 o mayor de 25. Las características * ponderadas de frecuencia para las medidas TIF, se muestran en la figura 3. Todas las pruebas para el cumplimiento con los requerimientos de ruido de esta sección deben hacerse con el oscilador desconectado con el restante circuito audiométrico, operando en condiciones normales. 3.8. Receptores por conducción ósea. Los receptores de la conducción 6sea no radiarán sonido hasta que el sonido recibido por el tímpano, a través del meato auditivo, pueda influir en la validez de la medida de la conducci6n 6sea. Según juzga un observador con audici6n normal, el sonido recibido en el oído por radiaci6n aérea desde el hueso conductor tendrá un nivel sensitivo, por lo menos, de 5 db por debajo del nivel que el receptor produce por la conducci6n 6sea, cuando entra en contacto con la cabeza. Esta medida está hecha de esta forma:

El umbral de la conducci6n ósea se determina de manera usual. Entonces, con el receptor en la misma posici6n, aproximadamente, que en la medida umbral, el elemento conductor o área de contacto se cubre con el extremo del dedo del operario para crear un cierre comparable al creado cuando el receptor está sobre el mastoides. Habría que tener cuidado para que no haya contacto directo entre el dedo y el cráneo. e) El umbral en el cual cualquier sensaci6n auditiva es percibida, debe ser anotado, y estaría al menos 5 db por encima del umbral directo de la conducci6n 6sea. d) Un jurado de, por lo menos, seis personas, con audici6n normal, realizarán esta . prueba tomando la media de los resultados. La determinación de la radiaci6n aérea de receptores de conducci6n 6sea no está exigida en las frecuencias por encima de 2000 cps. a) b)

3.9. Riesgo de sobretensión. Los audi6metros estarán libres de sobretensiones eléctricas. Se considerará que existe riesgo de sobretensi6n en una parte expuesta si el potencial del circuito abierto es mayor de 25 voltios, y la corriente, con una resistencia de 1500 ohm, es mayor de 5 mA. 3.10. Audiograma en hechas con audi6metro, serán las frecuencias en nadas serán las pérdidas la escala de frecuencias auditiva.

blanco. Los resultados de las medidas de pérdida auditiva serán proyectadas sobre un papel cuadriculado. Las abscisas tiempos por segundo sobre una escala logarítmica y las ordeauditivas en decibelios sobre una escala lineal. Un octavo sobre será la misma distancia que 20 db sobre la escala de pérdida

3.11. Interruptor tonal. El interruptor tonal será diseñado y construido de modo que, durante la operaci6n, ninguna frecuencia transitoria o extraña sea audible para la audici6n normal. Es recomendable que después de la operaci6n del conmutador, el tiempo requerido para que el tono de prueba se eleve a un valor que esté dentro de ± 1 db de la presi6n de sonido requerido no sea menor de 0,1 seg ni mayor de 0,5 seg.

* Una descripci6n completa de la manera en que se hacen las medidas del factor de influencia telef6nica está contenida en un escrito de J. M. Barstow, P. W. Blye y H. E. Kent, Trans. Am. Inst. Elec. Engrs., 54: 1307 (1935). 180

Capítulo 7

LA PERDIDA DEL 0100 COMO CONSECUENCIA DE LA EXPOSICION AL RUIDO WAYNE RUDMOSE,

PH.D.

Southern Methodist University y Rudmose Associates, ¡ne.

INTRODUCCION

La medida de los efectos del ruido sobre la audición tiene una larga historia. Ya en 1880 se hizo una referencial de algunos efectos de los ruidos producidos por el ferrocarril sobre el oído. Otros2•3•4 se ocuparon del problema de la sordera entre los caldereros hacia 1890. De hecho, por ]0 menos una centena de autores había escrito uno o más trabajos a cuenta de los efectos de los ruidos sobre la audición. Una «Bibliografía sobre la audición»5 contiene prácticamente todas las referencias hasta 1952. A pesar del interés de tanta gente, nadie tuvo oportunidad de examinar la gran cantidad de datos que contenían suficiente información relevante sobre el problema para establecer relaciones entre la pérdida de la audición y la exposición a los ruidos hasta la creación del Comité Z24-X-2 de la American Standard Association en 1952. Como resultado de la cooperación de las industrias con este Comité, los datos pudieron aprovecharse para su análisis, y los resultados de los estudios de este Comité están contenidos en la publicación «Las relaciones entre la pérdida del oído y la exposición a los ruidos».6 Gran parte de la información contenida en este trabajo se reproduce en este capítulo: sin embargo, nuevas interpretaciones son presentadas del modo en que puedan ser más beneficiosas para la industria. En muchos de nuestros estados federales rigen leyes que tratan la sordera ocupacional solamente como una lesión traumática (véase Cap. 38). En algunos de estos estados el concepto de lesión traumática, normalmente asociado a un accidente repentino, del cual se deriva una pérdida parcial o total de la audición, se ha ampliado hasta incluir los casos en que se advierte una progresiva pérdida de audición en pocos días, a causa de la exposición a algunos ruidos infrecuentes. Este capítulo no considera las lesiones traumáticas, sino la pérdida de audición debida a la exposición continua a los ruidos. Como se verá más tarde, no parece que haya soluciones viables sobre la relación funcional entre la pérdida de la audición y la exposición a los ruidos, al menos con los ruidos que la industria produce actualmente. Por tanto, no existe simplemente un nivel de exposición a los ruidos más allá del cual la pérdida de audición súbitamente pase de insignificante a importante. Con 10 que el problema automáticamente queda envuelto en un cierto grado de incertidumbre. 181

A pesar de todo, la industria debe tener tantas respuestas positivas como sea posible. No obstante, estas respuestas pueden conducir a una interpretación errónea, ya que los resultados pueden separarse del contexto y usarse incorrectamente si las frases que los modifican no se colocan siempre en yuxtaposición para compensar esas acciones. Especialmente desde que el tema de la sordera ocupacional está estrechamente ligado a los procedimientos legales, una gran cantidad de términos verbales se asocian con escritos sobre esta materia. Esta exposición está hecha a fin de evitar esa verborrea. Los datos aportados son, en general, aproximaciones, y en algunos casos representan extrapolaciones o interpretaciones que no pueden ser plenamente justificadas por el momento. Se han empleado métodos estadísticos, y en tales casos la información sirve de guía a las empresas en 10 que respecta a grupos de empleados. Se han establecido algunos resultados en términos de estimaciones proporcionales, tantos por ciento, etc. Tales resultados no pueden ser aplicados individualmente: esto debe tenerse siempre presente. En materia de higiene industrial, siempre existe la cuestión: «¿cuál es el nivel de seguridad7»; 10 mismo ocurre con el problema de la sordera ocupacional en relación con la exposición al ruido. Se han publicado varios criterios o sugerencias para aplicar normas relativas al problema. 7-1o Al mismo tiempo que el Comité Z24-X-2 de la ASA comenzó su estudio, todos los criterios publicados hasta la fecha se estudiaron a fondo, como una de las primeras actividades de dicho Comité. Los resultados de esta investigación llevaron a la conclusión de que todos los criterios aplicados hasta esa fecha fueron esencialmente «buenas elucubraciones» de individualidades bien dotadas. Pero las «elucubraciones» dejaban mucho que desear.u Por desgracia, el asunto de los criterios permanece irresuelto, pero con las recientes recomendaciones de un comité consultivo médico,12 se han dado los primeros pasos a fin de permitirnos una aproximación más realista al problema si la exposición al ruido se limita a un área en la que puede aprovecharse una gran cantidad de información. Para un mejor entendimiento del contenido de este capítulo, será beneficioso algún conocimiento sobre las características físicas del sonido, los procedimientos para determinar el umbral de la audición y los métodos de medición de los ruidos. Tales materias se tratan en los capítulos 2, 6 Y 17, respectivamente. En general, los ruidos en la industria se miden en términos de niveles de presión sonora existentes dentro de ciertos límites de frecuencia. Cuando los niveles de presión sonora se representan en bandas de octavas, el gráfico resultante se denomina «espectro de octavas». La capacidad auditiva de un empleado se mide dentro de un intervalo de frecuencias mediante la determinación del nivel de presión sonora de un tono puro más débil que es capaz de oír a cada frecuencia seleccionada para la prueba. Los datos provenientes de estas mediciones, cuando se representan gráficamente, constituyen un «audiograma». Finalmente, el tercer elemento a considerar en el problema es el espacio de tiempo que el empleado soporta el ruido, 10 que se llama exposición. Las siguientes explicaciones sobre la naturaleza general de la relación entre la pérdida de audición y la exposición a los ruidos recogen el promedio de los

182

datos obtenidos de la medición de la capacidad auditiva de un grupo de personas -,no son, en general, aplicables a un individuo-. Las pérdidas de audición tienden a crecer cuanto mayor sea la exposición. Si el grupo es apartado del ruido, las pérdidas de audición tienden a disminuir. No obstante, si la exposición es repetida una y otra vez, las pérdidas de audición se convierten en permanentes, y el alejamiento del ruido no restablecerá completamente la audición hasta su valor previo a cualquier exposición. Las pérdidas de audición debidas a la exposición a los ruidos tienden a alcanzar un máximo para frecuencias en un intervalo de tres mil a seis mil ciclos por segundo, para cualquier exposición dada. Las pérdidas de audición son normalmente menores en pruebas con frecuencias superiores o inferiores al intervalo citado. Por esta razón, si el audiograma medio de un grupo muestra una pérdida máxima de audición para los 4000 cps, uno puede deducir generalmente que esta pérdida de audición se debe a una exposición de ruidos. Uno de los primeros puntos que debe fijarse es que esta pérdida de audición, medida en función de la frecuencia, no es la representación del espectro de los ruidos. Es más, los ruidos de alta frecuencia no producen pérdidas de audición para baja frecuencia. Dentro de los límites habituales, los ruidos industriales tal y como son hoy producen esencialmente el mismo tipo de pérdida de audición, independientemente del carácter del ruido. El que los ruidos sean de diferentes clases simplemente modifica la gravedad de la pérdida de la audición, no la naturaleza intrínseca de dicha pérdida. Por esta razón, un ruido que suene «fuerte» o «mezclado con la conversación» puede no estar produciendo una gran pérdida de capacidad auditiva, en contra de la reacción natural de los empleados que piensan que éste es un ruido que debe ser evitado. Por otra parte, un ruido menos fuerte puede estar causando más daño al oído. En cierto modo, uno «no puede confiar a sus ignorantes oídos» el cálculo de la potencialidad de un ruido para producir una pérdida de audición permanente. El concepto de sordera ocupacional se refiere a la capacidad de los empleados para comprender la palabra -,no, por ejemplo, a la capacidad de esos empleados para captar la música de alta fidelidad-. La naturaleza de la palabra es tal que solamente los valores de la pérdida de audición en un intervalo de frecuencias entre 500 y 2000 cps son importantes. Las pérdidas de audición por encima o por debajo de este intervalo limitado no afectan apreciablemente a la capacidad para entender la palabra. Verdaderamente, las pérdidas de audición por debajo de los 500 cps son normalmente menores, o en todo caso iguales a las producidas a los 500 cps. Sin embargo, las pérdidas de audición producidas por encima de los 2000 cps pueden ser mucho mayores que las producidas a 2000 cps. Este hecho, unido a que los ruidos a alta frecuencia no producen pérdidas de audición a baja frecuencia, nos lleva a la conclusión de que, en lo que a la percepción de la palabra se refiere, es el nivel de ruido por debajo de 1000 cps el importante. Los ruidos por encima de 1000 cps producen un pequeño efecto, en la sordera, en lo que se refiere a la percepción de la palabra, o ni siquiera lo producen. Otro rasgo destacable es que existen tremendas diferencias entre las pér-

183

didas de audición medidas en personas que han sufrido exposiciones iguales a un ruido dado. Algunos pueden no sufrir pérdidas auditivas, mientras que otros pueden sufrirlas de gravedad. Esta variación en la susceptibilidad hace más difícil el cálculo de la gravedad en una exposición a ruidos. Hasta el momento no existen otras pruebas aceptables para determinar la susceptibilidad salvo, en todo caso, repetir la audiometría. Repitiendo las pruebas de la capacidad auditiva a intervalos razonables de un año o menos, el empleado altamente sensible puede ser detectado mediante la verificación del cambio en la pérdida de audición medida a frecuencias por encima de 2000 cps, donde los cambios se producen en una mayor proporción al incrementarse la exposición.

DEFINICIONES

El ruido (Noise) ha sido definido en el capítulo 1 como cualquier sonido no deseado. Otras definiciones, en relación con este capítulo, son: El ruido continuo (Steady noise) se caracteriza porque su nivel de incidencia sonora, medido en la banda de octavas, no fluctúa con rapidez a lo largo del tiempo. Este requisito se satisface igualmente si las fluctuaciones ocurren en un intervalo de pocos decibelios por segundo. Las máquinas rotativas y alternativas producen usualmente ruidos continuos. El ruido entrecortado (Impulse noise) se caracteriza de modo que su nivel de incidencia sonora, medido en la banda de octava, fluctúa dentro de un margen moderado; es decir, mayor que unos pocos decibelios por segundo. El martilleo constante, el remache, etc., tipifican tales fuentes de ruido. El ruido de impacto o súbito (Impact noise) se caracteriza porque su nivel de incidencia sonora, medido en la banda de octavas, fluctúa con el tiempo dentro de un intervalo lo suficientemente grande. El golpe en la fragua, un martillazo aislado, etc., son ejemplos de causas que producen este tipo de ruido. Un espectro de octavas (Octave spectrum) de ruidos es la tabulación de los niveles de incidencia sonora medidos en bandas consecutivas de frecuencia, cada una de ellas de una octava de amplitud. En la actualidad lo que se hace en muchos casos de ruido industrial es medir el ruido hasta los 10000 cps, más o menos, y dividir este intervalo en siete u ocho bandas de octavas. Umbral de un tono puro (Pure tone treshold) es el mínimo nivel de incidencia sonora de un tono puro que puede ser oído cuando ningún ruido que lo cubra esté presente. Un ruido «encubridor» es aquel que interfiere con la medida del umbral. Pérdidas de audición (Loss of hearing) son aquellos cambios irreversibles en el umbral que constituyen una permanente desviación de una específica «línea de bajos» (Base line). Normalmente la «línea de bajos» es el umbral «norma!», pero a veces se considera una «línea de bajos biológica». El umbral normal (Normal threshold) se define aquí como el promedio de los umbrales de un grupo de individuos entre los dieciocho y los treinta años, que no tengan disfunciones otológicas y que no hayan estado expuestos nunca 184

a ruidos excesivos. Para una más completa discusión de este concepto, véase el capítulo 6. Línea de base biológica (Biological base line). Algunos de los datos sobre pérdidas de audición en la industria usados en el informe Z24-X-2 fueron tomados en condiciones en las que no hubo oportunidad de verificar la calibración de los instrumentos empleados. Debido a estas condiciones inevitables, se aplicó una línea de base biológica para corregir la calibración. En lugar de usar el valor absoluto de los datos audiométricos se formó un grupo de control seleccionando a personas, todas ellas por debajo de los treinta años, que no hubieran estado expuestas a ruidos excesivos durante su trabajo regular, y que fueron sometidas a una prueba con el equipo en cuestión. El audiograma promedio de este grupo de control se convirtió en la «línea de base biológica», o «audición norma!», para personas examinadas con este equipo. El usar un grupo de control y establecer de este modo una «línea de base biológica» tiene muchas ventajas. 13 Cambio transitorio del umbral (Temporary treshold shift) es cualquier cambio en el umbral que no es permanente con el tiempo. Es cierto, generalmente, que cualquier persona expuesta a ruidos moderados o intensos sufrirá una pérdida temporal de audición a algunas frecuencias. Cuando la persona permanece alejada del ruido, el cambio en el umbral disminuye y, en general, llega a valer cero. Las cuestiones de qué fracción de la pérdida de audición individual es transitoria y cuánto tiempo se necesitará para que la pérdida temporal disminuya hasta cero no pueden ser resueltas por el momento. Exposición (Exposure) es el período de tiempo en que los empleados están sometidos a un ruido. La exposición continuada (Continuous exposure), expresada normalmente en años, denota el tiempo que los empleados están sometidos al ruido a lo largo de su horario regular de trabajo. Hay que tener en cuenta el hecho de que un empleado está normalmente sufriendo el ruido ocho horas de las veinticuatro diarias; que durante estas ocho horas existen el «cuarto de hora», la interrupción para la comida, etc., y que hay vacaciones, permiso por enfermedades, etc. La exposición intermitente (Intermittent exposure) se refiere a la que no puede ser clasificada como continuada. Por ejemplo, un piloto de líneas aéreas vuela bastantes horas un día y posiblemente nada en absoluto al día siguiente. Obviamente, hay muchos casos de exposición en las que el grado de intermitencia es difícil de calcular. La correlación entre los datos tomados en tales condiciones y los correspondientes a una exposición continuada, o a diferentes grados de exposición intermitente debe llevarse a cabo con mucha precaución. Octava especial (Sorting octave) es el nombre arbitrario dado a una determinada octava. En el análisis de los datos del Z24-X-2 se mostró que la pérdida de audición a una frecuencia dada producida por exposición a ruidos se corresponde mejor con el nivel de incidencia sonora en una determinada octava que en cualquiera de las otras bandas de octava. A esta octava se le llamó actava especial.

185

Curvas de tendencia (Trend curves), éste es el nombre dado a un conjunto de líneas que son útiles para estimar el valor de la pérdida de audición a consecuencia de la exposición a ruidos. Hasta que tales relaciones se establezcan adecuadamente mediante hechos empíricos, la palabra «tendencia» parece servir para indicar la naturaleza aproximada de la relación. La pérdida media de la palabra (Speech average loss) -pérdida de audición de la palabra- es el valor de la media aritmética de las pérdidas de audición medidas a 500, 1000 Y 2000 cps, tanto las pérdidas de audición para una persona como las «pérdidas medias de la palabra» se expresan en decibelios. La pérdida de audición de la palabra (Speech hearing loss) es la diferencia en decibelios entre los niveles de la palabra a los cuales el oído normal medio y el oído defectuoso, respectivamente, obtienen la misma intelegibilidad.

PRESBIACUSIA

Presbiacusia es la pérdida normal de audición a causa del incremento de la edad. A medida que una persona se va haciendo mayor, sufre unas pérdidas de audición a las más altas frecuencias, aunque no haya estado expuesta a ruidos. Las pérdidas de audición media atribuibles a presbiacusia se incrementan con el aumento de la frecuencia; no obstante, no hay «saltos» como los observados frecuentemente en los gráficos de las pérdidas auditivas medias a consecuencia de la exposición a ruidos. Mucha gente desarrolla la mayor parte de su trabajo en lugares ruidosos, y trabajando aún llegan a una edad en la que algunas pérdidas auditivas se consideran el resultado normal del proceso de envejecimiento. Sería ciertamente ilógico atribuir a los ruidos esta parte de las pérdidas de audición que, de acuerdo con lo esperado, ocurrirían en cualquier caso. La contribución de la presbiacusia a las pérdidas de audición en los grupos debe ser eliminada, a fin de obtener relaciones consistentes entre las pérdidas auditivas y la exposición a los ruidos. Las curvas de la presbiacusia para hombres y mujeres se muestran en las figuras 7.1 Y 7.2. Al efectuar la corrección para la presbiacusia, los efectos de la edad se diferencian de los del ruido por un simple proceso de sustracción. Este método implica suponer algo que podría reconocerse explícitamente, a saber, que las pérdidas de audición que resultan de la exposición a los ruidos y de la presbiacusia y las irreversibles producidas por ruidos son del mismo tipo; se les llama «sordera nerviosa» o «perceptiva». El patólogo no podría distinguir entre las dos ni con ayuda del microscopio; ambas suponen la pérdida permanente de algunas células sensoriales y sus fibras nerviosas. No existe una razón para suponer que la presbiacusia protege al oído de dolencias posteriores debidas a los ruidos, como se cree que hace la otosclerosis. Por otra parte, tampoco existe indicación de que la presbiacusia haga al oído más sensible a cualquier dolencia. Ya que las relaciones entre las pérdidas auditivas y la exposición a los ruidos, así como los datos sobre la presbiacusia se miden estadísticamente, es lógico que la corrección debida a la presbiacusia se aplique como una correc-

186

ción estadística. Así, pues, para la determinación de las pérdidas auditivas de un grupo de hombres, considerando un tiempo de exposición medio y una edad media, la corrección por presbiacusia se determina para esa edad media, y entonces se resta de la pérdida de audición media bruta. Esta diferencia representa la pérdida de audición media debida a los ruidos.

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FIG. 7.1.

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Curvas de la presbiacusia para los hombres: pérdidas medias de audición previsibles con la edad. Estas curvas están trazadas según los datos obtenidos de un amplio grupo de población,14.15,20 En estos estudios, la línea de referencia (la pérdida de audición cero) fue la pérdida de audición media en el grupo entre dieciocho y treinta años de edad. (Según el in-

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7.2. Curvas de la presbiacusia para las mujeres: pérdidas de audición medias previsibles con la edad. Estas curvas son similares a las de la figura 7.1, con la diferencia de que no existieron datos sobre las mujeres en uno de los exámenes,20 y estas curvas están basadas en los otros dos exámenes,14,l5 (Según el informe ASA Z24FIG.

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EXPOSICION CONTINUADA A RUIDOS CONTINUOS

Nuestro conocimiento es mucho mayor para el caso de exposición continuada a ruidos continuos. Las relaciones entre la pérdida de audición y la exposición continuada a ruidos industriales continuos se muestra en las figuras 7.3, 7.4 Y 7.5. Estas curvas, a las que nos hemos referido c~o «curvas de tendencia», representan la condensación de una gran cantidad de datos, lo que supone algunas limitaciones en su uso, limitaciones que deben tenerse en cuenta por quien las aplique. La figura 7.3a muestra la pérdida de audición media en decibelios a 1000 cps para un grupo de empleados que hayan estado expuestos continuamente a ruidos continuos durante un tiempo dado de exposición. Una de las limitaciones citadas anteriormente es que estas curvas sólo son aplicables a ruidos continuos en los que el resultado del análisis de su espectro de octavas cae dentro del área rayada representada en la figura 7.3b. La técnica para analizar 187

un ruido mediante el uso de filtros de bandas de octavas se describe en el capítulo 17. El problema de la identificación de qué nivel de octava de los varios posibles podría usarse, se simplifica mediante la introducción de la «octava especia!». Los niveles de incidencia sonora en la octava especial dan (f)

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FIG. 7.3. Curvas de tendencia media estimadas para la pérdida de audición neta a 1000 cps tras una exposición continuada al ruido continuo; corregidas para la presbiacusia; no corregidas para cambios transitorios en el umbral. Las líneas discontinuas son extrapolaciones. Adviértase que la escala del tiempo de exposición comienza en 1 año y es logarítmica. El área rayada de la figura 7.3b representa los límites de los espectros en que estas curvas de tendencia están basadas. El área cuadriculada representa la octava especial. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6)

la cifra que mejor relaciona la pérdida de audición con la exposición a ruidos. La significación de la octava especial puede aclararse mediante el siguiente ejemplo. Ejemplo

Como aplicación de las figuras 7.3, 7.4 y 7.5, supongamos que un grupo de empleados trabaja durante 20 años bajo un ruido industrial dado. La edad media de estos empleados tras los 20 años de exposición puede tomarse arbitrariamente como de cincuenta

188

años. Supongamos que el análisis de octava de los ruidos muestra que el nivel de incidencia sonora en la banda de 300 a 600 cps (la {( octava especial» en este gráfico) es de 95 db. 1. Para determinar la pérdida a 1000 cps, entraremos en la figura 7.3 por la abscisa correspondiente a 20 años de exposición; seguiremos esta línea vertical de exposición hasta cortar la línea señalada con 95 db, el nivel de incidencia sonora para la octava especial; es decir, el nivel de la banda de la octava especial. La pérdida de audición que corresponde a la intersección es de 12 db, aproximadamente. Esto representa la pérdida media del grupo debida a la exposición a ruidos. Para determinar la pérdida media total del grupo debe añadírsele la corrección para la presbiacusia. De la figura 7.1 obtenemos que la pérdida de audición media a 1000 cps, para la edad media de cincuenta años, es aproximadamente 5 db. Por tanto, de nuestro hipotético grupo de empleados podría esperarse una pérdida total media de (12+5)=17 db a 1000 cps. 2. De la figura 7.4 obtenemos que, a 2000 cps, la pérdida de audición media es -5 U> C\. (,)

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FIG. 7.4.

Curvas de tendencia media estimadas para la pérdida de audición neta a 2000 cps tras una exposición continuada al ruido continuo; corregidas para la presbiacusia; no corregidas para cambios transitorios en el umbral. Las líneas discontinuas son extrapolaciones. Adviértase que la escala del tiempo de exposición comienza en 1 año y es logarítmica. El área rayada de la figura 7Ab representa los límites de los espectros en que estas curvas de tendencia están basadas. El área cuadriculada representa la octava especial. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6)

189

de 18 db. La corrección por presbiacusia para 2000 cps y cincuenta años de edad es de 11 db. Sumando estas dos cifras obtenemos una pérdida media total de audición de unos 29 db t a 2000 cps. 3. Siguiendo un proceso semejante, la pérdida de audición a 4000 cps puede determinarse aplicando la figura 7.5. Adviértase que en este caso la octava especial es diferente; es el nivel de incidencia sonora en la banda de 1200 a 2400 cps. Supongamos que el nivel en esa banda es 85 db. Para una exposición de 20 años, la pérdida media de

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7.5. Curvas de tendencia media estimadas para la pérdida de audición neta a 4000 cps tras una exposición continuada al ruido continuo; corregidas para la presbiacusia; no corregidas para cambios transitorios en el umbral. Las líneas discontinuas son extrapolaciones. Adviértase que la escala del tiempo de exposición comienza en 1 año y es logarítmica. El área rayada de la figura 7.5b representa los límites de los espectros en que estas curvas de tendencia están basadas. El área cuadriculada representa la octava especial. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6)

FIG.

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audición es de unos 26 db. La corrección por presbiacusia es de 20 db, lo que da un total de 46 db, a 4000 cps. Por tanto, el hipotético grupo anterior tendría unas pérdidas medias de audición de 17, 29 y 46 db a 1000, 2000 y 4000 cps, respectivamente.

Cálculos similares pueden hacerse para cualquier otra industria que cumpla las limitaciones impuestas a las curvas de tendencia. En la actualidad, el análisis completo de octavas para ruidos continuos podría tomarse para asegurar al que aplica las curvas de tendencia que el ruido está dentro de los límites dados en las partes b de las figuras 7.3 a 7.5. Una vez que esto se ha determinado, podrán entonces obtenerse los niveles de incidencia sonora en las bandas de 300 a 600 cps y de 1200 a 2400 cps, que son los empleados en la estimación de las pérdidas medias de audición. Una segunda limitación en el empleo de las curvas de tendencia consiste en que las extrapolaciones no deberían hacerse para niveles que excedan en más de 5 db los representados en los gráficos. No hay, a priori, razones suficientes para creer que la forma de las curvas de tendencia permanece constante al aumentar los niveles de incidencia sonora en la octava especial. Una tercera limitación es que la exposición al ruido debe satisfacer la definición de exposión continuada. La intermitencia en la exposición no puede interpretarse, por ahora, como el equivalente de la suma de exposiciones continuadas. Una cuarta limitación es que las curvas de tendencia solamente pueden usarse para determinar la pérdida media de audición de un grupo de personas expuestas a ruidos. Las variaciones individuales en la sensibilidad a la exposición a ruidos son tan grandes como para recubrir considerablemente las curvas mostradas para otros niveles de octavas. El hecho de que dos curvas de tendencia estén separadas por sólo 7 db, por ejemplo, no significa que la distribución total de las pérdidas de audición para el grupo de empleados se limite a 7 db. Este punto se estudiará con detalle más adelante. Una quinta limitación es que las pérdidas de audición mostradas en las curvas de tendencia tienen una componente transitoria y otra permanente. La fracción de las pérdidas de audición que es transitoria no se ha establecido aún; no obstante, datos posteriores permitirán una estimación razonable de la parte transitoria de la pérdida total. Debe advertirse que las curvas de tendencia para el cálculo de las pérdidas auditivas a 500 cps no han sido dadas, pues algunos de los datos a partir de los cuales se desarrollaron originalmente las curvas de tendencia no eran muy exactos, debido a la presencia de ruidos «encubridores» en el recinto de la prueba. De este modo, la omisión de las curvas de tendencia a 500 cps se debe a la falta de datos, y no a la idea de que tales curvas no fueran importantes. Distribución estadística de las pérdidas auditivas

Ya que las curvas de tendencia muestran las pérdidas medias de audición, la utilidad de tales datos es limitada. La experiencia ha -demostrado que algunas personas que están expuestas a los ruidos desarrollan pérdidas de audición que han de compensarse económicamente bajo condiciones en que el empleado

191

medio, expuesto al mismo ruido durante el mismo período de tiempo, tiene pérdidas de audición no compensables. Para determinar la gravedad de la exposición a ruidos, se requieren unas relaciones que, de alguna manera, hagan corresponder la distribución de las pérdidas de audición con la pérdida auditiva media. Con estas relaciones, las pérdidas de audición igualadas o excedidas por, digamos, el 20 por 100 de los empleados, pueden ser calculadas. Los datos industriales no son aún lo suficientemente válidos como para permitir el establecimiento de tales relaciones para personas expuestas a los ruidos. No obstante, existen datos aprovechables obtenidos en varias ferias universales y regionales que pueden aplicarse. Una función de distribución obtenida de estos datos no debe aplicarse en los casos que se refieren a la exposición a ruidos sin tener en cuenta que pueden producirse respuestas erróneas. Sin embargo, tales funciones de distribución pueden ser extraordinariamente útiles. Hay una evidencia grande que indica que la distribución igual, y posiblemente mayor, sobre las pérdidas auditivas superiores a la media de los datos de las personas expuestas al ruido tiene al menos una «incidencia» que aquella que se obtiene de la distribución de los datos para personas no expuestas al ruido. Este conocimiento permite actuar adecuadamente extrapolando los datos obtenidos de una distribución que se basa en personas no expuestas a ruidos. 7

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FIG. 7.6.

Relaciones entre la pérdida media de audición de un grupo y la igualada o excedida por el 20 por 100 del grupo. Las líneas continuas están basadas en los datos de una feria y las cruces representan datos de grupos expuestos a ruidos continuos. Las frecuencias asociadas a las curvas son aquellas con arreglo a las cuales se han calculado los promedios. El gráfico debería restringirse a los casos en que la exposición es continuada para ruidos continuos con niveles menores de 100 db en la octava de 300 a 600 cps. El valor medio de las pérdidas de audición deben incluir los efectos de la presbiacusia. (De la Ret. 21.)

Datos obtenidos en la Feria Mundial de 1940,14 la Feria del Condado de San Diego de 1950 15 y la Feria del Estado de Wisconsin de 195416 se han usado para obtener la información representada en la figura 7.6. Las líneas continuas están basadas en los datos de la Feria. Estas funciones muestran que, para pérdidas de audición medidas dentro del intervalo de frecuencias entre 1000 y 4000 cps, el 20 por 100 sufre aproximadamente el doble de la pérdida media de audición, al menos mientras que el valor de esta última esté por debajo

192

de los 20 db. También, la incidencia de las pérdidas de audición sobre su valor medio se incrementa con la frecuencia dentro del citado intervalo: no obstante, la diferencia en la incidencia no es muy grande. Las cruces de la figura 7.6 representan los datos obtenidos de casos aislados de personas expuestas al ruido. Para extraer algunas conclusiones cuantitativas sobre las diferencias en la distribución de la incidencia de las pérdidas de audición para los grupos expuestos y no expuestos a ruidos habría que obrar con cuidado. No obstante, puede deducirse por lo menos que la incidencia basada en los grupos expuestos al ruido es igual o mayor que la distribución basada en la población no expuesta al ruido. Usando la figura 7.6, el ejemplo de la sección anterior cobra más significado. Las pérdidas medias de audición para este grupo de cincuenta años fueron 17, 29 Y 46 db para los 1000, 2000 Y 4000 cps, respectivamente. Vemos ahora que el 20 por 100 podría esperar tener unas pérdidas auditivas iguales o mayores que 31, 49 Y 68 * db a los 1000, 2000 Y 4000 cps, respectivamente. Pérdida· de audición de un tono puro referida a la pérdida de la palabra

Las pérdidas de audición de nuestro grupo hipotético están expresadas en términos de variaciones en decibelios del umbral respecto del «norma!». Hasta que se adquiere suficiente experiencia, esta cifra de los decibelios no dicen mucho sobre la posibilidad de un individuo con esta pérdida auditiva de comprender la palabra. O sea, ¿qué handicap supone una pérdida auditiva de 31, 49 Y 68 db a 1000, 2000 Y 4000 cps7 Originalmente, la respuesta a esta cuestión se incluyó en el concepto de «porcentaje de la pérdida de audición». La experiencia demuestra que no existe, por ahora, una relación única entre las pérdidas de audición medidas usando tonos puros y el «porcentaje de la pérdida de audición». En 1946 se demostró en un gran número de observaciones clínicas que el simple significado aritmético (en decibelios) de las pérdidas de audición a 500, 1000 Y 2000 cps se corresponde mejor con la pérdida de audición de la palabraY Un poco más tarde (1950) se sugirió que el valor medio de los dos valores más pequeños de pérdidas auditivas medidas a 500, 1000 Y 2000 cps es un valor más satisfactorio para hacer corresponder la audiometría de un tono puro con la pérdida de audición de la palabra. 18 Se ha intentado introducir el concepto de índice de adecuación social para la audición; 19 no obstante, hasta ahora la tendencia es de usar el simple valor medio de las pérdidas de audición medidas a 500, 1000 Y 2000 cps, aquí llamado «pérdida media de la palabra», y que es el número que corresponde a la pérdida de audición a la palabra. El uso del término «porcentaje de la pérdida de audición» debería evitarse, independientemente del método de cálculo. Ya que las curvas de tendencia no se han desarrollado para una pérdida de ... Extrapolado. Este valor se toma conservadoramente, ya que el valor real de las funciones en la figura 7.6 debe alcanzar los 90 db (considerándose una sordera total) antes de que la abscisa alcance los 90 db.

193 13

audición a 500 cps, ha sido necesario obtener una relación entre la pérdida de audición a 1000 cps y la pérdida media de la palabra. La figura 7.7 está basada en datos de la Feria de Wisconsin 16 y en datos del Z24-X-2. 6 Por esta razón, el uso de este gráfico debe restringirse a casos de exposición continuada a ruidos continuos, y los niveles de incidencia sonora del ruido en la octava de 300 a 600 cps deben ser menores de 100 db. Las cruces en la figura 7.7 representan casos aislados tomados en grupos expuestos al ruido. La curva continua está basada en datos de grupos no expuestos al ruido, y a causa del gran tamaI DATOS DE LA FERIA DE WISCONSIN DATOS DE LOS EXPUESTOS AL RUIDO

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7.7. Relación entre el valor medio de las pérdidas medias de audición medidas a 500, 1000 Y 2000 cps y la pérdida bruta media de audición a 1000 cps. El uso de la curva se restringe a los casos de exposición continuada a ruidos continuos, con niveles de incidencia sonora menores de 100 db en la octava de 300 a 600 cps. (De la Ref. 21.) FIG.

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PERDIDA BRUTA MEDIA DE AUDICION A 1000 CICLOS POR SEGUNDO ( INCLUIDA LA PRESBIACUSIAI

ño de la muestra, podría considerarse de una alta validez. (Hay una evidencia, no obstante, que indica que el extremo superior de la curva puede ser dudoso). El hecho de que las cruces caigan dentro de un intervalo razonable de la curva continua indica que, para exposición a los ruidos como la indicada por los datos, estos datos de ruidos y los de no-ruidos están en correlación. Continuando con nuestro ejemplo, el 20 por 100 de los empleados tienen, a 1000 cps, una pérdida de audición igualo mayor de 31 db. La figura 7.7 permite la determinación de la «pérdida media de la palabra», que es igualada o excedida por el 20 por 100 del grupo. Esta «pérdida media de la palabra» es de 34t db. Por tanto, el 20 por 100 del grupo tiene una pérdida media de la palabra de 34~ db o más. Determinación del porcentaje de pérdida de audición compensable

El paso final en la evaluación de la gravedad de la exposición a ruidos experimentada por el hipotético grupo consiste en la determinación del posible coste de compensación a causa de la exposición. Naturalmente, este paso difiere de un estado federal a otro según estén reguladas las leyes de compensación en cada estado (véase Cap. 38). El estado de Wisconsin designó un Comité Médico Consultivo que hizo unas recomendaciones12 que pueden aplicarse para calcular el porcentaje de pérdida 194

de audición compensable si se conoce la «pérdida media de la palabra». La figura 7.8 es la representación de las tablas recomendadas por el Comité. Básicamente, el Comité reconoce el hecho de que existen efectos debidos al cambio transitorio en el umbral y a la presbiacusia que deben ser considerados. La figura 7.8b muestra el porcentaje de pérdida de audición compensable en función de la «pérdida media de la palabra» corregida. ~ 100

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FIG. 7.8. El Comité Médico Consultivo del Estado de Wisconsin relaciona el porcentaje de pérdida de audición compensable con la pérdida media de la palabra. Esta relación se muestra en (b). Antes de que la pérdida media de la palabra pueda aplicarse en el gráfico (b), debe ser corregida, teniendo en cuenta los efectos del cambio transitorio de umbral y de la presbiacusia. Estos factores de corrección están mostrados en (a). El factor de corrección se toma como 5 db para todas las edades por debajo de los cincuenta años. El factor de corrección debe restarse de la «pérdida media de la palabra» para obtener el valor corregido de la pérdida media de la palabra. (De la Ret. 21.)

Volviendo al ejemplo, vemos que la pérdida media de audición del grupo a 1000 eps fue de 17 db. Empleando la figura 7.7, la «pérdida media de la palabra» vale 19 db. Aplicando el factor de corrección de Wisconsin (5 db para cincuenta años) la «pérdida media de la palabra» corregida vale 19 - 5 = 14 db. Según el Comité, un individuo no recibe compensación hasta que la «pérdida media de la palabra» corregida no excede los 16 db. Por tanto, el empleado medio del grupo hipotético no sufre en veinte años de exposición una pérdida de audición suficiente que justifique ninguna compensación. Consideremos, no obstante, el 20 por 100 del grupo. La «pérdida media de la palabra» corregida, que es igualada o excedida por el 20 por 100 del grupo, vale 341 - 5 ~ = 29 db. De acuerdo con la figura 7.8b, el 20 por 100 del grupo tendrá pérdidas de audición compensables de un 20 por 100 o mayores *. Si esta pérdida ha ocurrido en un oído solamente, la compensación sería del 20 por 100 de su salario semanal durante un período de treinta y dos semanas. Si esta • Es completamente fortuito que el 20 por 100 del grupo pudiera sufrir el 20 por 100 o más de -pérdidas de audición compensables.

195

pérdida ha ocurrido en ambos oídos, entonces la compensación sería del 20 por 100, o más, de su salario semanal durante un período de sesenta semanas. La cantidad máxima de compensación no puede exceder la suma de 3500 dólares. Así, pues, para el hipotético grupo, el conocimiento de: 1) la edad media del grupo, 2) la duración de la exposición y 3) el espectro d.e octavas del ruido es todo lo que se requiere para llegar a la representación de la pérdida de audición compensable. El procedimiento ha sido esbozado paso a paso. No obstante, la figura 7.9 elimina la necesidad de llevar a cabo todos los pasos mencionados. Los cuatro gráficos de la figura 7.9 se refieren a empleados de treinta y cinco, cuarenta y cinco, cincuenta y cinco y sesenta y cinco años en Wo al ~ 40 r---.----r----y----, 40 r--......-----r-----,----, ~a:

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FIG. 7.9. Gráficos que muestran el porcentaje de pérdida de audición compensable (según las recomendaciones del Comité Médido Consultivo del Estado de Wisconsin) que ha de ser igualado o excedido por el 20 por 100 del grupo en función de la exposición al ruido. Cada gráfico se refiere a una edad distinta en el momento en que se lleva a cabo la compensación. Los gráficos están limitados a los casos de exposición continuada a ruidos continuos con niveles de incidencia sonora menores de 100 db en la octava de 300 a 600 cps.

el momento en que se determinaron los porcentajes de pérdida de audición compensable. La abscisa representa el nivel de incidencia sonora de los ruidos continuos en la banda de octavas de 300 a 600 cps; las líneas continuas representan los años de exposición continuada, y finalmente, la ordenada es el porcentaje de pérdida de audición compensable sufrida, o excedida, por el 20 por 100 del grupo. Todos estos gráficos están basados en recomendaciones del Comité Médico de Wisconsin. Criterios en el riesgo de daños *. En lo que se refiere a las recomendaciones del Comité Médico Consultivo del Estado de Wisconsin, la figura 7.9 * Véase también la discusión de los criterios en el riesgo de daños en el cap. 34. 196

puede aplicarse para establecer criterios razonables. Recordamos que la figura 7.9 está basada en parte en la figura 7.6. En la discusión de la figura 7.6 se señaló que las relaciones para grupos expuestos al ruido pueden muy bien estar por encima de las curvas obtenidas de los grupos no expuestos al ruido. Si esto fuera aSÍ, entonces para una pérdida media de audición de 17 db, a 1000 cps, el 20 por 100 podría esperar tener una pérdida de audición en exceso de aproximadamente 38 db *. Este valor, que representa la «pérdida media de la palabra», según la figura 7.7 y corregido por la figura 7.Sa, daría una «pérdida media de la palabra» corregida de unos 33 db. De acuerdo con la figura 7.8b, esto podría corresponder al 25 por 100 de la pérdida de audición compensable. Esta pérdida corresponde más exactamente a la que podría calcularse aplicando la figura 7.9d. Se recomienda, por tanto, que la figura 7.9d se aplique para empleados por encima de los cuarenta y cinco años de edad y la figura 7.9b, para empleados de menos de treinta y cinco años. De este modo, si al aplicar la figura 7.9d se observa que el 80 por 100 de los empleados de más de cuarenta y cinco años sufren pérdidas de audición no compensables, los niveles de incidencia sonora en la octava de 300 a 600 cps deberán estar dentro del intervalo de 83 a 90 db, según el tiempo de exposición. Expresado de otra manera, un nivel de incidencia sonora en la octava de 300 a 600 cps de 95 db supone que el 20 por 100 de los empleados sufrirían un l2-} por 100 o más de pérdidas de audición compensables en cinco años de exposición continuada a un ruido continuo. Si los empleados tuvieran menos de treinta y cinco años, después de cinco años de empleo, entonces el 20 por 100 de este grupo habría sufrido solamente el 5 por 100 o más de pérdidas de audición compensables en los cinco años de exposición a los niveles de incidencia sonora de 95 db en la octava de 300 a 600 cps. Se confía en que la figura 7.9 constituirá el comienzo para que la industria establezca sus propios criterios en cuanto a la exposición a ruidos. Es obvio que ninguna cifra puede elegirse como un criterio absolutamente válido. El que se trate de proteger al 80 o 90 por 100 de los trabajadores o sólo al 50 por 100 es una decisión de política que la industria debe tomar. Ciertamente, parece razonable pensar que las industrias tratarán de proteger un porcentaje de sus empleados tan alto como sea posible.

Cambio transitorio en el umbral

El significado de las figuras 7.3 a 7.5 es limitado por el hecho de que tales curvas no están corregidas teniendo en cuenta los cambios transitorios en el umbral, ya que nos faltan datos suficientes para esas correcciones. Este cambio transitorio se muestra en la figura 7.10. Recientemente, los resultados de algunos trabajos20 publicados por el Subcomité de Ruidos en la Industria indican ... Es interesante advertir que, si la figura 7.6 se modifica de esta forma, las figuras 7.9b, e y d se unen y se convierten en el gráfico dado por la figura 7.9d.

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7.10. La media del cambio transitorio en el umbral obtenida de 120 empleados expuestos un día a ruidos cuyo espectro es relativamente «aplastado» y cuyo nivel de incidencia sonora total es de 105 db. La curva de arriba representa la media del umbral permanente del grupo. La curva de abajo representa la media de los umbrales variables. Las pruebas fueron hechas inmediatamente antes y después de la exposición al ruido. (A. Glorig et al.) FIG.

los siguientes descubrimientos generales respecto a los cambios transitorios en el umbral. 1. La exposición a ruidos continuos con unos niveles de incidencia sonora en la banda de octavas de 85 a 95 db en una jornada completa de trabajo, produce un cambio medio transitorio en el umbral de unos 10 db para frecuencias por encima de los 1000 cps. 2. La exposición a ruidos intermitentes y/o no continuos con niveles de incidencia sonora en la banda de octavas de 80 a 120 db en una jornada completa de trabajo produce un cambio medio transitorio en el umbral de unos 5 db para frecuencias por encima de los 1000 cps. 3. La magnitud del cambio en el umbral transitorio en un individuo depende de la cantidad de pérdida de audición que antes ha sufrido (umbral en reposo). Los umbrales normales pueden. variar hasta unos 35 db a frecuencias superiores a 1000 cps. Los umbrales secundarios (45 db o más) pueden variar 5 db o menos. 4. En exposiciones continuas se verifica que la mayor parte de los cambios transitorios en el umbral han ocurrido ya a mitad de la jornada. Ya que el cambio transitorio en el umbral ocurre como se ha indicado anteriormente, surge la cuestión de cuánto tiempo debería transcurrir entre el final de la exposición al ruido y el test audiométrico. La mayor parte de las indicaciones parecen apuntar el hecho de que, para una gran mayoría de exposiciones a ruidos industriales, un lapso de tiempo de 15 a 20 min es suficiente para 198

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SEGUNDO

7.11. Recuperación para siete frecuencias distintas en función del intervalo de tiempo transcurrido entre el final de la exposición y la medida de la pérdida de audición. La edad media de las 36 personas era de treinta y un años, y habían estado expuestas por término medio más de 10 años a los ruidos. El grupo se dividió en tres subgrupos, llamados Categoría 1, 11 Y 111, según el valor total de la pérdida de audición. Hubo 13 personas en la Categoría 1, 12 en la 11 y 10 en la 111. Una persona tenía pérdidas auditivas demasaido grandes para ser clasificadas en la Categoría 111. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6) FIG.

199

minimizar el efecto de la recuperación a corto plazo. Ciertamente, donde fuera posible el test audiométrico debería hacerse al comienzo del turno de trabajo. Al medir la recuperación a «largo plazo», normalmente se hace adecuado un compás de espera tras la exposición del orden de 48 h, desde un punto de vista industrial. Normalmente, una empresa no es requerida a medir la recuperación a «largo plazo», y esta necesidad surge sólo cuando un empleado muestra un cambio anormal en su capacidad auditiva, según el resultado de varios audiogramas. Entonces, este empleado se convierte en un caso especial de estudio para el departamento médico. La cifra de las 48 h está tomada en parte de los datos presentados en las figuras 7.11 y 7.12. Estos datos muestran el valor de la recuperación medida en situaciones diferentes. La figura 7.11 muestra la capacidad auditiva de 36 personas un mes y medio después de haber cesado la exposición a un ruido cuyo espectro en la banda de octava es casi uniforme. Los niveles de incidencia sonora en las bandas de 300 a 600 cps y de 1200 a 2400 cps eran de 93 y 91 db, respectivamente. La figura 7.lla representa el grupo completo; las b, e y d representan la división del grupo en tres categorías, según sea el valor de la pérdida inicial de audición. La Categoría 1 es la de menor pérdida inicial de audición, la III la de mayor. La edad media del grupo es de treinta y un años, y para cada categoría es: veintisiete para la I, treinta y tres para la Il y treinta y seis para la IIl' La exposición media del grupo fue de más de diez años. En cada cuadro de la figura, la línea continua representa el audiograma medio efectuado 48 h después de la última exposición al ruido; la línea discontinua es de un mes y medio después de la exposición. Durante este período de un mes y medio, se llevaron a cabo reparaciones en la planta donde el grupo trabajaba normalmente, y éste fue expuesto a ruidos cuyos niveles de incidencia sonora fueron unos 20 db menores en cada banda de o~tavas. Los niveles de incidencia sonora oscilaron entre 70 y 75 db para las octavas de 75 a 4800 cps. Las figuras 7.1b, e y d muestran que la recuperaclOn mayor se verifica cuando la pérdida inicial de audición es pequeña, especialmente cuando la gente es joven. La categoría I, que tuvo la menor pérdida inicial de audición, era también la del grupo más joven. El modelo de recuperación de la categoría I no es diferente de la figura 7.12, y esta similitud presta una ayuda adicional a la conclusión de que, a medida que las pérdidas de audición irreversibles se hacen mayores, el valor de la disminución en los cambios del umbral parece convertirse en más pequeño. La figura 7.12 presenta los cambios medios del umbral medidos en diferentes intervalos de tiempo después de la exposición. El espectro de la exposición a los ruidos muestra unos niveles de incidencia sonora entre 90 y 95 db para octavas por debajo de los 4800 cps. Los niveles en las octavas especiales más baja y más alta fueron 93 y 95 db, respectivamente. La figura 7.l2a muestra el audiograma medio del grupo después de 19 meses de exposición. Los audiogramas se llevaron a cabo durante la jornada de trabajo, unos 15 min después de haber cesado la exposición al ruido. La línea discontinua muestra el audiograma del mismo grupo 43 h más tarde. 200

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SEGUNDO

7.12. Cambios en el umbral para cinco frecuencias distintas en función del tiempo transcurrido entre el final de la exposición y la medida de la pérdida de audición. Los cambios en el umbral se midieron en un grupo de control. El ruido a que la gente estuvo expuesta tenía unos niveles de incidencia sonora entre 90 y 95 db en todas las octavas por debajo de 4800 cps. Veinte hombres y mujeres fueron expuestos al ruido durante 19 meses, y 16 de ellos durante 27 meses. La edad media del grupo era de veintiocho años. Para mayor información véase la referencia 13. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6) FIG.

La figura 7.12b muestra un par similar de audiogramas para el mismo grupo expuesto al mismo ruido tras una exposición total de 27 meses; el intervalo entre el cese de la exposición y la prueba fue de 1 semana. Estos jóvenes adultos (edad media de veintiocho años) con pérdidas de audición permanente bastante pequeñas mostraron una recuperación considerable, especialmente a las frecuencias más altas, después de una semana de descansar de los ruidos. En ambos estudios (Figs. 7.11 y 7.12), la mayor disminución en el cambio del umbral tuvo lugar a los 400 cps, y a valores superiores. Por debajo de los 4000 cps, la disminución media no fue nunca superior a 5 db. El efecto de los ruidos de frecuencka extremadamente baja

Ocasionalmente aparecen ruidos en que los niveles de incidencia sonora por debajo de 150 cps son mayores que a 100 db; aún más, el nivel de incidencia sonora en la banda de 300 a 600 cps (la octava especial más baja) puede ser de unos 80 db o menos. Los únicos datos aprovechables que cubren esta parcela no son muy extensos; no obstante, puede deducirse que para exposiciones continuadas por encima de los trece años se han encontrado pequeñas pérdidas de audición permanente. Esto indica que las curvas de tendencia son aún válidas incluso cuando los niveles de incidencia sonora a baja frecuencia puedan ser superiores a 100 db. En todo caso, si los niveles de incidencia sonora por debajo de los 150 cps alcanzan 110 db o más, debe extre201

marse la precaución al evaluar los efectos de la exposición a ruidos sobre la audición. EXPOSICION INTERMITENTE A RUIDOS CONTINUOS

No existen relaciones generales, como las dadas anteriormente, para casos en que la exposición deja de ser continuada y los ruidos dejan de ser continuos. En la actualidad, solamente unos pocos casos aislados son aprovechables para el estudio, y estos datos son totalmente inadecuados para emitir previamente ninguna hip6tesis. Estos casos se presentan aquí, ya que pueden resultar beneficiosos en situaciones industriales similares a los ejemplos mostrados. Pueden servir también como puntos de referencia en que ((suposiciones previsibles) puedan encontrar su fundamento. Un estudio sobre los pilotos de líneas aéreas muestra los efectos de la exposici6n intermitente a ruidos continuos. Las pérdidas medias de audición (corregidas para la presbiacusia) de 446 pilotos están representadas en la figura 7.13 en función de la exposici6n medida en miles de horas de vuelo. ~ -5

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7.13. Pérdida neia de audición (corregida para la presbiacusia) de 446 pilotos de líneas aéreas en función del tiempo de vuelo en miles de horas. Los datos audiométricos fueron obtenidos después de varias horas de exposición al ruido. (a) Pérdida media neta de audición. (h) Pérdida de audición neta del 10 por 100; sólo ellO por 100 de los pilotos tuvieron una pérdida de audición mayor que ese valor del 10 por 100. (e) Espectro medio de ruidos medidos en la cabina del piloto de un DC-3B. Este espectro es típico del ruido ambiental al que los pilotos estuvieron expuestos la mayor parte del tiempo de exposición. (Según el inf01'me ASA Z24-X-2. 6) FIG.

La figura 7.13a muestra las pérdidas medias netas de audición en funci6n del tiempo de exposición para 2000, 3000 Y 4000 cps. Existe mayor similitud entre las pérdidas a 3000 y 4000 cps que entre las de 2000 y 3000 cps, pero la exactitud de estos datos es cuestionable *. Es posible que estos pilotos hubieran

* Las pérdidas relativamente grandes a estas dos frecuencias para tiempos de exposición menores de mil horas, sugieren la posibilidad de que hubiera un error de calibración del audiómetro de unos 5 db a 3000 cps, y posiblemente incluso a 4000 cps. Los tests audiométricos se hicieron hace ya algunos años, y las calibraciones no pudieron ser revisadas. 202

sufrido algunas pérdidas permanentes de audición con anterioridad a su exposición a los ruidos. La figura 7.l3b muestra las pérdidas netas de audición en función del tiempo de exposición para ellO por 100 del grupo: sólo ellO por 100 de los pilotos tuvieron pérdidas de audición iguales o mayores que éstas. El contraste entre la curva del 10 por 100 y la de los valores medios es claro. Las diferencias de este orden de magnitud son consecuentes respecto al valor de la incidencia mostrada en la figura 7.6. Un espectro medio medido en la cabina del piloto del avión que usaban la mayoría de las compañías aéreas en la época en que se realizaron los audiogramas, un Douglas DC-3, se muestra en la figura 7.l3e. Este espectro no representa los únicos ruidos a los que los pilotos estaban expuestos. Todos ellos se habían entrenado en otros aviones, y algunos probablemente habían estado expuestos a ruidos de carácter muy diferente. Además, estuvieron todos expuestos a niveles más altos de ruido durante el despegue, y a los sonidos procedentes de sus equipos de comunicación. Los niveles de incidencia sonora de estos ruidos son difíciles de determinar, pero la exposición a ellos no debería ser despreciada. Cuando estos factores inciertos se suman al hecho de que la exposición fue intermitente, y no de una manera fija, está claro que la exposición de los pilotos no puede especificarse con exactitud. -5

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7.14. Distribución de las pérdidas netas de audición (corregidas para la presbiacusia) de los pilotos de líneas aéreas en función de cinco frecuencias de prueba, para ·diferentes intervalos de horas de vuelo. Los audiogramas se tomaron horas después de la exposición al ruido. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6) FIG.

La figura 7.14 muestra la extensión de los datos audiométricos cuando los pilotos se dividen en tres grupos, según sea el período de exposición. A medida que este período crece, las curvas de pérdidas de audición divergen, y esta divergencia indica diferencias en la sensibilidad individual. Un segundo estudio de exposición intermitente afecta a 132 hombres, que hicieron en tierra la prueba final de motores a reacción antes de que los avio203

nes dejaran la factoría. Todos los aparatos estaban al aire libre y no existía protección acústica en la fuente del ruido. No obstante, sí la había para los oídos, y todas las personas cercanas a la pista de despegue fueron obligadas a llevar tapones en los oídos. En esta instalación, los audiogramas se efectuaron bimensualmente durante casi cuatro años. En caso de que los trabajadores mostraran cambios considerables en el umbral, se les trasladaba. El número de los que sufrieron estos cambios fue menor del 1 por 100 de los trabajadores empleados, y muy pocos mostraron algún cambio en el umbral. De estos dos estudios de exposición intermitente a ruidos se puede deducir que la intermitencia tiende a reducir un poco las pérdidas auditivas que se producen si las comparamos con las que se producirían si la exposición fuera continuada, si bien no existen suficientes datos sobre relaciones cuantitativas.

RUIDOS NO CONTINUOS

Una amplia variedad de situaciones ruidosas en la industria existe en aquellos casos descritos en la exposición intermitente a los ruidos no continuos. A efectos analíticos, los ruidos no continuos se diferencian de los continuos especialmente en las dificultades prácticas con que nos encontramos al intentar medirlos. Un medidor tipo de niveles sonoros no tiene medios para registrar las rápidas variaciones en la incidencia sonora propias de los ruidos no continuos (véanse Caps. 16 y 17). En particular, los valores máximos que se producen súbitamente se pierden. Un grabador de alta velocidad o un conjunto de aparatos que incluya un osciloscopio podría subsanar estas dificultades. Pero aun en el caso de que se efectuara un análisis preciso de la forma del espectro en un instante dado, subsistiría el problema de la recogida de los cambios rápidos, de un instante a otro, en el espectro. Ya que todavía no han sido normalizadas las mediciones necesarias, la operación que causa el ruido se especifica, y no se ha hecho un intento de poner en relación aspectos particulares de estos ruidos con las pérdidas de audición que resultan de la exposición a ellos. Exposición intermitente: Ruido de remache

Los datos audiométricos se obtuvieron de un grupo de empleados en la sección de ensamblaje de alas en una factoría aeronáutica, en la que el remachado era intermitente, en lo que a un individuo cualquiera se refiere. El nivel de ruido en el oído de un empleado podría subir y bajar en función de las, operaciones de remache. En el oído del remachador, los niveles de incidencia sonora en la banda de octavas oscilaron entre 91 y 97 db por encima de los 150 cps en el momento en que la persona estaba remachando. En el oído del operario, en la operación de martilleo de remaches, oscila de 96 a 107 db en este mismo intervalo de frecuencias. Si el remachado no tuviera lugar en las cercanías de una persona, los niveles de fondo varían entre 82 y 95 db en la banda de 300 a 600 cps (88 db) no bastó para producir un cambio signifi204

cativo en el umbral en un tiempo de exposición entre uno y seis años. Sin embargo, en la banda de 1200 a 2400 cps, donde el nivel de incidencia sonora era de 95 db para el ruido de fondo, debería haberse observado un cambio significativo en el umbral debido precisamente al ruido de fondo. No obstante, a esta frecuencia no se observaron cambios significativos en el umbral, porque se estaba llevando a cabo un programa de conservación de la capacidad auditiva, y se les había colocado a los trabajadores de esa parte de la planta tapones en los oídos. Parece que el uso de tapones protege los oídos de las pérdidas de audición a 4000 cps, en virtud de la reducción del sonido por encima de los 1200 cps. Afortunadamente, los niveles de fondo en la banda de 300 a 600 cps no fueron demasiado altos. Aparentemente, la combinación de ruidos no continuos con la intermitencia en la exposición se une al uso de tapones en los oídos para proteger a los individuos.

El uso de tapones en los oídos. Si en una compañía se están usando tapones para los oídos o se están preparando para iniciar un programa en el que se incluye su uso, merece la pena obtener audiogramas antes y después de la inserción de los tapones. Estas mediciones dan una indicación de su efectividad. En algunos casos, frecuentes revisiones de la capacidad auditiva han tendido a fomentar el uso de los tapones por parte de los empleados. El empleo de tapones representa un método de protección para el trabajador. En cualquier caso, los tapones pueden ser diseñados y colocados adecuadamente para asegurar una reducción en el ruido en la banda de 300 a 600 cps. Estos niveles parecen corresponderse mejor con las pérdidas de audición a 1000 y 2000 cps; por tanto, el proteger el oído de las pérdidas a 1000 y 2000 cps, implica que los niveles de incidencia sonora en la banda de 300 a 600 cps, y en las bandas contiguas, pueden ser reducidos. Un tapón que en un individuo parece reducir la sonoridad y el efecto «fastidioso» del ruido, puede no protegerle satisfactoriamente su oído. De aquí que un tapón que reduzca los niveles de incidencia sonora por encima de 1000 cps puede parecer que sirve a su propósito inicial, pero proporciona sólo una pequeña protección contra las pérdidas de audición por debajo de 2000 cps. Solamente mediciones audiométricas periódicas o algún otro procedimiento que produzca datos referentes a la atenuación proporcionada por el tapón cuando se inserta en el oído de determinada persona, proveerá datos para contrastar la efectividad de este tapón en la protección de un determinado empleado en cuanto a sus pérdidas auditivas. Véase el capítulo 8 para más información sobre tapones. Ruido entrecortado: ensayo de armas de fuego. En la sala de ensayo de armas de una factoría de armas de fuego se revisan los cañones de las armas disparando un casquillo sobrecargado a través del cañón. El ruido así producido es un ruido no continuo de una clase que denominaríamos «entrecortado). Los probadores de las armas de fuego trabajan en una sala bastante «cargada), dentro de la cual la reverberación evita un decaimiento rápido de los niveles de incidencia sonora. Un análisis de los datos audiométricos tomados de esos trabajadores se presenta en la figura 7.15. Los cambios en el umbral a 2000 y 4000 cps se 205

representan en función del tiempo de exposición (adviértase la escala extendida del tiempo de exposición). Existe un cambio en el umbral que puede medirse a los 4000 cps, pero a los 2000 cps los datos son dudosos. -5

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FIG. 7.15. Cambios en el umbral a tres frecuencias distintas después de la exposición a ruidos producidos por armas de fuego. Los datos audiométricos se tomaron aproximadamente 20 min después de la exposición al ruido. (Según el informe ASA Z24-X-2. 6 )

Ruido súbito: fragua. Muchos golpes en la fragua producen maXlmos de incidencia sonora que están por encima del nivel de los 130 db. El espectro * de los ruidos cambia tan rápidamente un instante después del impacto que debería presentarse el espectro en tres momentos diferentes para dar una descripción medianamente completa del hecho. Un detallado estudio debe llevarse a cabo lo antes posible a fin de determinar las propiedades físicas de estos ruidos que se corresponden con las pérdidas de audición. m -5

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FIG. 7.16. Cambios en el umbral a tres frecuencias distintas después de la exposición al ruido de una forja. Los datos audiométricos se tomaron aproximadamente 20 min después de la exposición al ruido. (Según el in-

forme ASA Z24-X-2. 6)

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206

Véase cap. 17.

Podría advertirse específicamente que las figuras 7.15 y 7.16 tienen «(cambios en el umbral» en sus ordenadas. Los cambios en el umbral pueden obtenerse solamente si se lleva a cabo un programa de audiometrías repetidas, ya que el término se define como la diferencia entre dos audiogramas. Si los audiogramas se realizan una vez al año, entonces los cambios en el umbral calculados con estos audiogramas representan el cambio ocurrido en el intervalo de un año. Un cambio en el umbral no nos da indicación de cuál es el valor absoluto de la pérdida de audición. Si el intervalo de tiempo no es mayor de un año, los efectos de la presbiacusia no se consideran normalmente para frecuencias inferiores a los 2000 cps. En el trabajo con los cambios de umbral, la exactitud de los datos audiométricos reviste gran significación. Los audiómetros actuales están normalmente calibrados de 5 en 5 db, Y el operador puede contar fácilmente estas unidades al evaluar los umbrales. Así, entre audiogramas repetidos puede existir una diferencia de 10 db debido a errores operacionales. A no ser que las exposiciones sean fuertes, los cambios previsibles en el umbral pueden falsearse por dificultades de medición. Los datos de los cambios en el umbral fueron primitivamente provechosos en los casos en que existía un largo intervalo entre la prueba inicial y la final, o cuando la exposición es fuerte, como en el caso de la fragua, y los cambios en el umbral son grandes.

Relación entre los cambios en el umbral y los audiogramas iniciales. La cuestión que continuamente surge es la conveniencia de asignar a una persona una operación ruidosa si antes ya tiene una cierta cantidad de pérdida auditiva. Algunos creen que una pérdida de audición indica mayor sensibilidad a la exposición al ruido, y por tanto, que el empleado con una cierta pérdida de audición perderá capacidad auditiva en una proporción mayor que la normal, mientras otros creen que una pérdida de audición inicial puede representar la pérdida de los «nervios blandos» en el oído, quedando sólo los nervios duros». Los datos del Informe Z24-X-26 indican que los cambios en el umbral son esencialmente independientes del valor absoluto del audiograma inicial, al menos en los casos de exposición a ruidos entrecortados y súbitos. ESTADO ACTUAL DE LOS CONOCIMIENTOS

El estado actual de los conocimientos en cuanto a las relaciones entre las pérdidas de audición y la exposición a ruidos dejan mucho que desear. Hay muchas cuestiones importantes que no se pueden contestar. Por otra parte, hay algunas cosas que. pueden afirmarse con cierto grado de certeza, y éstas son las informaciones resumidas aquí. En general, el audiograma medio resultante de la exposición al ruido muestra la menor pérdida de audición permanente para frecuencias por debajo de los 1000 cps. Las pérdidas de audición aumentan para frecuencias por encima de los 1000 cps, hasta alcanzar un máximo a los 4000 cps, aproximadamente. En muchos casos, las pérdidas de audición medias a 6000 u 8000 cps son menores que para 4000 cps. 207

El audiograma de los empleados expuestos al ruido no es la representación del análisis de octavas de los ruidos a los que han estado expuestos. La energía del ruido situada por debajo de los 1000 cps es la primitivamente responsable de producir pérdidas de audición como las estimadas para la pérdida de la palabra. De hecho, el nivel de incidencia sonora en la banda de octavas de 300 a 600 cps es el que parece más aprovechable para evaluar los efectos de los ruidos continuos sobre la pérdida de audición. La media aritmética de las pérdidas de audición de un tono puro a 500, 1000 Y 2000 cps, llamada «pérdida media de la palabra», es también aproximadamente la pérdida de recepción de la palabra. Por esta razón se recomienda que la pérdida media de la palabra se emplee como la cifra que representa la gravedad de la pérdida de audición. El audiograma de un tono puro puede emplearse para calcular la pérdida de recepción de la palabra por parte de los empleados. El empleo del término «(porcentaje de pérdida de audición» debería evitarse. Si el 80 por 100 de los empleados que están expuestos a ruidos continuos sufren pérdidas de audición no compensables económicamente, el nivel de incidencia sonora en la banda de 300 a 600 cps debe ser menor de 90 db, Y el tiempo de exposición ha de ser menor de tres años. Estos valores están basados en las recomendaciones del Comité Médico Consultivo de Wisconsin. Si los ruidos se mantienen continuos, el porcentaje de pérdidas de audición compensables aumenta logarítmicamente con el tiempo de exposición. Los cambios transitorios en el umbral son mayores para audición normal y pueden acercarse a 15 db para exposiciones a los ruidos cuyos niveles en la octava sean del orden de 100 db. Si existen pérdidas de audición apreciables (una ((pérdida media de la palabra» del orden de 20 db o más), los cambios transitorios en el umbral son generalmente menores de 5 db para frecuencias por debajo de 2000 cps, si el ruido tiene un nivel de incidencia menor de 100 db. La mayor parte de los cambios transitorios en el umbral ocurren en las primeras cuatro horas de la exposición diaria. La sensibilidad de los empleados a la exposición al ruido varía grandemente. Para casos de exposición continuada a ruidos continuos (niveles de octavas menores de 100 db), el 20 por 100 de los empleados tienen pérdidas de audición con un exceso del doble respecto a la pérdida media de audición del grupo. Un empleado medio sufre su pérdida de audición de una forma gradual, según pasa el tiempo. Se conoce poco respecto a la rapidez con que crecen las pérdidas de audición de los empleados más susceptibles en función del tiempo. Ya que la pérdida de recepción de la palabra es la guía principal para evaluar la gravedad de la pérdida de audición, y ya que la energía del ruido por debajo de los 1000 cps parece ser en principio la responsable de producir pérdidas de audición que afectan a la pérdida de recepción de la palabra, el método de relacionar la posibilidad de continuar hablando bajo el ruido con la potencialidad del ruido para producir pérdidas de audición de la palabra no es necesariamente válido. La energía del ruido que «encubre» la palabra tiene 208

una frecuencia mayor que la energía del ruido que produce pérdida de audición de la palabra. Hasta el momento no existen evidencias concluyentes de que los cambios transitorios en el umbra,l y la pérdida permanente de audición estén relacionados de forma biunívoca. El único camino aceptado para determinar la sensibilidad de un empleado a la exposición al ruido consiste en determinar el cambio a «corto plazo» en el umbral por medio de audiogramas repetidos. Para la mayoría de las exposiciones que tienen lugar en la industria, el cambio medio de umbral permanente de un grupo de empleados debido a la exposición al ruido es independiente del audiograma medio del grupo al comienzo de la exposición. Por tanto, un grupo de empleados con audiograma previo, mostrando pérdidas de audición fuera del intervalo normal, sufrirá igual incremento en sus pérdidas de audición (en su valor medio) que el de los empleados con audiograma previo normal. La pérdida total de audición después de años de exposición, no obstante, será mayor para el grupo que comience con una pérdida inicial de audición. Incluso, aunque las pérdidas de audición para frecuencias mayores de 2000 cps no afecten a la recepción de la palabra, deben medirse. Los cambios en el umbral debidos a la exposición al ruido son generalmente mayores para frecuencias por encima de 2000 cps que los producidos para frecuencias por debajo de 2000 cps. Por tanto, los audiogramas repetidos a 4000 cps son los más útiles para detectar la sensibilidad. Todos los informes sobre las pérdidas de audición y los cambios en el umbral deberán considerarse como aplicables a ambos oídos. Los datos de la «Feria» y los del Z24-X-2 muestran que las pérdidas medias de audición para los oídos derechos de un grupo son esencialmente las mismas que para los oídos izquierdos. Los datos de la Feria de Wisconsin16 indican estadísticamente diferencias significativas entre el oído derecho y el oído izquierdo; no obstante, estas diferencias son menores de 4 db, aproximadamente.

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Capítulo 8

PROTECTORES OE OIOOS

J.

ZWISLOCKI,

D.

TECH.

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Laboratorio Psicoacústico. Universidad de Harvard

INTRODUCCION La necesidad de proteger el oído

En muchas situaciones industriales y militares no es práctico ni económico reducir el ruido a niveles que aún representen riesgos o molestias para la audición. En todas estas situaciones los protectores de oídos son de gran valor y deben recomendarse. Pueden llegar a reducir el nivel de ruido en el oído de 10 a 45 db, Y a veces hasta 50 db, según sea su estructura y la frecuencia sonora. Un protector de oído o una combinación de ellos permite frecuentemente reducir el ruido en el oído, si no hasta un nivel agradable, al menos hasta uno que no dañe. Los protectores de oídos pueden mejorar también la comunicación de la palabra. La opinión difundida de que estos protectores disminuyen la agudeza auditiva es cierta tan sólo para un ambiente de silencio en el que normalmente no sean necesarios. Para niveles de ruido que justifican su empleo, no sólo no disminuyen la agudeza auditiva, sino que pueden incluso mejorarla. Una posible excepción podría ser un ruido intermitente con períodos de silencio. Clases de protectores de oídos

Se dividen en cuatro categorías según su posición respecto al oído: tapones, semi-insertos, orejeras y cascos. Los tapones se insertan dentro del conducto, y normalmente se mantienen sin ningún soporte adicional. Los semi-insertos cierran la entrada al conducto auditivo sin insertarse en su interior,· y están sujetos por una banda sobre la cabeza. Generalmente no se emplean como protectores de oído, sino más bien como parte de un auricular. Normalmente llevan en su extremo un pequeño receptor auditivo. No obstante, pueden proporcionar una gran atenuación de los sonidos. Las orejeras cubren completamente el pabellón del oído, casi igual que los cascos de un auricular. Pueden sostenerse por una banda o formar parte de un casco, o de algún otro aparato que cubra la cabeza. Los cascos cubren la mayor parte de la cabeza. Normalmente no se usan sólo como protección de oídos y suelen combinar esta función con la 211

de proteger la cabeza contra el frío o los golpes. Pueden servir también de soporte para los auriculares o las orejeras. La figura 8.1 muestra los cuatro tipos básicos de protectores de oídos. Cada uno tiene ventajas e inconvenientes en comparación con los otros. Los tapones, cuando se insertan correctamente, proporcionan una gran atenuación de los sonidos, son de tamaño discreto y no estorban a todo aqueno que pudiera cubrir la cabeza, como caretas, gafas u otros aparatos. Como son pequeños, pueden llevarse en el bolsillo. Los tapones son los protectores de oído menos caros. Por contra, son incómodos frecuentemente y pueden causar dolores en el conducto auditivo, o en casos extremos, incluso inflamación, especialmente en climas tropicales. La gran variedad de forma y tamaño en los canales auditivos provoca una cierta dificultad en su ajuste, y normal-

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FIG. 8.1. Las cuatro clases de protectores de oídos: (a) tapones; (b) casco; (e) semiinsertos; (el) orejeras.

mente se requieren diversos tamaños. Esto complica la producción y distribución de tapones e introduce la posibilidad de una selección incorrecta. Como consecuencia, su efectividad es probablemente muy variable. s,23,34 Los semi-insertos poseen algunas de las ventajas de las orejeras y los tapones, y también algunos de sus inconvenientes. Un solo tamaño puede proporcionar una buena atenuación sonora y un ajuste satisfactorio para casi todo el mundo. La comodidad no es una cuestión decisiva. El semi-inserto es más pequeño que la orejera y se estorba menos con otros aparatos colocados en la cabeza. Sin embargo, al igual que aquélla, necesita un soporte, y por esta razón es más pesado de nevar que un tapón.22 Las orejeras deben hacerse de un tamaño solamente, y su forma importa menos que en el caso de un tapón. Casi todas pueden ajustarse satisfactoriamente con escasa dificultad. Por esta razón, la variación de su efectividad es menor, y el problema de la comodidad tiene menos importancia. s,34 Sin embargo, presentan varios inconvenientes. Para frecuencias por debajo de los 1000 cps tienen una atenuación media del sonido normalmente menor que la de los tapones.S,8.9,27,28.40,43 Junto con sus soportes, tienen un tamaño bastante grande y se estorban con casi cualquier otra cosa que se lleve en la cabeza. Su precio es alto en comparación con los tapones. 212

Los cascos son los más grandes, y normalmente los más caros de todos los protectores de oídos. Han de hacerse de varios tamaños. Hasta el momento, su acci6n acústica no parece mejorar significativamente la de las orejeras. Por estas razones, el empleo de cascos no parece justificado con el fin de proteger los oídos solamente. Sin embargo, pueden resultar muy prácticos cuando desarrollan alguna otra funci6n al mismo tiempo, tal como se dijo anteriormente. La importancia acústica del casco puede incrementarse cuando la atenuación del sonido en el oído alcanza un nivel tal que la transmisión a través del cráneo se convierte en un factor de control. En estas condiciones, un casco que cubra la mayor parte de la cabeza puede producir pérdidas adicionales de transmisi6n. 8 •9 Requisitos básicos de los protectores de oídos

Todos ellos, independientemente del tipo que sean, deben cumplir unos requisitos de: 1) atenuación de sonido, 2) comodidad y 3) ausencia de efectos negativos para la piel. Además, existen otros tres requisitos cuya importancia depende de las condiciones de empleo: 4) conservación de la inteligibilidad de la palabra, 5) facilidad de manejo y 6) durabilidad. 1. El primer requisito, la atenuación sonora, es obvio. Es determinante de la protecci6n que recibe el oído. El grado de atenuación necesario depende de la incidencia sonora, la clase de ruido y la duraci6n de la exposici6n. La naturaleza exacta de estas interrelaciones no está clara aún, pero puede establecerse con bastante generalidad que la cantidad de atenuaci6n sonora proporcionada por un protector de oídos debería ser suficiente para mantener el nivel de ruidos por debajo del límite de seguridad, siempre que este límite se haya establecido (véase Cap. 7). No siempre el protector de oídos podrá mantener ese límite. Incluso los mejores no atenuarán más de 25 a 35 db por término medio, mientras que en determinadas circunstancias puede ser conveniente una atenuación de 40 a 50 db. 2. Si bien la comodidad puede parecer un requisito secundario a primera vista, debe tenerse en cuenta que un protector de oído incómodo se convierte en insoportable tras llevarlo un rato largo, y ha de quitarse. En consecuencia, se convierte en algo inútil, aun cuando propocionara inicialmente una atenuación alta del sonido. La molestia producida por un ruido de muy alta incidencia sonora llega a superponerse hasta cierto punto a la causada por los protectores de oídos. Por tanto, el requisito de comodidad es más importante en un ruido de incidencia sonora moderada, en cuyo caso los protectores se usan por razones psicol6gicas más que fisiológicas; por ejemplo, para eliminar la distracción causada por un ruido irregular o para facilitar el sueño. 3. Un tercer factor, que en sí mismo justifica el desechar protectores de oídos satisfactorios por otros conceptos, es el efecto t6xico sobre la piel. Un protector de oídos puede producir inflamaciones que no

213

pueden controlarse sino mediante el empleo intermitente. Afortunadamente, el de la no toxicidad es el requisito más fácil de cumplir.23 ,32 4. Siempre que el nivel de ruido sea lo suficientemente bajo, la función acústica del protector de oídos debería consistir en asegurar la inteligibilidad más alta posible de la palabra. Con un ruido continuado, la palabra es más inteligible cuando el protector de oídos tiene una frecuencia plana característica.13 ,17,23 Pero para ruidos intermitentes se emplean aparatos especiales. 5,18.37,38 5. Los protectores de oídos son efectivos sólo si se usan correctamente. Esto se conseguirá con más facilidad cuando su aplicación es sencilla. Si son difíciles de manejar, aumenta la probabilidad de un uso incorrecto y con ello la variabilidad de su efectividad. 6. La durabilidad de un protector de oídos es un factor económico que se convierte en importante si se compran grandes cantidades. En general, los aparatos que duran más tiempo son más económicos a largo plazo. Esto es particularmente cierto en cuanto a los protectores más caros, como son las orejeras y los cascos. ATENUACION SONORA EN EL OIDO Factores que determinan la atenuación sonora

Los protectores de oídos son anteriores al presente siglo, pero sólo a partir de la II Guerra mundial se han investigado sistemáticamente en el laboratorio. Esto ha redundado en una mejor comprensión de la forma en que actúan, en cómo emplearlos mejor y qué puede esperarse de ellos, y ha permitido progresos en su mejora. Los factores que determinan la atenuación sonora proporcionada por los protectores de oídos se conocen ahora bastante bien. El protector proporciona una menor incidencia de la fuente de sonido en el tímpano del oyente. Esto se verifica en primer lugar por un cambio en el campo sonoro, y segundo, por la pérdida de transmisión entre las caras externa e interna del protector de oídos. El primer factor se considera despreciable normalmente, si bien no lo es tanto para elementos grandes, como los cascos. El segundo factor, la pérdida de transmisión, puede definirse aquí como la relación entre los valores de la presión sonora en las caras interna y externa del protector de oídos, pJpo. Incluso con el mejor protector de oídos el sonido exterior no puede eliminarse por completo en el oído. Las vibraciones acústicas se transmiten no sólo a través del conducto auditivo, sino también a través del cráneo (conducción ósea). Si se usara un casco ideal, estas vibraciones podrían transmitirse a través del resto del cuerpo (Fig. 8.2). Sin embargo, estos caminos secundarios son muy poco efectivos y la exclusión de la transmisión del sonido a través del conducto auditivo debería .proporcionar una protección suficiente en la mayor parte de las situaciones. La transmisión del sonido al oído «protegidoD puede ejemplificarse me214

diante un circuito eléctrico análogo al sistema mecánico.8.9.36.37.4o Un circuito de éstos se representa en la figura 8.2b. La analogía eléctrica no representa, desde luego, la situación acústica con exactitud, y su validez se limita a frecuencias no demasiado altas, pero ayuda a comprender mejor lo que sucede.

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FIG. 8.2.

Protectores de oídos en la cabeza: (a) representación esquemática; (h) circuito eléctrico análogo, mostrando la transmisión del sonido al oído a través de los tres protectores de oídos, el cráneo y el cuerpo. Z=impedancia.

Cualquier protector de oídos, sea del tipo que sea, puede transmitir el sonido de tres maneras: 1) a través de las filtraciones, 2) por su propia masa y 3) a través de la vibración del aparato en su conjunto, como un cuerpo rígido. Este último camino depende fundamentalmente de las propiedades mecánicas de la capa de carne que separa el protector de oído de la estructura ósea de la cabeza. Estas propiedades, junto con la conducción del sonido a través del cuerpo y del cráneo, controlan la atenuación sonora en el oído. 8.9.40 Puede verse en la figura 8.2 que la atenuación sonora depende no solamente de la impedancia del protector de oído, sino también de la impedancia detrás de éI.8.9.36.37.40.43 Sistema del tapón8• 9• 44

La figura 8.3a muestra esquemáticamente un tapón implantado en el conducto auditivo. La atenuación proporcionada puede deducirse del circuito

215

DELANTE

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8.3. Tapón en un oído (esquema) y circuito eléctrico análogo del sistema. FIG.

análogo de la figura 8.3b y viene dada por la ecuación: Pi Po

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(8.1)

La impedancia por detrás del tapón, Zbp, se produce por la acción de la cámara de aire formada entre el tapón y el tímpano, en paralelo con la impedancia del tímpano unido a los mecanismos del oído medio e interno (Fig. 8.4).

FIG. 8.4. Circuito eléctrico análogo al tapón en el oído (en detalle). mz y Rz=masa y resistencia de una filtración acústica, respectivamente; mp=masa del tapón; C s y R s = acomodación y resistencia de la piel que recubre el conducto auditivo; Zmaterinl = impedancia de la transmisión del sonido a través de las deformaciones del tapón; Cc=acción del volumen de aire encerrado entre el tapón y el tímpano; md, Cd, Rd=componentes de la impedancia del tímpano.

La impedancia presentada por el tímpano para frecuencias por debajo de los 2000 cps puede representarse por un resonador húmedo con una frecuencia natural de aproximadamente 1300 cps. El volumen de aire entre el tapón y el tímpano vale unos 0,5 cm3, con una sección transversal de 0,5 cm2• La impedancia propia del tapón puede representarse por tres ramas8 •9 • 44 (figura 8.4) que simbolizan: 1) el aire infiltrado entre el tapón y la pared del conducto auditivo (mIt R¡), 2) la transmisión del sonido a través de la deformación del tapón (Zmaterial) y 3) vibración del tapón como un cuerpo rígido causada por la flexibilidad de la piel que recubre el conducto auditivo (m p , es, R s)' De estos tres caminos de transmisión pueden eliminarse el aire infiltrado y la deformación. La filtración de aire disminuye la atenuación en el oído para bajas frecuencias, y si es lo suficientemente grande, puede hacerla casi completamente nula. 9 •23 •27 La figura 8.5 muestra el efecto de una filtración de aire experimental 216

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FIG. 8.5. Efecto del aire infiltrado en la atenuación proporcionada por los tapones. La línea de puntos muestra la atenuación obtenida experimentalmente con una filtración de forma cilíndrica de 1 mm de diámetro y 2 cm de largo,37. La línea continua se calculó para una filtración de 0,05 cm de diámetro y 2 cm de longitud.8 •9

producida con un tubo de aire cilíndrico de 0,15 cm de diámetro y 1 cm de 10ngitud.J7 Para comparar, también se incluye una curva calculada para una hendidura de 0,05 cm de diámetro y 2 cm de largo. 9 Cuando el tapón consiste en un cuerpo hueco hecho de material elástico O

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FIG. 8.6. Mejora en la atenuación sonora producida rellenando un tapón hueco de material elástico suave con guata compacta. 42

suave, la transmisión de sonido a su través puede ser considerable. La figura 8.6 muestra la mejora en la atenuación del sonido producida por el llenado de ese tapón con guata compacta. 42 En contraste con los otros dos canales de 217

transmisión de sonido, la vibración del tapón como un cuerpo rígido no puede eliminarse, ya que la flexibilidad de la piel es una constante anatómica. La impedancia del mejor tapón que pudiera conseguirse se muestra por la rama central del circuito de la figura 8.4 (m p , cs, R s)' Los valores numéricos establecidos para un tapón, el V-SIR (desgraciadamente sobre un sujeto tan s610),9 dan: masa del tapón, m p = 0,5 g, adaptación de la piel, C s = 2,06 X 10-7 cm por dina, resistencia de la piel, R s =4,4 x 103 dinas/seg/ cm. Con la ayuda de los valores de la impedancia detrás del tapón, y para la impedancia de un tapón moviéndose como un cuerpo rígido, la atenuación sonora en el oído puede calcularse.8.9.44 El resultado se representa por la línea continua en la figura 8.7.44 El área rayada indica el límite de la atenuación determinada por la conducción ósea; la línea discontinua indica la atenuación obtenida con algunos de los tapones más efectivos23 •3o,32 en condiciones de laboratorio. Esta atenuaci6n puede mejorarse un poco aumentando la inercia del tapón. Sin embargo, la experiencia demuestra que esto no resulta práctico porque un incremento pequeño de la masa no ayuda mucho,8.9.42 y una masa demasiado grande disminuye la comodidad. 10

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FIG. 8.7. Curva calculada del máximo de atenuación para los tapones y la mayor atenuación medida para tres tapones diferentes (promedios de un cierto número de oyentes).23,32.42

Acústicamente, los semi-insertos se comportan como los tapones, y les son aplicables los modelos eléctricos y matemáticos del sistema del tapón. Sólo deben cambiarse los valores numéricos. Desgraciadamente son escasos los datos pertinentes. Sistema de las orejeras8 • 9 ,43 En la figura 8.8 se muestran esquemáticamente un par de orejeras en su posición de uso, junto con el circuito eléctrico análogo al sistema mecánico. La atenuación en el oído se define por una ecuación similar a la que se aplica 218

al tapón. Da la relación entre las presiones sonoras en las caras interna y externa de la orejera: Pi Po

So Zbm Si Zm+Zmb

(8.2)

donde So es el «área exterior efectiva», aproximadamente igual a la poslclon de cabeza delimitada por el borde exterior del ajuste hermético; Si es el «área interior efectiva» delimitada en la cabeza por el borde interior del ajuste hermético; Zm es la impedancia de la orejera, y Zbm es la impedancia detrás de la orejera. La ecuación muestra que, a fin de obtener una gran atenuación sonora (pi/Po pequeña), SO/Si y Zm deben ser tan grandes y Zbm tan pequeña como sea posible. Un SO/Si pequeño significa un ajuste poco hermético. Un ajuste excesivo es, no obstante, incómodo, y aumenta la probabilidad de una infiltración de aire. El valor medio para SO/Si parece estar alrededor de 2. Los componentes de Zm se muestran en la figura 8.8. La rama m" R z representa la infiltración de aire; Zmateriah la impedancia presentada a las ondas acústicas a través de la orejera a causa de su deformación, y m nn Csm y R sllu la impedancia debida a la vibración de la orejera como un pistón rígido.

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FIG. 8.8. Representación esquemática de las orejeras en la cabeza y circuito eléctrico análogo del sistema. Zm=impedancia de la orejera; Zbm=impedancia detrás de la orejera; mi. RI=masa y resistencia de la filtración de aire; mm=masa de la orejera; CSItI. R sm =impedancia de los componentes de la carne y del ajuste: Zmaterial = impedancia para la transmisión de sonido a través de las deformaciones de la orejera; Cv=efecto de la cámara de aire dentro de la orejera; smlsd=razón del área delimitada en la cabeza por el ajuste y la sección transversal del conducto auditivo; md. Ca. Rd=componentes de la impedancia del tímpano.

Debe evitarse la filtración entre el ajuste y la piel, pues, como en el caso de los tapones, disminuye la atenuación sonora a bajas frecuencias. Cuando se requiere una atenuación considerable por encima de los 100 cps, una posible filtración de aire no debería exceder de 0,03 cm de diámetro para un volumen de aire encerrado detrás de la orejera de 5 cm3 y debería estar por debajo de 0,25 cm cuando el volumen asciende a 300 cm3• Estos valores están dados partiendo de la suposición de una filtración de aire de 0,5 cm de longitud. 40 • 43

219

La transmisión de sonido debida a la deformación de la orejera, es decir, a través del material de la propia orejera, es más difícil de controlar que la producida a través de un tapón. Las dificultades se deben a la superficie mucho mayor de las orejeras. Teóricamente podría eliminarse este canal de transmisión fabricando la orejera con un material rígido. Sin embargo, esto no puede hacerse aSÍ, ya que la orejera debe adaptarse al contorno de la cabeza alrededor del pabellón auditivo; al menos debe ser muy adaptable la parte diseñada para proporcionar un ajuste hermético alrededor del oído. La transmisión del sonido a través de esta superficie adaptable puede disminuir si se emplea un material con viscosidad interna muy alta. 4O Si la viscosidad no es lo suficientemente alta, la atenuación disminuye para todas las frecuencias, excepto en el intervalo en que se produce antirresonancia, causada por la interrelación entre la adaptación de la parte blanda y la inercia de la parte rígida de la orejera. Estas consideraciones se aplican tanto a los cascos de un auricular como a las orejeras. 4O ,43 La figura 8.9 muestra el efecto de reforzar un casco de un auricular macizo, pero flexible, con una lámina de metal. 40 La transmisión del sonido debida a la vibración de la orejera como un pistón rígido no puede descender por debajo de un límite fijado por la flexibilidad de la carne que recubre el cráneo y la masa máxima de la orejera compatible con la comodidad. En las circunstancias más favorables, la atenuación del sonido proporcionada por estos aparatos, orejeras, auriculares, está definida por la rama central del circuito de la figura 8.8. Cuando la impedancia mecánica del ajuste es grande, la influencia de su adaptación es 10 r -

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FIG. 8.9.

Mejora en la atenuación del sonido de un casco de auricular al reforzarlo con meta1. 41

despreciable; por tanto, C sm representa sólo la adaptación de la carne. La impedancia alta puede mejorarse rellenando una almohadilla hueca de paredes elásticas con un material muy viscoso (masilla o cera) maleable a la temperatura del cuerp041.43 (Fig. 8.10). Esta almohadilla presenta una alta impedancia debido a sus componentes resistivos y al mismo tiempo se adapta fácilmente al contorno de la cabeza. Los experimentos revelan que la adaptación mecánica de la capa de carne es, en una orejera, del orden de 3 x 10-9 cm por dina. 43 220

Este valor parece concordar con mediciones efectuadas directamente en la cabeza. 2 ,7 Cuando el ajuste es suave y tiene una viscosidad interna baja (por ejemplo, gomaespuma), su adaptabilidad se suma a la de la carne40 y la resultante puede ser la mitad, o incluso una fracción menor de C sm' La adaptabilidad de la carne controla la atenuación a bajas frecuencias y la masa de la orejera es el factor determinante por encima de la frecuencia de resonancia, que suele estar normalmente alrededor de los 200 cps. En cuanto a su comodidad, el peso de una orejera debe limitarse a unos 200 g.40 El último factor que debe examinarse en relación con la atenuación sonora proporcionada por las orejeras es la impedancia detrás suya (Zbm en la Fig. 8.8).40,43 Como muestra la ecuación (8.2), la atenuación sonora es inversamente proporcional a Zbm cuando la impedancia de la propia orejera es lo suficientemente grande. La impedancia detrás de la orejera consiste principalmente en la cámara de aire encerrado en su interior. Este volumen es normalmente lo suficientemente grande como para despreciar el efecto sobre el oído medio (tímpano). La impedancia mecánica de su contenido relleno de aire es inversamente proporcional al volumen, y directamente proporcional al cuadrado de la superficie transversal de su abertura correspondiente. Para orejeras corrientes, esta «área efectiva» se representa por Si. En consecuencia, a fin de obtener una alta ALUMINIO

8.10. Orejera experimental HZM-9-A, que consiste en un casco rígido de auricular con una almohadilla blanda, suave, rellena de cera (CZM-7). ;El auricular se ha reemplazado por un tapón de aluminio. 43 FIG.

atenuación sonora en el oído (Zbm pequeña), la orejera debería encerrar un volumen grande de aire, pero debería tener una Si pequeña. Esto nos lleva a una orejera muy cóncava. El área Si está limitada por las dimensiones del pabellón auditivo. En las orejeras comerciales, el volumen de aire encerrado varía de 25 a 300 cm3 y el área interior efectiva Si entre 25 y 40 cm2• De aquí 221

que la adaptabilidad mecánica de la cámara de aire esté entre 1 x 10- 8 y 3 X 10-7 cm pordina. Los auriculares comerciales encierran un volumen de aire de 5 a 25 cm3 y tienen una Si de 15 a 40 cm2• La adaptabilidad mecánica del aire encerrado varía entre 1 x 10-8 y 1,5 X 10- 8 cm por dina. La figura 8.10 muestra una pequeña orejera· experimental que consiste en un casco de latón y un ajuste hermético hueco con paredes elásticas, relleno de cera maleable a la temperatura del cuerpo.43 El casco duro junto con la alta viscosidad interna del ajuste hacen que la orejera vibre como un pistón rígido y que los factores determinantes de su impedancia se reduzcan a la adaptabilidad y resistencia de la piel y a la masa de la orejera. El volumen de aire encerrado asciende a unos 24 cm3 y Si =24 cm2• La masa es de 150 g. o i~ CALCULADO

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FIG. 8.11. Atenuación sonora proporcionada por la orejera de la figura 8.10. El área rayada corresponde a una atenuación indeterminada a causa de la fase desconocida de la relación entre el sonido transmitido a través de la orejera y a través del cerebro. 43

La curva y el área rayada de la figura 8.11 dan unos valores de atenuación calculados según la ecuación (8.2) y las cruces los valores medidos. La concordancia es buena por debajo de los 1000 cps, donde se mantiene la suposición de ondas largas comparadas con las dimensiones lineales de la orejera. El área rayada representa la incertidumbre debida a la fase desconocida de la relación entre el sonido transmitido a través de la orejera y el transmitido por conducción ósea.43 La atenuación sonora proporcionada por un auricular depende de la impedancia del audífono montado en él. La figura 8.12 muestra un pequeño auricular que rodea el oído, consistente en una armadura vinílica blanda, flexible, envolviendo un núcleo de material viscoso. En la figura, el casco contiene un tapón de metal en lugar del audífono. En estas condiciones la cantidad de 222

FIG. 8.12. Orejera experimental consistente en un auricular Grason-Stadler (CZW-6), con el audífono reemplazado por un tapón metálico del mismo peso.

aire encerrado es de unos 14 cm3 y el casco proporciona una atenuación sonora representada por la curva continua de la figura 8.13. Reemplazando el tapón metálico por un audifono PDR-10 del mismo peso, la atenuación sonora aumenta en unos 7 db (línea discontinua). La audición del PDR-10 parece producir aproximadamente el mismo efecto que si se añadiera un volumen de

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FIG. 8.13. Atenuación proporcionada por la orejera de la figura 8.12, con dos diferentes volúmenes de aire encerrado.

aire de 15 cm3• Mediciones estáticas confirman que el PDR contiene detrás de su diafragma una cavidad de este orden de magnitud. Las orejeras tienden a atenuar el sonido mejor a altas frecuencias que a bajas. Este efecto puede contrarrestarse añadiendo uno o más resonadores

223

Helmholtz. 43 Un ensamblaje, que se muestra en la figura 8.14 (HZM-9-B), consiste en una orejera HZM-9-A y un resonador con un volumen de aire de 50 cm3 y una abertura de 1 cm de diámetro. La línea continua de la figura 8.15 da la atenuación sonora obtenida con este aparato. La adición de un segundo

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8.14. Orejera experimental HZM-9-B consistente en el auricular CZW-7 y un resonador de 50 cm3•43 FIG.

resonador, en serie con el primero, sintonizado a una frecuencia más baja, hace variar la atenuación característica hasta coincidir con la mostrada en la línea discontinua. Finalmente, la línea de puntos reproduce la curva de atenuación obtenida con el auricular de la figura 8.14 con el audífono reemplazado por un inserto que contiene cuatro resonadores en serie. El volumen de aire encerrado por este aparato es de 109 cm3• Se desprende de la figura 8.15 o ;0 ID

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8.15. Curvas de atenuación de tres orejeras equipadas con diferente número de resonadores, conectados en serie.43

FIG.

que los resonadores pueden afectar sustancialmente a la atenuación proporcionada por las orejeras y hacer posible una mejor adaptación de la atenuación característica en las condiciones de empleo.

224

Combinación de tapón y orejera

A veces, a fin de obtener el máximo de atenuación sonora para ruidos extremadamente fuertes, se colocan orejeras superpuestas a los tapones. La acción acústica de este sistema puede deducirse del circuito eléctrico análogo de la figura 8.16. La atenuación proporcionada por la orejera viene dada por la ecuación siguiente: (8.3)

Zp

FIG. 8.16. Circuito eléctrico análogo de la combinación de tapón y orejera. Z=impedancia de la orejera; Zv=impedancia de la cámara de aire encerrada en la orejera; Zbp=impedancia detrás del tapón.

que simplificada queda: (8.4)

ya que Zp»Zbp»Z'I" De aquí que la atenuación sonora proporcionada por la orejera sea prácticamente independiente del tapón. La atenuación proporcionada por el tapón viene dada por:

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Zbp Zp+Zbp

(8.5)

y es independiente de la orejera. Por tanto, la atenuación total A deberá

valer: (8.6) Si A m Y A p están dadas en decibelios, en cuyo caso las llamaremos A~ y A~, respectivamente, la atenuación total de la combinación, expresada en decibelios, A', viene dada por la expresión equivalente: A'=A~ +A~

(8.7)

Si una orejera atenúa 20 db Y un tapón 25 db, la atenuación total que puede esperarse es de 45 db. Los experimentos demuestran, sin embargo, que no se verifica la suma simple y que la atenuación total es considerablemente menor. La figura 8.17 muestra esta discrepancia. 8 ,9 Hasta el momento esto se se acepta en general sin explicaciones. Por lo menos, tres posibilidades deben ser tomadas en consideración: 1) El sonido puede alcanzar el oído a través de la boca y de la trompa de Eustaquio (la atenuación sonora de los tapones

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FIG. 8.17. Curvas de la atenuación medida en: 1) tapones; 2) orejeras; 3) tapones y orejeras juntos; 4) suma teórica de las atenuaciones en decibelios proporcionada por tapones y por orejeras. S•9

de buena calidad parece disminuir un poco cuando la boca está abierta); , 2) el nivel de la transmisión del sonido puede alcanzarse a través del cráneo y 3) la vibración de la orejera puede transmitirse al tapón a través de la carne y de la estructura cartilaginosa del oído externo. p

Conducción ósea1•2 •4

Ya que existen ciertas divergencias en la interpretación de este término lo definiremos, en lo que se refiere a este capítulo, como el canal de transmisión acústica al oído interno que involucra la vibración de otras estructuras óseas distintas de los huesecillos del oído medio. Parecen ser tres los canales de la conducción ósea: 1) la deformación elástica del cráneo que nos lleva a deformaciones del oído medio e interno; 2) la vibración del cráneo, como un cuerpo rígido, produciéndose por inercia desplazamientos en el oído medio e interno, y 3) el movimiento relativo entre el cráneo y el maxilar p

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FIG. 8.18. Mejora de la conducción ósea a causa del cierre del conducto auditivo por medio de un tapón.4.14.31 '

226

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inferior. 1,2,4 Este movimiento causa la vibración del cartílago del conducto auditivo y el sonido producido en su camino a través del aire alcanza el oído interno a través del tímpano. A este canal de transmisión se le denomina a menudo el camino «oseotimpánicoD. Esto es importante cuando el oído está cubierto por un tapón o una orejera y el sonido generado por la -deformación del conducto auditivo no puede irradiarse al aire circundante. De aquí que el cierre del oído externo aumente la conducción ósea. El efecto de los tapones sobre esta conducción se muestra en la figura 8.18. 2 ,14.31 Es similar para orejeras pequeñas y un conjunto de audífonos, pero disminuye al aumentar el aire encerrado. La relación entre la conducción ósea y la transmisión de sonido por el aire dentro del oído puede estimarse como el límite superior del aislamiento sonoro en el oído que proporcionan tapones y orejeras. Se define normalmente como la relación entre los umbrales relativos de audición en un espacio acústico abierto. Desgraciadamente, aún no se ha medido esta relación con suficiente precisión; sólo son aprovechables estimaciones groseras deducidas de mediciones indirectas. La figura 8.19 muestra la incertidumbre existente. Se representan dos relaciones diferentes entre las transmisiones ósea y a través del aire en función de la frecuencia, cada una de ellas determinada por el mismo autor, pero por dos métodos diferentes. 4 Los puntos de la figura 8.10 indican los valores más altos de la atenuación que se obtuvieron en el oído en las pruebas efectuadas en el espacio acústico abierto. 44 En ellas se usaron resonadores con semi-insertos. Dieron un máximo de atenuación a su frecuencia natural, y esta atenuación máxima coincide aproximadamente con la conducción ósea medida excepto para frecuencias por debajo de 200 cps. z

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FIG. 8.19. Relación entre la conducción ósea y por el aire obtenida para oídos descubiertos mediante dos procedimientos diferentes. 4 Los puntos representan los valores más altos de la atenuación obtenidos en el oído cuando se usaron los resonadores.

Si los oídos se cierran con tapones o se cubren con orejeras que no tienen resonadores, o bien por otros aparatos que absorben el sonido, la relación entre la conducción ósea y la transmisión por el aire varía según ~as curvas de la figura 8.18. En esta situación puede suponerse que el límite .de la ate-

227

nuación sonora establecida por conducción ósea corresponde a la franja mostrada en la figura 8.20, confeccionada con datos de procedencia diversa.2.4.9.14.31.40 En esta figura, los puntos representan los valores máximos obtenidos hasta el momento con la combinación de tapones y orejeras en condiciones óptimas de laboratorio. 9.40•44

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FIG. 8.20.

Relación entre la conducción ósea y por el aire cuando los oídos están cubiertos por tapones. La amplitud de la banda indica la dispersión de los datos. Los puntos representan los valores mayores de la atenuación obtenidos con una combinación de tapón y orejera.

Límites previsibles de la atenuación sonora en el oído

La relación entre la conducción ósea y la transmisión del sonido por el aire dentro del oído constituye el límite absoluto de aislamiento acústico en el oído para tapones y orejeras. Si se excluye la transmisión directa desde el aire circundante al cráneo, un casco ideal podría mejorar la atenuación sonora de 5 a 10 db. El único conducto que queda es el que conduce el sonido a través del cuerpo.8.9 Como se indica en la figura 8.19, es posible alcanzar el límite absoluto de la conducción ósea, esto es, con los oídos descubiertos, usando protectores de oído que contengan elementos absorbentes. Sin embargo, estos protectores están aún en fase experimental. Un límite de atenuación más realista, por el momento, se muestra en la banda rayada o ~ ID

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FIG. 8.21. Límite superior de la atenuación sonora en el oído proporcionada por tapones, auriculares y orejeras. sin resonadores. 4o ,43.44

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de la figura 8.20. La experiencia demuestra que incluso este límite es muy difícil de alcanzar, especialmente para frecuencias por debajo de 700 cps. Aquí, la atenuación sonora más alta que se puede lograr con tapones u orejeras, sin que ello afecte a la comodidad, viene determinada por la impedancia de la carne que recubre el conducto auditivo o el contorno del oído y la masa del protector. La figura 8.21 muestra los límites prácticos de atenuación previstos para tapones, audífonos y orejeras sin resonadores.8.9.40.43,44 Estos límites coinciden con los de la conducción ósea de la figura 8.20, para una frecuencia de 500 a 800 cps. Atenuación sonora y comunicación de la palabra

El problema de la comunicación de la palabra bajo ruidos se tratará extensamente en el capítulo 9; algunos de sus aspectos están ligados estrechamente a los protectores de oídos. Podemos distinguir tres situaciones diferentes: una señal puede transmitirse: 1) a través de un audífono con el sistema de atenuación fuera del camino de la señal; 2) a través de un audífono con una parte al menos del protector de oído en el recorrido de la señal, o 3) a través del aire circundante. La primera situación se presenta cuando actúa como protector de oídos un audífono montado en un casco muy ajustado. En estas condiciones, la inteligibilidad de la palabra llega a ser óptima cuando la atenuación del ruido es lo más alta posible, pues la relación entre señal y ruido mejora proporcionalmente con la atenuación. Una protección suplementaria sería la proporcionada por un casco compacto que excluya el sonido. La segunda situación surge si añadimos un tapón. El tapón disminuirá el nivel de incidencia sonora tanto del ruido como de la señal en más o menos el mismo valor. Cuando puede compensarse la atenuación de la señal aumentando su nivel en el receptor, la relación señal: ruido mejora, y con ello la inteligibilidad de la palabra. 24 No obstante, si se alcanza la capacidad máxima del receptor, se hacen imposibles mejoras posteriores en la relación señal: ruido. Los coeficientes de articulación muestran que incluso entonces la inteligibilidad de la palabra mejora siempre que su nivel no caiga por debajo de unos 75 db. En la práctica, esta reducción es poco probable, ya que puede haber una señal cuyo nivel llegue a 110 db Y los tapones no la atenúen en más de 30 o 35 db. Por tanto, llevar tapones bajo los audífonos con ruidos fuertes y continuados es siempre beneficioso. 13 Cuando se transmite la señal a través del aire circundante, tanto la señal como el ruido son afectados por el protector de oídos, y la relación entre ambos no puede mejorarse sustancialmente. Se desprende de los experimentos que la atenuación de la palabra y del ruido no afecta de modo negativo a la comunicación, siempre que la palabra permanezca por encima de los 75 db en el oído. A niveles de ruidos superiores a los 85 db la palabra puede ser más inteligible. 13 Las condiciones varían ligeramente para ruidos intermitentes cuando los 229

intervalos de silencio son lo bastante largos para permitir una recuperaclOn sustancial de la audición. 16 Especialmente cuando los períodos ruidosos son cortos, la .inteligibilidad de la palabra puede ser mucho mayor que cuando el ruido es continuo, y los protectores de oídos pueden disminuir la inteligibilidad deteriorando la audición durante los períodos de silenciO. Para soslayar esta dificultad se ha provisto a los protectores de oídos de una atenuación sonora selectiva. Algunos de ellos se han diseñado para que actúen como válvulas y reduzcan las amplitudes excesivas de presión sonora sin afectar a las ondas de la palabra, si bien no se ha comprobado su efectividad.s,18 Otros actúan como resonadores acústicos o filtros de paso bajo, atenuando las frecuencias más peligrosas y molestas por encima de los 1000 cps, pero dejando pasar las frecuencias más' bajas.Is. lO. 37, 39 Se ha demostrado que estos aparatos permiten una mejor inteligibilidad de la palabra en medio del silencio que los protectores que atenúan todas las frecuencias de la palabra en un valor igual, aproximadamente. Algunos de estos tapones selectivos se han diseñado para proporcionar una protección adecuada en la mayoría de las situaciones que conllevan ruidos. 38 Son particularmente efectivos contra los disparos de armas de fuego. lO

COMODIDAD V OTROS REQUISITOS Presión

La causa más directa de incomodidad debida a un protector de oídos es la presión ejercida sobre la piel. Si esta presión es fuerte y dura un tiempo relativamente largo, el dolor puede llegar a ser intolerable. Dos factores a considerar son la fuerza total con la que el protector presiona contra la piel y la distribución de esa presión. La fuerza total ejercida por un tapón es una consecuencia de la relación entre las dimensiones de su sección transversal y las correspondientes del conducto auditivo. Un tapón pequeño es más cómodo que uno grande. La presión ejercida por las orejeras y los semi-insertos varía proporcionalmente con la fuerza aplicada por sus soportes. Un casco crea una situación más complicada y la fuerza total depende en parte del tamaño y en parte del peso. Cuando la fuerza total se distribuye sobre un área grande, la presión resultante es menor que cuando se concentra en un lugar pequeño. Por esta razón, un tapón que encaje bien en el contorno del conducto auditivo y que esté hecho con un material blando, que permite una buena adaptación, es mucho más confortable que uno escasamente ajustado o duro. Lo mismo vale para el ajuste de una orejera o un semi-inserto. Las orejeras y los semiinsertos deben no sólo ser de un tamaño y una forma compatibles con la anatomía, sino que deberán estar hechos también de material blando; a fin de asegurar un área grande de contacto con la piel. Cuando esto se consigue, la fuerza total que actúa sobre la piel debe limitarse a un valor que permita la circulación de la sangre. Para mantener el protector en su sitio y proporcionar una atenuación del 230

sonido se necesita una cierta preSlOn sobre la piel. Si disminuye la presión, la impedancia de la piel también disminuye y la vibración del protector del oído, considerado como un cuerpo rígido, aumenta. Con una presión excesivamente pequeña pueden producirse filtraciones de aire. Es difícil determinar la presión máxima aceptable para los tapones. La experiencia demuestra que, por término medio, son suficientes de tres a cinco tamaños para encajar bien en la mayor parte de los oídos. El tamaño más grande que se pueda soportar permite la máxima atenuación sonora. Las orejeras deben apoyarse contra los lados de la cabeza con una fuerza que varía entre 500 y 1000 g.23 Siempre que sea posible debe evitarse la presión en el pabellón auditivo, pues es muy sensible. :No se han determinado aún los límites de presión para los semi-insertos, pero la necesaria para mantenerlos en su lugar parece proporcionar una atenuación sonora suficiente. Peso

El peso de un protector de oído afecta a la comodidad de modo directo, ya que la fuerza de la gravedad presiona el aparato contra la piel, e indirectamente, porque la fuerza necesaria para mantenerlo en su lugar aumenta a medida que 10 hace el peso. Se aconsejan los pesos siguientes: un tapón debería pesar entre 1 y 5 g; una orejera o un auricular, menos de 200 g, Y un semi-inserto completo, alrededor de los 15 g. Un peso demasiado pequeño no es bueno, ya que la atenuación sonora disminuye a medida que lo hace el peso. Temperatura

Tanto el registro acústico como la comodidad de un protector de oídos pueden verse afectados por la temperatura ambiental. Algunos materiales, como la cera, se vuelven muy blandos a temperaturas altas, y pueden producirse tanto filtraciones de aire como aumentos de la conducción de sonido a través del material. En otro aparatos, un reblandecimiento moderado del material a la temperatura del cuerpo puede mejorar el ajuste y la comodidad. La temperatura puede provocar serios problemas con protectores de oído grandes, como orejeras y cascos, más que con pequeños. Al proporcionar un aislamiento calorífico, tienden a elevar la temperatura de la cabeza. En un clima frío esto puede ser agradable, pero en uno cálido es muy molesto. Además de la incomodidad causada por el calor, la evaporación del sudor 'es casi imposible y se produce una condensación excesiva. Esta situación se mejora en parte con orejeras hechas con material absorbente. No obstante, tienen otros inconvenientes. No pueden lavarse, y si no se cambian con frecuencia, resultan antihigiénicas. Por tanto, las orejeras deben cubrir la menor área posible de la superficie de la cabeza; el área de contacto de los cascos y la piel deben también reducirse al mínimo, y, si es posible, debe prevenirse la ventilación.

231

Factor tiempo

Una incomodidad soportada durante mucho tiempo se convierte en la peor de las torturas. Si el período de tiempo es corto, pueden tolerarse hasta tapones duros y escasamente torneados. Por otra parte, existen protectores de oído que parecen bastante c6modos durante el primer minuto y pueden resultar intolerables a la media hora, más o menos. Durante períodos cortos de exposici6n a ruidos intensos pueden llevarse muchos tipos de tapones, pero son muy pocos lo suficientemente c6modos como para llevarlos durante un período de ocho horas, o durante un día o una noche enteros. Además de la incomodidad directa causada por la presi6n, los períodos largos de uso acentúan los efectos negativos de la temperatura y la toxicidad. Toxicidad

Algunos materiales atacan químicamente la piel y causan inflamaciones. De hecho, cualquier material puede causar irritaci6n de la piel en determinadas circunstancias. Estos efectos t6xicos no pueden eliminarse por completo, pues algunos son el resultado de una alergia. Aprovecharemos, por tanto, aquellos materiales que solamente produzcan alergia en casos excepcionales y estén libres, por otra parte, de producir efectos t6xicos sobre la piel, incluso para períodos largos de uso. Los cloroprenos polimerizados (neopreno) y los copolímeros de cloruro de polivinilo (vinilite) son generalmente no t6xicos cuando se mezclan con plastificantes que tampoco 10 sean. 23 ,3? Ya que el ensayo de nuevos materiales lleva mucho tiempo, parece aconsejable, por ahora, usar estos y otros materiales de los que se sabe por experiencia que son químicamente neutros para la piel. Lavabilidad

Un protector de oído que haya de emplearse repetidamente debe ser lavable. Deberá ser resistente no s610 al agua y al jab6n, sino también a algunos antisépticos, como el alcohol. Las superficies lisas de material impermeable son más fáciles de lavar que los materiales absorbentes, como la gamuza, o porosos, como la gomaespuma. No obstante, los requisitos de lavabilidad no deben aplicarse indiscriminadamente. Algunos tapones se diseñan para tirarse después de una aplicaci6n y no necesitan lavarse. Para algunas aplicaciones son más convenientes tapones no recuperables que los lavables. Las orejeras son demasiado caras para usarlas s610 una vez, pero pueden aislarse de la piel mediante cualquier servilleta de papel u otro material barato. Duración

La duraci6n, como la lavabilidad, no es un requisito fundamental. Es algo superfluo en muchos tapones baratos, diseñados para usarse una sola vez. Los aparatos «permanentes), no obstante, que pueden resultar menos costosos

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a largo plazo, deben durar tanto como se pueda. En consecuencia, deben ser lo suficientemente robustos, y hechos de un material resistente al envejecimiento. El proceso de este envejecimiento puede acelerarse por muchos factores, de los que los más importantes parecen ser el cerumen, la transpiración, la humedad, la luz, el oxígeno y, a veces, algunos elementos químicos activos contenidos en el aire. Materiales del tipo del neopreno y el vinilite, cuando se combinan con otros ingredientes apropiados, resisten la mayoría de esas influencias y pueden durar, sin cambios notables, dos años o más. La mayoría de los materiales blandos y flexibles, sin embargo, muestra una tendencia bien a contraerse y endurecerse con el tiempo o a expandirse y hacerse fofos. 32 Facilidad de manejo

Este factor se menosprecia frecuentemente; no obstante, contribuye en gran medida al resultado de un protector de oídos. Un aparato complicado o uno que ha de aplicarse con precisión puede dar excelentes resultados en el laboratorio y fracasar sobre el terreno a causa de un empleo incorrecto. El modo en que un protector de oídos debe emplearse ha de ser tan obvio como práctico; su resultado no debe depender en gran parte de su colocación precisa. Tres propiedades facilitan una buena colocación: simplicidad mecánica, simetría y adaptabilidad. La simplicidad mecánica no presenta gran dificultad, ya que la mayoría de los tapones no tienen partes movibles, y el sistema de soporte de una orejera es tan simple que no se necesitan instrucciones para su uso. Si bien los protectores de oídos asimétricos son normalmente más adaptables a la anatomía, los simétricos son más aptos para aplicarse correctamente. Sin embargo, los aparatos simétricos por 10 general sólo funcionan eficazmente en una posición, y el elemento diseñado para el oído derecho debería ser diferenciable del diseñado para el izquierdo, la parte delantera diferenciable de la trasera, 10 de arriba de lo de abajo. Normalmente se llega a un compromiso y la adaptación residual a la cabeza y los oídos se confía a la adaptabilidad del material. La solución más ampliamente aceptada para los tapones elásticos consiste en exigir la simetría respecto a un plano horizontal, de modo que los elementos izquierdo y derecho sean idénticos. El usuario debe poner atención para colocarse correctamente el aparato en el oído, y la asimetría existente puede obviarse a fin de disminuir la probabilidad de errores. Las orejeras tienen grados diferentes de simetría. Con todo, a excepción de los que van incorporados en un casco, las orejeras y los auriculares deben ser simétricos respecto a un plano al menos; es decir, la parte de arriba igual a la de abajo, la derecha igual a la izquierda. La asimetría no representa un problema para protectores maleables. En el caso de tapones formarán esferas, cilindros, etc., y se adaptan por completo al contorno del conducto auditivo. En resumen, un aparato compuesto de material maleab~e, o por 10 menos muy adaptable, depende en menor grado de su situación correcta, y la estabilidad del resultado aumenta.

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EVALUACION DE LOS PROTECTORES DE 01005

La evaluación de los protectores de oídos es importante para los que los diseñan, los compran, los usan, así como para aquellos que están interesados en los daños en la audición. Desgraciadamente, no se han llevado a cabo por completo una serie de tipos standard de pruebas para protectores de oídos, ni existen aún criterios suficientes para su aceptabilidad. No es posible, por tanto, presentar un método generalmente aceptado para probarlos, o unos requisitos mínimos. Debemos limitarnos a dar unas normas según las experiencias de laboratorio o los experimentos sobre el terreno. De acuerdo con los requisitos básicos citados anteriormente, estas pruebas se refieren fundamentalmente a la atenuación sonora, comodidad y toxicidad. En esto consisten las pruebas de laboratorio, normalmente previas, y las pruebas de campo. Pruebas de atenuación

'1:

Las pruebas de atenuación sonora en el aire son los ensayos de protectores de oídos mejor conocidos. Estas pruebas no son todavía enteramente satisfactorias, ya que no pueden reproducirse de un laboratorio a otro con una semejanza suficiente. La mayoría de los ensayos que se realizan en la actualidad emplean sujetos humanos y métodos psicofísicos, pero continúan los esfuerzos a fin de reemplazar los métodos «subjetivos» por ensayos físicos «objetivos».5.26.29 Por razones obvias, estos esfuerzos se han frustrado en gran parte. La atenuación sonora proporcionada por un protector de oídos depende normalmente, al menos en parte, de las propiedades anatómicas y mecánicas de la cabeza, y especialmente del oído. De ellas, las más importantes son la impedancia del oído medio, la impedancia mecánica de la carne que recubre el conducto auditivo, la flexibilidad de los cartílagos del oído externo, la forma del conducto auditivo, las propiedades mecánicas de la carne que recubre el cráneo (en particular alrededor del pabellón auditivo), las propiedades mecánicas del propio pabellón auditivo y, finalmente, todos los factores que determinan la conducción ósea. Es dudoso que todos estos parámetros puedan reproducirse en un modelo físico con materiales que mantengan sus propiedades mecánicas durante largos períodos de tiempo. Para probar las propiedades mecánicas del propio protector del oído pueden usarse métodos puramente físicos. Serán adecuados aparatos como los empleados para la evaluación de los audífonos. Los protectores de oídos deberán proporcionar en esta prueba una atenuación sonora mayor que en el caso de un oído real. Cuando esto no es así, es probable que la transmisión de sonido a través de la deformación del protector de oído disminuya la atenuación. Otro objetivo de las pruebas de atenuación consiste en medir la presión sonora a la entrada del conducto auditivo, colocando normalmente un tuboprobeta microfónico en el oído del sujeto. El valor de la atenuación viene * Pendiente de la aceptación de un baremo por la American Standards Association.

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dado por comparaclOn entre la presi6n sonora medida, con este micr6fono, cuando está presente el protector de oídos y cuando lo retiramos. 5 • 29 ,36 Estas pruebas deben llevarse a cabo sin distorsiones en .el funcionamiento propio del protector. El tubo-probeta debe ser flexible, y deberá introducirse a través del cuerpo del protector de oído de modo que el ajuste sobre la superficie de la piel permanezca inalterado. La impedancia del micrófono rematado por el tubo-probeta debe ser alta, a fin de no afectar apreciablemente a la impedancia de la cavidad detrás del protector de oídos. Este método es apropiado para aparatos grandes, como orejeras y cascos. En estos casos, no obstante, sus ventajas son dudosas. La variabilidad de las «pruebas subjetivas), como las psicofísicas, se debe en gran parte más a las diferencias en el ajuste de los protectores de oídos que a la falta de exactitud de las determinaciones del umbral, o de la sonoridad, y el problema del ajuste se presenta también en el método del tubo-probeta. Por tanto, en pruebas con este último no pueden esperarse unos resultados mucho más exactos, ni reducir el número de elementos necesarios para llegar a un resultado estadístico significativo. No obstante, sí se puede economizar tiempo. Las mediciones psicofísicas de la atenuación sonora proporcionada por los protectores de oídos son las que más se usan. 5 •23 •33 ,34,41,43 Se define la atenuación sonora como la pérdida de audición ocasionada por el aparato ·en un ensayo. A este fin, se mide el umbral de audibilidad una vez con el protector del oído en su lugar y otra vez sin él. La diferencia en decibelios se toma como la medida de la atenuación. A veces la determinación del umbral se reemplaza por un balance de sonoridad, pero éste es un procedimiento más complicado. 23 •34 El orden en que se determinan los umbrales puede afectar a los valores obtenidos de la atenuación. Por esta raz6n, el ensayo deberá ser equilibrado; es decir, si un oyente sufre la prueba primero sin protector de oído y después con él, el siguiente deberá efectuar la prueba al revés, y así sucesivamente. En la siguiente sesión, los individuos que empezaron sin protector en la primera sesión lo harán ahora con protección del oído la primera vez. En la tercera sesión, el orden se invierte de nuevo.41 •43 Tanto los tonos puros como las bandas de ruido sirven como estímulos. La mayoría de los experimentadores prefieren tonos puros, ya que solamente se requiere un equipo muy simple y se mide bien la relación entre la atenuad6n y la frecuencia. Las mediciones con las bandas de ruido no dan la atenuación media de la banda, sino el mínimo de atenuación obtenida a una frecuencia concreta, que permanece desconocida. A fin de obtener atenuaciones características precisas, deben probarse tantas frecuencias como sea posible -al menos las siguientes: 125, 250, 500, 1000, 2000, 3000, 4000, 6000 .Y 8000 cps-. La mayoría de los audiómetros comerciales producen esas frecuencias. Las pruebas deberían efectuarse con un altavoz, no con audífonos, ya que éstos se desvían mucho de las condiciones en que los protectores
eco). El campo sonoro así producido es fácilmente determinable. En algunos ensayos, el sujeto escucha con un oído, y en otros con ambos. Teóricamente la audición monoaural está más cerca de la correcta, pero es difícil eliminar satisfactoriamente el oído que no está sometido al ensayo. La audición biaural da los valores de la atenuación producida en el oído en el cual ésta es menor. La comparación entre los ensayos mono y biauriculares confirma que la atenuación media obtenida biauralmente puede esperarse que esté por debajo del valor medio obtenido monoauralmente. s Para determinar el umbral de audición, puede emplearse cualquier método psicofísico en tanto que se aplique el mismo procedimiento para la medición del umbral con protector de oídos y sin él. El método no requiere maniobras complicadas por parte del oyente. Debe eliminarse de la sala de ensayos el fondo de ruidos audibles, y el oyente debe situarse tan inmóvil como sea posible. Ya que los ruidos afectan a los umbrales tomados sin protectores de oídos más que a los tomados con ellos, la atenuación medida se reduce. Por esta razón, tanto el examinador como cualquier equipo ruidoso deben mantenerse fuera de la sala de ensayo. Normalmente, la cabeza del oyente se fija por un soporte. La colocación correcta de un protector de oído desempeña un papel decisivo en la atenuación sonora, principalmente en el caso de tapones. Incluso con el mejor tapón pueden producirse filtraciones de aire si se usa un tamaño inapropiado o el aparato se coloca inadecuadamente. Las instrucciones para su empleo pueden ser más importantes que la calidad misma del aparato. En los experimentos de laboratorio puede ser necesario que el examinador inserte la primera vez los tapones en los oídos del oyente. En las pruebas de campo, no obstante, el oyente deberá realizar esta operación por sí mismo. De otro modo, las condiciones de la prueba se alejarán considerablemente de las condiciones de campo. Es una buena idea colocarse los protectores mientras se oye un ruido de sonoridad moderada. Ya que el protector puede desplazarse por los movimientos de la mandíbula inferior o de toda la cabeza, disminuyendo la atenuación sonora, estos movimientos deben incluirse en las pruebas. Estas pruebas deben llevarse a cabo con un mínimo de diez oyentes con audición normal, y evaluarse estadísticamente. Debido a la variabilidad en el ajuste, parece aconsejable repetir las mediciones al menos tres veces con cada sujeto. Los valores medidos pueden aumentar algo con la propia experiencia del sujeto. Ensayos de comodidad y toxicidad

Si bien la comodidad puede evaluarse cuantitativamente, estos tests no se recomiendan por el momento. Sí es posible medir, por ejemplo, el tiempo durante el cual el sujeto puede mantener colocado el protector de oídos. Un aparato realmente cómodo debería poderse llevar un día entero. Normalmente, sin embargo, basta con una simple investigación cualitativa para determinar que el protector de oídos no es cómodo.

236

Lo mismo puede decirse de la toxicidad. El único ensayo digno de confianza parece consistir en que un grupo de personas lleve el protector de oídos, o al menos una parte del material de que está hecho, en estrecho contacto con la piel durante varios días. 32 Si no se produce irritación de la piel en una gran mayoría de los sujetos (90 a 95 por 100), el aparato puede considerarse satisfactoriamente como no tóxico. Criterios de aceptabilidad

Estos criterios están todavía menos especificados que los métodos de ensayo. Respecto a la atenuación del sonido, esto se debe a la insuficiente información sobre los efectos perniciosos del ruido. Los límites entre las intensidades inocuas y peligrosas del ruido parecen ser vagos y dependen probablemente de la clase de ruido, de la duración de la exposición, los períodos de reposo y del individuo oyente (véase Cap. 7). La atenuación mÍnima del ruido requerida depende, por tanto, de las condiciones de empleo. En consecuencia, un baremo de aceptabilidad no es una cosa sencilla. El uso amplio de los protectores de oídos sobre el terreno puede convertirse en el mecanismo autorregulador que elimine los aparatos de inferior calidad. Con todo, puede establecerse casi con generalidad que la atenuación sonora proporcionada por un protector de oído debería ser suficiente para mantener el nivel de ruidos por debajo de un límite de seguridad, siempre que se conozca dicho límite. Esto se puede aplicar a todas las bandas de frecuencia. La experiencia demuestra que los protetcores de oídos que son incómodos son rechazados inmediatamente y que pronto se hacen evidentes las irritaciones de la piel causadas por materiales tóxicos. Ya que estos efectos se manifiestan rápidamente, parece remota la posibilidad de que una población grande pueda ser dañada. Así, pues, el único problema serio consiste en la protección de la audición. Los traumas acústicos se desarrollan lentamente y pueden no ser advertidos durante un período largo de tiempo (véanse capítulos 4 y 7). Serán de una gran ayuda los tests audiométricos cuidadosos (véase Cap. 6). Si los exámenes se efectúan en un grupo numeroso de personas jóvenes con una capacidad auditiva razonablemente normal, trabajando bajo las mismas condiciones de ruido, rápidamente puede descubrirse cualquier pérdida de audición debida al ruido, y al mismo tiempo la efectividad de los protectores de oídos. Estas pruebas requieren varios días, y deben iniciarse normalmente tras el reposo del fin de semana. Se tomarán dos audiogramas cada día, uno antes de que el ruido comience y otro inmediatamente después de que termine. 38 • 39 La pérdida transitoria de audición viene dada por la diferencia entre los dos umbrales. Los protectores de oídos pueden considerarse efectivos si eliminan este cambio en el umbral auditivo casi por completo (hasta 5 o 10 db). Si no existe una pérdida de audición transitoria apreciable, parece razonable esperar que no se producirán pérdidas permanentes. Como es obvio, estos ensayos deben realizarse en salas en silencio, pues de otro modo no pueden detectarse las pérdidas de audición pequeñas.

237

PROTECTORES DE OIDOS COMERCIALES

La variedad de protectores de oídos y la lenta mejora que en ellos se ha indicado, a pesar de que dan la impresi6n de ser unos aparatos muy sencillos, hace que la protecci6n del oído presente problemas complejos. Vamos a hablar aquí de algunos protectores típicos que han sido ampliamente empleados, junto con otros de desarrollo reciente. En su inclusi6n ha jugado un papel importante la aprovechabilidad de los datos sobre ellos, y su menci6n aquí no significa que sean necesariamente los mejores. Las curvas de atenuaci6n que se incluyen no r~presentan ningún promedio de datos tomados por un procedimiento normalizado, ya que tales datos no existen. Estas curvas se obtuvieron por distintos investigadores y por diferentes métodos. Por esta razón, los resultados obtenidos en diferentes laboratorios, e incluso en el mismo laboratorio por diferentes investigadores, no son directamente comparables unos con otros. A veces la coincidencia es buena, y a veces las diferencias son pronunciadas. Todos los datos sobre la atenuaci6n que aquí se reproducen tienen una cosa en común: fueron obtenidos como el promedio de la pérdida de audición producida en el umbral de audibilidad por el protector de oídos en un espacio acústico abierto con un cierto número de oyentes con capacidad auditiva normal. Tapones

Uno de los más antiguos y sencillos medios de proteger el oído de los ruidos intensos consiste en introducir un algodón seco dentro del conducto auditivo. El tapón formado de este modo es muy cómodo, pero proporciona una pequeña atenuación sonora (Fig. 8.23).23 Puede obtenerse una mejora sustancial empapando el algodón con aceite o cera. Existen tapones prefabricados que consisten en algodón o gomaespuma impregnados de cera. Normalmente tienen una forma cilíndrica y pueden deformarse con los dedos.

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Curvas de atenuación de la guata y de tres tapones comerciales.23

Sus ventajas principales son su comodidad y el bajo coste por pieza. No pueden lavarse, sin embargo, y por esta razón solamente se emplean una vez, ya que su pegajosa superficie tiende a acumular suciedad. Su flexibilidad es escasa y no siempre suficiente para proporcionar un buen ajuste. Como ejemplo, en la figura 8.22 se da la atenuación característica de uno de estos tapones, el Tapón Flents Anti-Noise. La figura 8.22 muestra también las atenuaciones características de dos tapones del tipo «permanente». Uno es el Tapón de Oídos Nelson. Consiste en un globo esférico duro de plástico incoloro terminado por un extremo en forma de T, lo que facilita la inserción y la extracción. Se fabrica en tres tamaños. Esta clase de tapón se considera la menos cómoda, y atenúa los sonidos a baja frecuencia peor que los tapones de algodón y cera. Sus ventajas son el bajo coste, la lavabilidad y la durabilidad. El otro tapón permanente es el Protector de Oídos V-5IR (representado en la Fig. 8.23).23 Consiste en una cápsula de neopreno blando o vinilite con una cavidad en forma de campana en un extremo, que mejora el ajuste y la

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APENDICE DE EXTRACCION

retención en el oído. La cápsula tiene una forma difícilmente adaptable al contorno de un conducto auditivo normal. Un reborde en la cara exterior previene su inserción profunda. Existen tres tamaños. El Protector de Oídos V-5IR proporciona una atenuación grande de los ruidos a todas las frecuencias y es bastante cómodo. Es lavable y puede durar años. Otro ejemplo de un tapón elástico suave es el Selectone39 (Fig. 8.24), que se diferencia del V-5IR principalmente en la falta de una cabeza de ajuste y en una cobertura que cierra la cápsula en su cara externa. La cubierta crea un volumen de aire aislado en el interior del tapón. Las propiedades del Selectone son similares a las del Protector de Oídos V-5IR, excepto en un detalle adicional. Un modelo de este tapón (Selectone K) contiene dos pequeños orificios, uno de ellos que conecta la cavidad interna con el aire exterior,

239

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FIG. 8.24.

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Protector de oídos Selectone tipo K CA. Lindinger) actuando como un filtro de paso bajo con dos secciones, y su circuito eléctrico análogo.39

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y el otro con el volumen de aire encerrado en el conducto auditivo. El sistema actúa como un filtro de paso bajo con dos secciones, dando una atenuación grande a frecuencias altas, que son consideradas las más perjudiciales, y casi ninguna atenuación a las frecuencias más bajas. También se muestra en la figura 8.24 un circuito eléctrico análogo. El filtro característico Selectone de paso bajo está proyectado para proporcionar una mejor inteligibilidad de la palabra con ruidos intermitentes e interrumpidos que la que dan los tapones que atenúan incluso todas las frecuencias. En la figura 8.25 se muestra o ~

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FIG. 8.25. Curvas de atenuación del Selectone A, Selectone K (filtro de paso bajo) y Protector de Oídos V-SIR, determinadas en las mismas condiciones.39

240

la atenuación característica de dos modelos de Selectone, junto con una curva de atenuación obtenida para el V-SIR en las mismas condiciones experimentales. El tapón de la figura 8.26 obedece a un intento de combinar las buenas cualidades de los tapones maleables con las de los elásticos, y se le denomina tapón semiplástico. 42 Consiste en un núcleo maleable rodeado de unas paredes delgadas y muy suavemente elásticas. La forma, así como la adaptabilidad del conjunto, se ven aumentadas por una parte que penetra en la pared. La forma básica se ajusta al contorno del conducto auditivo de tipo medio. Los experimentos de laboratorio indican que es más cómodo que otros tapones elásticos permanentes y proporciona igual atenuación sonora. En la figura 8.27

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FIG. 8.27. Curva de atenuación del tapón HZP-3. Las líneas verticales indican la desviación standard (10 oyentes).42

se da la atenuación característica del tapón semiplástico, determinada en condiciones semejantes a las de la figura 8.25. Un sólo tamaño se ajusta a la mayoría de los oídos. En contraste con los tapones maleables de cera, pueden lavarse. Auriculares

Dentro del gran número de auriculares existentes hemos escogido dos modelos clásicos (Figs. 8.28 y 8.29) y uno que representa un desarrollo reciente (Fig. 8.12). El audífono MX-41jAR es un pequeño casco «supra-auricular» que consiste en una concha de neopreno sólido y en una base blanda de material esponjoso que produce un gran ajuste sobre el pabellón auditivo (Fig. 8.28). Junto con un audífono ANB-H-l, montado en una banda para la cabeza HB-7, da una atenuación representada por la línea continua de la figura 8.30. La ventaja fundamental del MX-41/AR es el pequeño volumen que encierra (6 cm3), lo que asegura una buena transmisión de la señal desde el audífono. Tiene el inconveniente de la presión que ejerce sobre el sensible pabellón. Normalmente son más cómodos los casos «circumaura1es» de los que 241 16

NAF-48490-1 es un ejemplo típico. 22 Consiste en un casco grande de neopreno sólido que contiene en su centro el audífono, y un anillo de gamuza relleno de miraguano en su periferia. El anillo blando, llamado «buñuelo», asegura el ajuste alrededor del oído y mantiene el casco a una distancia de la cabeza suficiente para eliminar la presión incómoda sobre el pabellón auditivo. Una· de las ventajas de la almohadilla de gamuza es que absorbe la transpiración. Por contra, no es lavable. Otra desventaja es el gran volumen encerrado entre el audífono y el oído, lo que disminuye su eficacia. La atenuación proporcionada por el NAF-48490-1 con el audífono ANB-H-1A y la banda para la cabeza CQT-49510 se representa en la figura 8.30 (línea discontinua). El auricular semiplástico de la figura 8.12 es también del tipo circumaural. En contraste con el NAF-48490-1, consiste en una pieza hueca de vinilite blando que contiene un núcleo de material maleable y muy viscoso. Este diseño asegura una gran adaptabilidad al contorno de la parte de la cabeza que circunda el oído, y proporciona un ajuste hermético sin que la presión llegue a ser incómoda. Algunos lo encuentran demasiado pequeño. Toda la

FIG. 8.28.' Auricular de las Fuerzas Aéreas de los EE. UU. MX-41/AR, con audífono ANB-H-l y banda HB-7. 22

superficie del casco es lisa y fácil de lavar. A fin de disminuir el volumen común a audífono y oído, de unos 13 cm3, el casco se ha hecho asimétrico, y si bien los elementos para la derecha y la izquierda son id¿nticos, el frente difiere de la parte de atrás. La atenuación sonora se debe principalmente a 242

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FIG. 2.29. Casco de un auricular NAF-48490-1 de la Marina de los EE. UU,22

la viscosidad del material del núcleo, y no a la rigidez, como ocurre en otros cascos (líneas de punto y raya de la Fig. 8.30). Orejeras

Cualquier auricular, en combinación con otros del tipo de «chupón», puede usarse como una orejera. Existen, no obstante, varias orejeras diseñadas exclusivamente para la protección de los oídos. Normalmente proporcionan una atenuación sonora mayor que los auriculares. Veamos algunos ejemplos. o I-MX-41/AR}

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FIG. 8.30. Atenuación sonora proporcionada por los auriculares de las figuras 8.12, 8.28 Y 8.29.22 ,41

El protector de oídos Kindel, mostrado en la figura 8.31, es una orejera ligera que consiste en un casco de metal con doble pared y un ajuste muy flexible. Parece ser confortable, y tiene una sencilla banda para la cabeza que le hace ser menos aparatoso que otras orejeras. Desgraciadamente, no

243

FIG. 8.31. Protector de oídos Kindel.

atenúa apreciablemente sonidos para frecuencias por debajo de los 1000 cps, e incluso por encima de esta frecuencia la atenuación sonora no alcanza el valor obtenido por otros modelos (Fig. 8.34). El Noisefoe, mostrado en la figura 8.32, proporciona una mejor atenuación sonora (Fig. 8.34). Consiste en un casco plástico, recubierto en su cara

FIG. 8.32. Noisefoe (Mine Safety Appliance Co.).

8.33. Protector del Sonido Straightaway (David Clark Co.).

FIG.

interior por gomaespuma, lo que también asegura el ajuste contra la cabeza. Para asegurar los cascos se le ha provisto de una banda como las que se aplican en los auriculares. El Noisefoe puede aprovecharse igualmente montado en un casquete diseñado especialmente. En este caso se le llama «Earsaver». A causa de estos aditamentos, el Noisefoe (Earsaver) es un objeto bastante voluminoso. Debido a la gran superficie de contacto entre la gomaespuma y la piel, ésta tiende a calentarse en exceso. El protector de sonido Straightaway (Fig. 8.33) es el más grande y apara244

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FIG. 8.34. Curvas de atenuación de las orejeras mostradas en las figuras 8.31 a 8.33.33 • 43

toso de las orejeras, pero proporciona, con mucho, la mayor atenuación sonora (Fig. 8.34). Consiste en un casco plástico duro, ajustado a la cabeza por una almohadilla suave de plástico espumoso. Encierra un volumen de aire de unos 3.00 cm3 *, llenado en parte por un plástico espumoso absorbente. Semi-insertos22

Los semi-insertos se han usado principalmente en conexión con los audí· fonos. Ya que proporcionan una alta atenuación sonora, podrían usarse fácilmente como protectores de oídos --,en la Fig. 8.35 se muestra la atenuación al

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FIG. 8.35. Curvas de atenuación del semi-inserto C-6 (Fig. 8.1).22

10,000 POR SEGUNDO

FIG. 8.36. Curva de atenuación del casco Sound Absorb mostrado en la figura 8.1 (Bill rack Scientific Instruments Co.).33

característica de uno de ellos (Harvard Design C-6, véase Fig. 8.1)-. El C-6 es un semi-inserto flexible y aceptablemente suave, hecho de neopreno, que * Wadsworth, comunicación personal.

245

se ha modelado para encajar en la entrada del conducto auditivo. Junto con audífonos auxiliares se monta con unas bandas para la cabeza, diseñadas especialmente. A fin de unir estabilidad y comodidad, esta banda no debe presionar directamente sobre el inserto, sino por medio de un resorte secundario. La banda reposa sobre el hueso temporal. El sistema es adecuado, si bien parece posible hacer mejoras sustanciales. Cascos

La mayoría de los cascos no contribuyen a la atenuación sonora, pero sirven como medio de soporte de los audífonos o las orejeras. Existen cascos, no obstante, que pueden considerarse como 'protectores de oídos por sí mismos. Un ejemplo es el casco «Sound Absorb», mostrado en la figura 8.1. Consiste en un casco de fibra de vidrio recubierto en su cara interior con materiales absorbentes y tela. El ajuste alrededor de los oídos está proporcionado por almohadillas de goma espuma. El casco puede usarse con audífonos o sin ellos. Es, por supuesto, un objeto grande y pesado y no atenúa el sonido mejor que las orejeras (Fig. 8.36). Por tanto, no debería usarse cuando sólo se requiera una protección para el oído. Ya que proporciona protección contra el choque y los golpes de viento, es muy útil en las situaciones en que se necesita una protección combinada.

REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18.

246

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247

Capítulo 9 EFECTOS DEL RUIDO EN LA COMUNICACION VOCAL MONES

E.

HAWLEY

Radio Corporation of America KARL

D.

KRYTER,

PH.D.

Operational Applications Laboratory Air Force Cambridge Research Center INTRODUCCION

Este capítulo se ocupa de los efectos que causa el ruido en la señal vocal o señal de conversación, considerada como medio de comunicación. Ciertamente, una de las consecuencias más graves producidas por el ruido es que nos priva de comprender lo que otra persona dice, tanto si nos está hablando directamente, como si lo hace por medio del teléfono u otro sistema de comunicación vocal. La comprensión de las palabras habladas se define aquí como inteligibilidad. El término no incluye la identificación de la persona que habla ni la interpretación de su estado de ánimo a partir del tono de su voz. La inteligibilidad es un factor psicológico y para medirla se necesitan técnicas psicológicas; sin embargo, un sistema de comunicación vocal está constituido por un equipo en el que se pueden realizar muchas medidas físicas. Científicos e ingenieros han desarrollado investigaciones sobre las relaciones entre estas medidas físicas y fisiológicas, pero hay muchos problemas que todavía no se han resuelto. Sin embargo, es posible para el ingeniero resolver muchos problemas de comunicación vocal, utilizando un conjunto de aproximaciones y estimaciones que se citan en este capítulo, aunque debe efectuar una serie de ajustes en el sistema de comunicación para corregir las inexactitudes debidas a tales aproximaciones. En este capítulo se hace, en primer lugar, una descripción de las propiedades estadísticas de la señal vocal que tienen relación con la inteligibilidad, y de los métodos de medida de la inteligibilidad de la señal voca~. Después, se discute la efectividad del ruido en el enmascaramiento de la señal vocal, y se demuestra que la inteligibilidad se puede predecir a partir de ciertas medidas físicas del ruido y del equipo. Posteriormente, se describe algún equipo especialmente útil, donde se presentan problemas de inteligibilidad. Finalmente, se citan algunos ejemplos de sistemas de comunicación vocal, utilizados en diversas condiciones ruidosas.

249

PROPIEDADES ESiADISTICAS DE LA SEÑAL VOCAL

Cuando una persona habla, genera, de una forma continua, una serie de ondas de presión sonora, complejas y cambiantes. Los sonidos de una conversación presentan una variación con el tiempo muy amplia, tanto en espectros de frecuencias como en nivel total de presión. Además, la frecuencia de aparición de sonidos vocales en un discurso prolongado varía mucho. Se puede analizar una conversación microscópicamente, examinando las características de cada sonido, pero es el punto de vista macroscópico el que interesa para la finalidad de este libro; es decir, datos de un gran número de personas y promediados en un intervalo largo de tiempo. Por término medio, una per~(f)

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FIG. 9.1. Espectrograma idealizado de voz masculina, a un metro del emisor. (De la Ret. 2.)

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sona, hablando en voz alta, produce un espectrograma de presión sonora que se aproxima al mostrado en la figura 9.1. Este es un gráfico medio realizado a partir de un gran número de muestras tomadas de sujetos varones. l -S Puede haber desviaciones considerables respecto a este espectrograma típico, debidas a variaciones en el nivel de conversación o a diferencias entre individuos; además, la curva es diferente para voces femeninas. Este espectro de presión sonora se toma como ejemplo representativo de la señal vocal media.

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9.2. Diferencia, en decibelios, entre presiones de pico de conversación, medidas en intervalos cortos (1/8 de seg), y la presión eficaz media en un intervalo largo (75 seg).

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grandes y el tiempo de reverberación, el nivel de ruido y otros muchos factores influyen en este nivel normal. Sin embargo, los niveles totales de presión sonora, tomados con un aparato de medida a una distancia de un metro del sujeto emisor, oscilan entre 65 y 75 db, para una gran cantidad de personas, hablando en un tono de voz «normal» y en diversas condiciones. 2 •4 • 5 •6 Se supone, por tanto, a partir de ahora, que el nivel total medio, para un sujeto que habla en condiciones normales de silencio ambiental, es de 66 db a un metro de distancia. Una característica muy importante de la señal vocal es que tiene una forma de onda muy irregular, con un factor de pico muy elevado. Es decir, que los picos de presión sonora son elevados, en comparación con la presión sonora eficaz, en un intervalo largo de tiempo. La figura 9.2 muestra el valor de este factor de pico en función de la frecuencia. Las variaciones de este factor de pico en función del nivel de señal vocal no han sido determinadas, pero se cree que los valores reseñados son razonablemente válidos en un amplio margen de niveles de señal. Es este factor de pico elevado, junto con la naturaleza transitoria de la señal vocal, lo que hace difícil la medida de niveles de conversación, aunque se dispone de varios equipos: 1) el indicador de volumen, frecuentemente llamado medidor VU, porque su medida viene en «unidades de volumen» (VU, del inglés «volume units»); 2) el medidor de nivel sonoro; 3) el osciloscopio, y 4) el integrador, capaz de integrar presión sonora o presión sonora elevada al cuadrado. Cada uno de estos dispositivos tiene sus ventajas y sus inconvenientes, y todos dan valores diferentes para cada muestra de conversación. El medidor VU es un instrumento que fue primeramente utilizado para emisiones radiofónicas y cuyas características típicas están normalizadas.? Este dispositivo es ampliamente utilizado en control de emisiones y grabaciones, y los ingenieros expertos en sistemas de audiofrecuencia coinciden normalmente en la interpretación de las fluctuaciones del medidor. En algunos casos, el medidor VU da indicaciones erróneas, porque se ve afectado por la velocidad de conversación y el factor de pico de la persona que habla; además, las distorsiones producidas en los picos pueden dar también indicaciones erróneas. El medidor de nivel sonoro no ha sido diseñado expresamente para medidas de señal vocal, pero se puede utilizar para ello. La respuesta transitoria del medidor, tanto en las escalas lentas como en las rápidas, es diferente de la del medidor VU.8 Un osciloscopio es pluy útil para observar una señal vocal, porque el recorte de los picos y la distorsión de la forma de onda causada por sobrecarga se puede observar con facilidad en él. También es una herramienta muy valiosa para medidas de señal vocal, ya que los valores de pico pueden leerse directamente y se puede calcular la presión sonora eficaz en un amplio intervalo de tiempo. La utilización de un integrador con un detector lineal o cuadrático es un medio más sofisticado de averiguar el nivel de señal,2-S Sin embargo, este equipo es demasiado complicado para las necesidades de la mayor parte de los ingenieros de diseño. 251

PRUEBAS DE INTELIGIBILIDAD

Un procedimiento denominado «prueba de inteligibilidad de una señal vocal» se utiliza normalmente para estudiar la transmisión y recepción de una señal a través de un sistema de comunicación vocal determinado. El único instrumento de medida utilizado para averiguar la inteligibilidad de un sistema es un conjunto de personas, pero el método de medida ha de estar normalizado, de forma que los resultados obtenidos bajo ciertas circunstancias puedan compararse con los obtenidos en otras. Con el fin de facilitar la comparación de las medidas realizadas por distintos laboratorios, se dispone de una prueba normalizada. La American Standards Association ha publicado un documento sobre pruebas de inteligibilidad que contiene detalles del método a seguir, incluyendo la rutina de la prueba, el material necesario, la selección de sujetos y su entrenamiento, los niveles de las personas emisora y receptora y su medida, el diseño experimental, el uso de grabaciones, la presentación de resultados y las listas de palabras utilizadas normalmente en estas pruebas.9 Las pruebas de «articulación» y de «inteligibilidad» se han utilizado para medir las características de sistemas de comunicación. Es una práctica, aceptada generalmente, el denominar prueba de articulación aquella en la que se calibra la recepción de sonidos vocales individuales, sin tener en cuenta el significado de los mismos o el contexto general. Una prueba de inteligibilidad es aquella en la que el objeto de la medida es la valoración de la recepción de palabras, frases o párrafos. Como consecuencia de la redundancia de los sonidos en las palabras, frases o párrafos con significado, las pruebas de inteligibilidad son, normalmente, mucho más fáciles, y dan resultados más altos, para un sistema de comunicación dado, que las pruebas de articulación. La American Standard Association ha preparado una serie de monosílabos *, ordenados en listas que están equilibradas fonéticamente para simular una conversación normal, que se utilizan en pruebas de inteligibilidad. Una prueba de inteligibilidad se hace de la siguiente forma: bajo un cuidadoso control, locutores entrenados leen unas listas especiales de palabras a unos oyentes también entrenados, que anotan las palabras que escuchan. El nivel y el espectro del ruido ambiente caracterizan las condiciones bajo las que el sistema de comunicación se va a utilizar. El porcentaje de palabras recibidas correctamente indica la calidad de un sistema dado. Este índice se denomina índice de inteligibilidad de palabras. La inteligibilidad de varios sistemas diferentes se compara por medio de sus índices respectivos, utilizando varios cientos de palabras para cada sistema. Nótese que no se hacen medidas de carácter absolúto; solamente las comparaciones son significativas, porque los resultados dependen, en gran parte, de la habilidad y entrenamiento del personal. Es posible, sin embargo, hacer medidas en laboratorios diferentes y mantener el mismo grado de calidad entre los sistemas. Los resultados de las pruebas de inteligibilidad son evaluados, normalmente, con un análisis esta* También llamados logatomos. (N. del T.) 252

dístico, para determinar si las diferencias observadas entre los sistemas, los locutores y las diversas repeticiones de las pruebas son estadísticamente significativas. Una de las primeras cosas que el diseñador de sistemas de comunicación vocal debe hacer, es fijar la inteligibilidad requerida para sus condiciones de trabajo. En algún caso especial se necesitan índices de inteligibilidad de palabra mayores de un 90 por 100. Usualmente son aceptables índices de un 70 por 100 y, en muchos casos, los índices adecuados pueden ser de un 50 por 100. Los nombres propios son bastante difíciles de entender y presentan serios problemas si los niveles de ruido son altos. Se ha estimado que un sistema buscapersonas debería tener un índice de articulación de palabras de un 85 por 100 o más para que los oyentes identificaran regularmente el nombre correcto entre un gran número de posibilidades. 10 Estos índices son para palabras aisladas. Por supuesto, en el caso de un discurso hilvanado, los índices serían mucho más altos. La relación entre índices de palabras y frases en función de la relación señal-ruido se muestra en la figura 9.3. Una 100 r---..---.,.."...--r--.....-----.,---= (f)

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9.3. Relación entre índices de inteligibilidad y relaciones señalruido. Para la obtención de las tres curvas se empleó el mismo equipo de comunicación y el mismo personal de prueba. (De la Ref. 11.) FIG.

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18

RELACION SEÑAL-RUIDO EN DB

inteligibilidad alta resulta cara y el ingeniero debe hacer varios diseños hasta llegar a un compromiso satisfactorio entre inteligibilidad, coste y complejidad del equipo. Una forma de reducir el índice de inteligibilidad necesario es utilizar una serie de frases tipificadas y giros vocales prefijados, preferiblemente limitando el vocabulario a un número reducido de polisílabos. Se ha demostrado que, entre límites amplios, cuanto mayor sea la reducción del vocabulario usado, mayor es el aumento de la inteligibilidad para una relación señal-ruido dada. u ,12 El uso de estructuras fonéticas prefijadas es especialmente importante cuando la potencia, el peso, el tamaño o el coste limitan el diseño óptimo del equipo de un sistema de comunicación. 13-IB Este principio se aplica en las comunicaciones radiotelefónicas para el control del tráfico aéreo, donde se utiliza un número limitado de frases y palabras tipificadas, de acuerdo con una regulación específica. También se aplica en los casos en que el nivel de ruido es tal que el volumen de la señal vocal no se puede aumentar sobre el ruido sin correr el riesgo de dañar el oído. En situaciones donde una relación

253

señal-ruido baja no se puede evitar, el uso de frases y palabras tipificadas puede marcar la diferencia entre obtener una inteligibilidad satisfactoria o no. Además, el uso de estas frases y palabras proporciona un margen de seguridad en caso de que el sistema de comunicación esté en condiciones anormales; por ejemplo, por aumentos repentinos del nivel de ruido o por inexperiencia del locutor. Sin embargo, debe insistirse sobre la conveniencia de sobredimensionar un sistema de comunicación, para que proporcione una inteligibilidad adecuada, en cualquier emergencia, sin necesidad de un léxico especial. Hay varios problemas inherentes al posible uso de vocabularios especiales: uno es que, en situaciones anormales, se pueda olvidar el vocabulario especial, o que sea insuficiente. Otro problema, relativo al personal militar, es que, especialmente en tiempo de guerra, es frecuentemente imposible dedicar el tiempo suficiente al entrenamiento del personal que debe utilizar el sistema de comunicación, con lo que, al no estar familiarizado con este tipo de léxico, puede verse forzado a utilizar el vocabulario normal en sus comunicaciones. Corresponde al usuario del sistema de comunicación decidir la forma o formas de utilización del léxico especial. El entrenamiento de los usuarios en la utilización adecuada del equipo es una tarea muy importante del diseñador de sistemas de comunicación. Hay grandes diferencias en la inteligibilidad propia del habla de cada persona. 19-26 La habilidad de unos oyentes para comprender una conversación también varía; pero, tanto los emisores como los oyentes, pueden mejorar mucho con un entrenamiento adecuado. Si fuera posible, sólo un número limitado de locutores debería utilizar un sistema de comunicación, especialmente en sistemas buscapersonas o de información pública. Se ha demostrado que, tanto los locutores como los oyentes, mejoran cuando utilizan un sistema de comunicación durante un período largo de tiempo, pero los locutores y oyentes que eran los mejores al principio suelen seguir siendo los mejores. Realmente vale la pena emplear algún tiempo en la selección de locutores de sistemas buscapersonas y similares.

INFLUENCIA DEL RUIDO EN LA PERCEPCION DE LA SEÑAL VOCAL

Es preciso distinguir tres clases de ruido, referidas a su influencia sobre la conversación: 1) ruido aleatorio continuo de amplio espectro, tal como el producido por una gran parte de las máquinas o por los escapes de aire; 2) ruido continuo, de espectro discreto, como, por ejemplo, el ruido producido por los transformadores, y 3) ruido intermitente, tal como el causado por maquinaria de choques o por disparos. Los efectos del ruido continuo sobre la inteligibilidad han sido estudiados más profundamente que los efectos del ruido impulsivo.27-35 El ruido continuo enmascara una parte de la información contenida en la señal vocal de una forma continua, mientras que el ruido impulsivo enmascara la señal vocal s610 de forma aislada, aunque se

254

da el caso de que el umbral de audición del receptor permanece elevado entre dos impulsos de ruido, de forma que no oye todo lo bien que debería en ese intervalo. Por ejemplo, la repetición de un mensaje hablado no originará un gran aumento de su inteligibilidad en presencia de un ruido continuo, pero si el ruido es impulsivo, la repetición puede hacer que el mensaje pase de tener una inteligibilidad parcial o una inteligibilidad completa. Posteriormente se verá otra diferencia entre los ruidos continuo e impulsivo, cuando se estudie el efecto del recorte de picos. El resultado del enmascaramiento de una conversación por un ruido continuo de banda ancha se muestra en la figura 9.4. La ordenada de este gráfico representa el aumento que debe tener el nivel de presión sonora de una señal vocal para que, en presencia de ruido, la inteligibilidad sea la misma que en ausencia de ruido. Nótese que, hasta que el nivel de ruido no llega a 20 db,

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NIVEL DE SENSACION DE RUIDO EN DB 20 40 60 80 I

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FIG. 9.4. Variación del umbral de inteligibilidad de frases en una conversación establecida, en función del nivel de ruido de amplio espectro. En este caso, se define el umbral de inteligibilidad como el nivel de conversación al que el oyente comprende el significado casi de cada frase. (De la Ret. 35.)

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RUIDO NIVEL DE PRESION SONORA DEL RUIDO DB

el umbral de inteligibilidad apenas aumenta. Para un nivel de ruido de 40 db o más, el aumento en el umbral de inteligibilidad de una señal es directamente proporcional al aumento del nivel del ruido perturbador. El efecto del ruido en la señal vocal depende mucho del espectro del ruido. Si el ruido que se transmite por un sistema de comunicación vocal se concentra en una banda de frecuencias, se puede obtener un gran aumento de inteligibilidad, sobre todo si el propio sistema suprime esta banda. Si el ruido aparece en el medio de la banda vocal, el filtrado no sirve, obteniéndose mejores resultados aumentando ligeramente el nivel de la señal vocal en el receptor. PREDICCION DE LA INTELIGIBILIDAD

Las características físicas de un sistema de comunicación vocal se miden más fácilmente que las fisiológicas, tales como la variación de la inteligibilidad. Por tanto, es muy interesante encontrar la relación entre las medidas físicas y fisiológicas aplicables al sistema. Esta relación se muestra en la figu-

255

ra 9.5, en la que la inteligibilidad de palabras y frases viene dada en función del índice de articulación. El índice de articulación es una medida de la inteligibilidad potencial del sistema y se calcula a partir de mediciones físicas en el sistema. La relación exacta entre inteligibilidad e índice de articulación variará según los diferentes sujetos emisores y receptores, y según las difeo ~ :J

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9.5. Inteligibilidad de frases y palabras en función del índice de articulación. FIG.

0.2

0.4

0.6

0.8

INDICE DE ARTlCULACION

1.0

rentes condiciones de prueba. Sin embargo, la curva mostrada en la figura 9.5 puede servir de representación de todas las obtenidas por diferentes laboratorios con diferentes muestras de personal y en un margen de condiciones razonablemente amplio. 36-38 Esta curva es aplicable a la mayor parte de los problemas que probablemente encontrará el lector en sistemas de comunicación vocal. Sin embargo, debe hacerse hincapié en que todas las pruebas precisas para calcular esta función se hicieron por personal cuidadosamente entrenado, situación que puede no darse siempre. Se utilizan dos factores para calcular el índice de articulación: relación señal-ruido y ancho de banda. Diversos experimentos han demostrado que las frecuencias comprendidas entre los 200 y los 6100 Hz son las únicas que contribuyen a la inteligibilidad de una señal vocaI.30 También se han podido determinar las bandas de frecuencia que parecen contribuir en idéntico grado a la inteligibilidad si la relación señal-ruido en ellas es la misma. El eje de abscisas de la figura 9.6 muestra la zona comprendida entre los 200 y los 6100 Hz dividida en 20 bandas. Anteriormente se demostró (Fig. 9.4) que la perturbación producida por el ruido en una señal vocal (por lo menos en el umbral de inteligibilidad) es un factor lineal. Diversos experimentos han demostrado que una variación de 30 db en la relación señal-ruido hace variar el índice de inteligibilidad desde O a casi el 100 por 100.30 Con el fin de calcular el índice de articulación, se supone que incrementos iguales de la relación señal-ruido (en decibelios) originan incrementos iguales del índice de articulación en cada banda, y, además, que las bandas se suman linealmente. Así, cada una de las 20 bandas puede contribuir con un máximo de 0,05 al índice de articulación, y cada decibelio de la relación señal-ruido 256

en la banda contribuye con 1/30 parte de dicha cantidad.36 Con estas suposiciones, se puede utilizar un diagrama como el mostrado en la figura 9.6. Si se eligen las medidas de los niveles de presión de la señal vocal y del ruido, de forma que sean iguales cuando el índice de inteligibilidad sea O y que difieran en 30 db cuando el índice sea del 100 por 100, los dos niveles de espectro de presión sonora pueden dibujarse en función de las «bandas de igual contribución al índice de articulación» y la relación señal-ruido en cada banda se puede hallar directamente. Esta elección está basada en experimentos en los que se ha encontrado que una señal vocal, cuyo nivel de presión sonora eficaz sea 12 db inferior al nivel de presión sonora eficaz de ruido, es 120 110

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FIG. 9.6. Diagrama que muestra el área de audición utilizable en comunicaciones vocales. La escala de frecuencias está dividida en 20 bandas de igual importancia para el cálculo del índice de articulación. (De la Ret. 36.)

muy difícilmente detectable. Así, la contribución mlmma al índice de articulación corresponde a una relación señal-ruido de -12 db Y la máxima contribución práctica corresponde a una relación señal-ruido de + 18 db. El que relaciones señal-ruido negativas contribuyan a la inteligibilidad de una señal vocal es debido a la naturaleza dinámica de esta señal, como se muestra en la figura 9.2. Es conveniente, cuando se utiliza el diagrama de la figura 9.6, dibujar el espectro eficaz de la señal vocal más 12 db; a este nivel se le denomina normalmente «picos de señal vocal». Una vez hecho esto, las relaciones señal-ruido comprendidas entre O y 30 db se pueden utilizar directamente para el cálculo del índice de articulación. El método para obtener el espectrograma característico de una señal vocal depende de cómo se mida el nivel de señal. Si se utiliza un medidor de nivel

257 17

a INrELJ6IBILlDAD DESEADA

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Una vez conocido el tanto por ciento de inteligibilidad deseado, se debe calcular el ín· dice de articulación neo cesario (lA). 1.

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6. La tensión de salida, en decibelios, del micrófono, correspondiente a la señal vocal, será como ésta.

INDICE DE ARTlCULACIO" ':URVA • A"

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.... 2. Este índice lA se puede obtener a partir de una gran variedad de combinaciones de relaciones señal- ruido (SIR) y anchos de ban· da; por ejemplo, por ésta.

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7. Supóngase que el ruido ambiente que rodea al emisor es así.

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FRECUENCIA

3. O por esta otra. Por ejemplo: sigamos el cálculo del índice lA de un sistema, escogiendo valores de los pará. metros variables que se p u e dan obtener fácil. mente y que sean adecuados para obtener la inteligibilidad deseada.

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8. Y supóngase que el micrófono está protegi· do por una pantalla que tiene una característica de rechazo de ruido (presión exterior I presión interior), como la de la figura.

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9. Entonces, el ruido propiamente dicho que incide en el micrófono es el siguiente:

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10. Si se utiliza un micrófono de gradiente de presión, la curva de respuesta con la frecuencia es diferente a la curva e, tomando la siguiente forma:

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FRECUENCIA CURVA "B"

5. Si la curva de res·

puesta con la frecencia del micrófono utilizado es parecida a ésta.

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SUPONGA EL SISTEMA DE LA DERECHA

MICROFONO DEGRADIENTE CUYA RESPUESTA A LA SEÑAL VOCA L Y AL RUIDO SE CONOCE

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AURICULARES DE RESPUESTA CON LA FRECLENCIA CONOCIDA EN ARMADURAS DE RECHAZO DE RUIDO CONOCIDO '

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EL EMISOR Y EL RECEPTOR ESTAN EN DIFERENTES AMBIENTES DE RUIDO

FIG. 9.7.

258

AMPLIFICADOR CON RUIDO DESPRECIABLE

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FRECUENCIA CURVA "H"

FRECUENCIA CURVA "c"

ARMADURA rE RECHAZO DE RUIDO CONOCI..... DO

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FRECUENCIA

4. El espectrograma me· dio de una conversación es: (De la Fig. 9.1.)

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Desarrollo esquemático de la predicción de la inteligibilidad

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11. Entonces. la tensión de salida del micrófono. correspondiente al ruido que le llega, será como ésta.

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16. Ahora, supóngase que el receptor está en un ambiente distinto al del emisor, y cuyo ruido es como el de la figura.

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17. Y supóngase que la armadura de los auriculares, y demás dispositivos aislantes, pre· sentan un rechazo combinado de ruido semejante al de la figura.

12. De las curvas D e 1 se deduce que la relación SIR de la salida del micrófono será:

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FRECUENCIA CURVA "o"

FRECUENCIA CURVA "J"

13. Supóngase que la curva de respuesta con la frecuencia de los auriculares es como la de la figura.

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18. Entonces. el ruido acústico dentro de la armadura. debido al ambiente que rod~a al receptor. será parecido a éste.

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14. Entonces, y teniendo en cuenta la curva 1, la presión sonora dentro de la armadura de los auriculares, debida al ruido recogido POr el micrófono. será:

19. Combinando las curvas 1 y P, la presión total de ruido dentro de la armadura será como ésta. FRECUENCIA CURVA "R"

FRECUENCIA CURVA "L:'

15. Y. tomada de ]a curva D. la presión sonora de la sefial vocal recogida por el micrófono, que llega al interior de la armadura. será:

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20. A partir de las curvas M y R, la relación SIR dentro de la armadura será como ésta. A partir de este dato. se puede calcular el índice de articulación.

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21. Una vez calculado el índice de articulación, se debe llevar su valor a la curva A para ver si se ha conseguido alcanzar el índice de inteligibilidad deseado. En este ejemplo, se ha logrado.

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INrELIGIBILlOAO DESEAOA

- - IN DICE DE ARTlCULACION CURVA "A"

Si el ruido eléctrico del sistema es despreciable, comparado con el ruido acústico recogido por el micrófono (curva D), las curvas D, 1 Y J representarán los valores de la sefial, el ruido y la rela. ción SIR de la entrada al auricular.

de un sistema de comunicación vocal en un ambiente ruidoso.

259

sonoro, con una red de ponderación plana, se debe tomar un nivel de conversación total 3 db inferior al dado por el medidor. En el caso de un medidor VD, el nivel de conversación real, promediado en un gran intervalo de tiempo, es aproximadamente, 4 db menor que el dado por el medidor. El espectro mostrado en la figura 9.1 puede ser desplazado hacia arriba o abajo para obtener el nivel real. Sin embargo, si se utiliza un osciloscopio para determinar el nivel de presión sonora, se debe seguir el siguiente procedimiento: 1.

Determinar con el osciloscopio los picos más altos que aparezcan durante una muestra suficientemente larga (30 seg o más) de señal vocal. 2. Aplicar al osciloscopio una señal sinusoidal de 1000 Hz, tal que su amplitud sea igual a la de los picos de la señal vocal. 3. Calcular el valor eficaz de esta señal sinusoidal. 4. Restar 17 db a este valor; éste es el voltaje eficaz total de la señal vocal. 5. Calcular, utilizando un micrófono con medida calibrada de sensibilidad, el nivel de presión sonora necesario para producir este voltaje de entrada en el osciloscopio. 6. Tomar el nivel así obtenido como el nivel total de espectro, dibujando el espectro de la señal vocal en el diagrama citado, sumándole 14 db, para incluir la presión de pico que contribuye a la inteligibilidad. Nótese que hay unos límites superior e inferior para los niveles de espectro de presión sonora útiles. El límite inferior es el umbral de audición para sonidos de espectro continuo y el límite superior es una estimación del nivel al que el oído parece notar una cierta saturación, y sobrepasado el cual no hay mejora de inteligibilidad. Debe hacerse notar que solamente los primeros 30 db de la relación señalruido en cualquier banda contribuyen a la inteligibilidad, y que las relaciones señal-ruido negativas no la disminuyen, pero es obvio que un índice de articulación dado puede obtenerse a partir de cualquier combinación de relaciones señal-ruido y anchos de banda. Pero hay ciertas limitaciones, ya que variaciones bruscas del espectro de frecuencias de la señal o del ruido pueden causar inexactitudes en el método de predicción. Para espectros más o menos planos, el método da buenos resultados, pero hay que tener precaución con ruidos cuyo espectro tenga una brusca caída, predominantemente en las proximidades de los límites del margen de frecuencias audibles. Es importante recordar que la señal vocal utilizada en el cálculo de índices de articulación es la señal después de atravesar el sistema de comunicación completo; es decir, la señal que, emitida por el locutor, pasa por el micrófono, el amplificador y un altavoz o auricular y llega al oyente. Análogamente, el ruido total que llega al oído del receptor está formado por el ruido tomado por el micrófono del locutor, el ruido del canal de transmisión y el ruido ambiente en que está inmerso el oyente. Es importante estudiar cómo afectan 260

estos componentes a los espectros de la señal y del ruido y cómo seleccionarlos para obtener la mayor inteligibilidad. La figura 9.7 muestra esquemáticamente los pasos necesarios para la aplicación del método de las 20 bandas para calcular el índice de inteligibilidad esperado de un sistema de comunicación dado. Al final del capítulo hay un ejemplo detallado. NIVEL DE INTERFERENCIA VOCAL

En el procedimiento descrito anteriormente se ha partido de la división del espectro audible en 20 bandas, que no están armónicamente relacionadas. Debido a que la mayor parte de los laboratorios no disponen de filtros de paso de banda que permitan un rápido análisis de la señal y el ruido en las 20 bandas citadas, el método de las 20 bandas para calcular la inteligibilidad no es viable en muchas aplicaciones de ingeniería. Sin embargo, es posible acercarse a estos niveles realizando una conversión de medidas efectuadas en bandas de octava, media octava o tercio de octava a los valores correspondientes a las 20 bandas citadas. Por razones de simplicidad, se ha propuesto un método para estimar los máximos niveles tolerables de ruido que permitan una inteligibilidad satisfactoria, en el que las medidas de ruido se realizan con filtros de octava y un medidor de nivel sonoro. En este método se calcula la media aritmética del nivel total de ruido en cada una de las octavas 600-1200 Hz, 1200-2400 Hz y 2400-4800 Hz. Se ha determinado que, cuando la media aritmética de los niveles de octava, en decibelios, correspondientes a un ruido de amplio espectro, es inferior en 12 db al nivel total eficaz de señal vocal no distorsionada en el oído del receptor, se escucharán correctamente casi el 100 por 100 de las frases y palabras. Este nivel de ruido (12 db por debajo del nivel total medio de señal vocal no distorsionada) se denomina nivel de interferencia vocal * para comunicaciones vocales, y equivale a un índice de articulación, calculado de acuerdo con el método de las 20 bandas, igual a 0,4. En efecto, el SIL nos dice cuál debe ser la intensidad de la señal en el oído del receptor para que, bajo unas ciertas condiciones de ruido, sea escuchada correctamente. Con el fin de prevenir sensaciones desagradables y posibles daños, no se debe permitir que el nivel medio total de la conversación exceda de los 110 db en el oído del receptor, aun en el caso de que no se obtuviera un SIL satisfactorio. Los picos de señal vocal, en términos de nivel por ciclo, serán de 95 db, cuando el nivel total eficaz sea de 110 db. Como se ha dicho anteriormente, la señal que supere este nivel no contribuye a la inteligibilidad. El problema de la comunicación telefónica o megafónica en una habitación en la que haya un motor, puede servir de ejemplo de cómo se utiliza el concepto de nivel de interferencia vocal. Los niveles de ruido se muestran en la tabla 9.1. ... En inglés, Speech Interference Level empleará dicha abreviatura. (N. del T.)

0,

abreviadamente, SIL. En lo sucesivo se

261

El SIL es tan elevado en la habitación que no se puede esperar una comunicación aceptable si una persona escucha un altavoz o a otra persona directamente. Un nivel de conversación que supere en 12 db al SIL, sería el criterio para obtener una comunicación correcta, pero tendría tan gran intensidad que sería relativamente ininteligible y podría molestar al oyente. Sin embargo, con el uso de auriculares adecuadamente aislados, se puede atenuar el ruido suficientemente para que se pueda conseguir un nivel de interferencia vocal aceptable. Esto se muestra en la segunda columna de la tabla 9.1, que da el Tabla 9.1

Banda de octava, en Hz 600-1200 1200-2400 2400-4800

Nivel de presión acústica L p , en db

L p estimado dentro de auriculares o audífonos, en db

107 99 96

88 74 71

SIL=101

SIL=78

nivel de presión sonora estimado por octava, en el oído del receptor, como resultado de la atenuación del ruido. La ganancia del sistema de comunicación se puede ajustar para que proporcione un nivel total eficaz de señal vocal de 90 db en el oído del receptor. Este nivel no sería excesivamente elevado y superaría en 12 db al SIL, con 10 que se respetaría el criterio establecido. El ingeniero de comunicaciones notará que, al calcular los niveles de interferencia vocal por el método de bandas de octava, se presupone que la curva de respuesta con la frecuencia de todos los componentes de un sistema de comunicación es sustancialmente uniforme. Cuando esto no sea así, el método del nivel de interferencia vocal no debería utilizarse. Asimismo, este método puede no ser aplicable si el ruido predomina en el margen de frecuencias por debajo de los 200 Hz o por encima de los 4800 Hz. Aunque este método presenta unas evidentes ventajas sobre el método de las veinte bandas, en cuanto a simplicidad, sólo debería usarse como una primera aproximación o estimación en aquellas situaciones en las que se puede aplicar. Para conseguir una información más detallada y útil del comportamiento esperado, de un sistema de comunicación, se recomienda el método de las veinte bandas.

CONVERSACION PERSONA A PERSONA

A veces es necesario evaluar los efectos del ruido en oficinas, fábricas o recintos militares, donde no se quiere o no se estima necesario instalar un sistema de megafonía o de telefonía interior. El SIL puede utilizarse para obtener una estimación rápida y, en ciertas condiciones de ruido, bastante exacta de 262

la inteligibilidad que se puede esperar de un sistema basado en la comunicación directa persona a persona. Para utilizar el método del nivel de interferencia vocal, en esta situación, es preciso hacer lo siguiente: Obtener la media aritmética de los niveles de ruido en las octavas 600-1200 Hz, 1200-2400 Hz y 2400-4800 Hz. Este es el nivel de interferencia vocal. 2. Consultar la tabla 9.2 para determinar las distancias máximas entre las personas emisora y receptora y el nivel de voz necesario para conseguir una comunicación aceptable para un SIL dado. 1.

Si el valor del nivel de interferencia vocal es superior a los mostrados en la tabla 9.2, se debe esperar una falta de inteligibilidad en la comunicación. Se ha mencionado anteriormente que se podían tolerar niveles de interfe· rencia elevados si las personas emisoras aumentaban su esfuerzo vocal hasta Tabla 9.2. Niveles de interferencia vocal, en db, referidos a 0,0002 microbares, que marcan el límite de conversación inteligible a las distancias y niveles de voz indicados Distancia, en pies (1 pie=0,3 metros), entre fuente y receptor

Nivel de voz normal, db

Nivel de voz elevado, db

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55 49

llegar al grito, con lo que se podría obtener un nivel de señal 12 db mayor que el obtenido con el nivel de voz «elevado», de la segunda columna de la tabla 9.2, que se ha utilizado en los cálculos de los niveles de interferencia. Sin embargo, investigaciones recientes indican que no se puede esperar una gran inteligibilidad de una conversación en voz alta o a gritos. 40 Además de que hay dudas sobre si la persona que habla sería capaz de mantener el esfuerzo vocal necesario, se ha visto que la inteligibilidad de la conversación se deteriora a estos niveles, aun cuando se mantenga una relación señal-ruido elevada. Una variable adicional, sobre la que se debe hacer alguna consideración al calcular los efectos del ruido en la comunicación persona a persona, es la lectura labial. Los niveles de interferencia mostrados en la tabla 9.2 suponen que el oyente no recibe información apreciable sobre el contenido de la comuni-

263

cación mientras observa los movimientos faciales y labiales de la persona que habla. Esto es verdad para relaciones señal-ruido elevadas, pero pruebas recientes han demostrado que, en situaciones donde hay un intenso ruido y relaciones señal-ruido bajas, incluso observadores sin práctica eran capaces de aumentar sus índices de inteligibilidad hasta un 30 por 100, observando la cara de su interlocutor. En resumen, en una situación de ruido intenso, no se gana en efectividad de comunicación, lo que se podría esperar aumentando el nivel de voz hasta llegar al grito, pero esto se compensa, en cierto grado, en el caso de la comunicación persona a persona, por la «lectura labial». Es importante considerar todos estos factores cuando se intenta predecir la inteligibilidad de una comunicación persona a persona en un ambiente ruidoso. Criterios de características aceptables

Antes de pasar a examinar los componentes de un sistema de comunicación, se van a dar unos criterios para valorar las características de estos sistemas. Es una práctica generalizada que un sistema que alcanza un 70 por 100 de inteligibilidad o más, obtenido con un grupo entrenado de personas y siguiendo las pruebas de la American Standards Association, es aceptable para fines militares, industriales y generales; esta característica del sistema se podría predecir a partir de un índice de articulación de 0,4 y de los niveles de interferencia calculados a partir de medidas acústicas del ruido y de la señal en el oído del receptor. La inteligibilidad de los mensajes y frases tipificadas empleadas normalmente en las actividades diarias será muy próxima al 100 por 100 en los sistemas que sigan este criterio. Los sistemas y métodos de comunicación, cuya característica caiga por debajo de este nivel, necesitarían una mejora, si fuera posible. Por supuesto, esta mejora se puede obtener mediante un mejor diseño o empleo del equipo, y mediante un controlo reducción del ruido interferente.

LOS COMPONENTES DE UN SISTEMA DE COMUNICACION El emisor y su entorno

El primer elemento de un sistema de comunicaClOn vocal es el emisor y su contorno. Como se anotó anteriormente, el espectro de señal vocal que se mostró en la figura 9.1 puede variar según las diferencias de nivel de conversación. 6 Hay muchas razones por las que este nivel cambia. Entre otras están: 1) las diferencias normales entre los individuos; 2,3,4,5 2) el ruido en el entorno del emisor, que le hará hablar más alto; 3) la fatiga, que disminuirá su nivel de conversación; 4) el hablar en un espacio cerrado, como una cámara de gas, una escafandra o una máscara de oxígeno, lo cual, generalmente, le dificultará la emisión de voz; 41,42 5) el hablar a una gran altura, como en el caso de los aviones, donde el enrarecimiento del aire en el tracto vocal de una

264

persona hace que su nivel de conversación descienda, a causa del mal acoplamiento de impedancias entre las cuerdas vocales; 43,46 6) la habilidad del que habla para oírse a sí mismo, ya que cuando la así llamada señal de tono local sea alta, su nivel vocal descenderá. 47 No se pueden medir con gran exactitud todos estos factores, pero el diseñador de sistemas de comunicación vocal debe tomar en consideración tantos como pueda, y cuando sea posible, debe realizar experimentos que, simulando las condiciones de comunicación, le permitan observar las variaciones en el espectro vocal del locutor. El ruido en el entorno del emisor determinará, naturalmente, la relación señal-ruido en el micrófono; consecuentemente, el espectro de presión sonora de este ruido debe medirse, si se va a calcular el índice de articulación. Otro factor importante en el entorno del emisor es la reverberación. Si el tiempo de reverberación es largo, puede afectar a la dicción del emisor y reducirá, con toda seguridad, el índice de articulación al enmascarar la señal con ecos de sonidos anteriores. Se han publicado algunos resultados indicativos y cualitativos, pero, por desgracia, no existe una información cuantitativa al respecto. 48 ,S3 Micrófonos (véase también el Cap. 16)

El siguiente elemento del sistema es el micrófono. En lo que concierne a la inteligibilidad, existe muy poca diferencia si se usa un micrófono de carbón, dinámicos, de cristal o de condensador, mientras tengan la misma curva de respuesta con la frecuencia y las mismas características de distorsión. Es importante que la característica de entrada-salida sea lo suficientemente lineal, y la curva de respuesta con la frecuencia 10 suficientemente amplia y

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9.8. Curva axial de respuesta con la frecuencia de un micrófono comercial de gradiente de presión, del tipo RCA. (Cortesía de Radio Corporation of America.) FIG.

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exenta de rugosidades, para hacer el cálculo del índice de articulación suficientemente exacto. Generalmente, es provechoso disponer de un ancho de banda tan amplio como sea posible para conseguir una respuesta uniforme entre 200 y 6100 Hz. Un micrófono de presión que sea razonablemente lineal, es completamente satisfactorio para la mayor parte de las aplicaciones, pero 265

es conveniente evitar faltas de linealidad, como algunas veces sucede en los micrófonos de carbón, debidas a diferencias en el prensado de los gránulos de carbón. Cuando el ruido en el locutorio sea un verdadero problema (100 db es una superficial estimación del nivel en el que aparecerán dificultades reales), se debe utilizar un micrófono de gradiente de presión o supresor de ruido. Este es un micrófono que elimina el sonido o ruido procedente de una fuente lejana, comparándolo con el sonido procedente de una fuente muy próxima. 58 La curva de respuesta con la frecuencia de un micrófono comercial de este tipo, para una fuente próxima y otra lejana, se muestra en la figura 9.8. Debe notarse que la diferencia entre ambas curvas, denominada discriminación axial de ruido del micrófono, es máxima a bajas frecuencias y mínima a altas. Un micrófono de gradiente de presión es un dispositivo bipolar y su directividad adopta la forma de dos esferas tangentes. La relación entre la respuesta a lo largo del eje y la suma integral de las respuestas para sonidos de inci35

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FIG. 9.9. Curva de atenuación de ruido aleatorio del micrófono de la figura 9.8.

dencia aleatoria en diversos ángulos de incidencia es de 3 a 1.54 Así, si se habla a lo largo del eje del micrófono, la señal aumenta uniformemente en 5 db en todo el margen de frecuencias (factor de eficiencia direccional). El rechazo de ruido aleatorio, que es la suma deO la eficiencia direccional y del rechazo axial de ruido, se muestra en la figura 9.9 para el mismo micrófono. Una pantalla protectora para el micrófono es otro dispositivo que puede aumentar la relación señal-ruido, en los casos en que el ruido que rodea al

9.10. Micrófono militar del tipo M~34¡AIC (gradiente de presión), con una pantalla protectora del tipo MX-1334¡U. (Cortesía de

FIG.

Radio Corporation o{ America.)

266

emisor constituya un problema (aproximadamente 100 db o más). En la figura 9.10 se muestra una pantalla de este tipo, colocada a un micrófono de gradiente de presión. El rechazo de ruido de esta pantalla se muestra en la figura 9.11. Diversos experimentos han demostrado que la incorporación de una pantalla de este tipo o mayor aún no interfiere las propiedades de amortiguación de ruido de estos micrófonos; incluso la combinación de la atenuación de ruido de baja frecuencia propia del micrófono y la atenuación del ruido de alta frecuencia de la pantalla, producen un gran aumento de la relación señal-ruido en todo el margen de frecuencias. 59 La mayor parte de los micrófonos no tienen pantallas protectoras, pero no es difícil construirlas con materiales adecuados como goma, fieltro acolchado, etc. Se debe tener cuidado en seleccionar un tamaño lo suficientemente 30

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grande para impedir la formación de ondas estacionarias y resonancias, que alterarían la respuesta con la frecuencia del micrófono. Sin embargo, si la pantalla es demasiado grande, podría ser difícil de manejar. Se debe prevenir una forma de dar salida al aire cuando se habla en voz muy alta. La experiencia ha demostrado que un agujero, de 0,6 cm2 de diámetro aproximado, da un resultado satisfactorio; debe estar situado lo más lejos posible del micrófono.60 Se han fabricado algunas buenas pantallas para equipos de dictado en tribunales, con el fin de evitar la interferencia de la voz de la persona con las intervenciones de la sala. También pueden utilizarse para que una conversación desarrollada en el micrófono no introduzca ruido en una habitación. Amplificadores

Se han introducido dos modificaciones en los amplificadores convencionales de audiofrecuencia, para aumentar la inteligibilidad de los sistemas de comunicación vocal. La primera es la incorporación de un control automático de volumen (CAV) en el amplificador, para compensar las diferencias de nivel causadas por los factores ya citados. La función del CAV es mantener la salida

267

del amplificador aproximadamente constante, a pesar de las variaciones en la entrada. Normalmente, un sistema de CAV transforma variaciones de 30 a 40 db en la señal de entrada, en variaciones de 5 db a la salida. Los dos métodos más frecuentemente utilizados para obtener un CAV son: 1) emplear en el circuito del amplificador un dispositivo no lineal, con una constante de tiempo r-------, I I

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FIG. 9.12. Esquema simplificado del control automático de volumen, o circuito compresor. (De la Ref. 63.)

muy elevado y la característica entrada-salida deseada, y 2) tomar una muestra de la señal de salida, rectificada, para polarizar la primera etapa amplificadora (a veces otras etapas también), para controlar la salida regulando la ganancia. Un circuito típico de la última clase se muestra en la figura 9.12. En cualquier caso, hay varias características importantes. La primera consiste en los tiempos de respuesta de la ganancia a variaciones bruscas. Cuando


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VOLTAJE DE ENTRADA

FIG. 9.13. Característica de transferencia de un circuito de control automático de volumen.

268

se aplica una señal a la entrada del amplificador, la ganancia tarda un cierto tiempo en estabilizarse y, análogamente, al desaparecer la señal, la ganancia necesita otro intervalo de tiempo para alcanzar su valor normal. Si el primer tiempo citado es demasiado largo, algunas sílabas alcanzarán niveles demasiado altos; por otra parte, la complejidad del circuito y los problemas que presentan los transitorios limitan la reducción del tiempo. Es también posible disponer de una reducción inicial de la ganancia, aplicable en cuanto se accione el conmutador de transmisión-recepción. 59 Esto evita que el ruido presente antes de que el locutor comience a hablar sea transmitido por el amplificador con una gran ganancia. Cuando el locutor hable, su voz iniciará el control del CAVo En algunas circunstancias, la ganancia del amplificador puede ser controlada por el nivel de ruido de la estación receptora. Por ejemplo, en un restaurante y durante la hora de mayor actividad, la ganancia se aumentaría, ya que el nivel de ruido es alto, mientras que en los períodos más tranquilos, la ganancia se reduciría, con lo que la relación señal-ruido permanecería constante. El tiempo de normalización del circuito CAV debe ser corto, para impedir la transmisión del ruido entre palabras y frases y para compensar la variación de los niveles de entrada. En este punto, el diseñador del sistema de comunicación debe determinar las causas de las variaciones de la señal de entrada y diseñar, de acuerdo con ella, el circuito CAV. Si, por ejemplo, la entrada varía a causa de que el locutor mueve la cabeza cuando realiza su trabajo, entonces el tiempo de normalización de la ganancia debe ser corto. Pero si las variaciones se deben a las diferencias entre locutores o a la fatiga o a las diferentes condiciones de uso del micrófono, entonces el tiempo de normalización debe ser considerablemente más largo. Diversos experimentos, realizados con varios sistemas, indican que la inteligibilidad no es afectada significativamente por una gran variación de los tiempos característicos del CAV.59 Tiempos de estabilización del orden de 1/10 seg se consiguen con facilidad y bastantes buenos resultados. Respecto a los tiempos de normalización de la ganancia, es conveniente que sean de 10 seg, y hasta de 30 seg, en algunos casos. El punto en que el circuito CAV comienza a funcionar es llamado, a menudo, punto de actuación (véase Fig. 9.13). Para un amplificador de ganancia limitada, cuanto más alto sea el punto de actuación, mayor es la salida máxima y menor el margen de entradas para el que actúa el CAVo Cuanto más bajo esté el punto de actuación, mayor es el margen de funcionamiento del CAV, pero menor la señal máxima de salida. Este es un compromiso que debe fijar el diseñador. Finalmente, está la pendiente de la característica de transferencia, mostrada en la figura 9.13. Cuanto más amplio sea el margen de entradas sobre el que ha de actuar el CAV, más difícil es mantener pequeña la pendiente de la característica con CAVo Sin embargo, para una comunicación vocal, es aceptable, normalmente, una pendiente moderada. Otra modificación especial de los amplificadores convencionales de audiofrecuencia, que se utiliza para aumentar la inteligibilidad cuando se trabaja en ambientes ruidosos, consiste en el llamado recorte de piCOS. 38 • 59 ,65-76 Como se ve en la figura 9.14, los picos de la tensión de entrada son recortados; después

269

se amplifica la señal, de modo que los picos recortados alcancen el nivel que tenían los picos antes del recorte. La consecuencia de todo esto es que el nivel medio de la señal, en su intervalo largo, aumenta sin necesidad de aumentar el límite de potencia de pico que soporta el amplificador. El recorte y la amplificación posterior aumentan la inteligibilidad cuando existe alguna de estas tres condiciones: 1) la señal eléctrica que llega al altavoz o al auricular del receptor tiene un relación señal-ruido muy buena, y el ruido ambiente en el sitio de escucha es tan elevado que el oyente necesitaría niveles de pico de conversación sin recortar que superasen el umbral de la sensación desagradable, para conseguir la máxima inteligibilidad. En este caso, el recorte de picos permite elevar el nivel medio de la señal a un valor satisfactorio, sin que los picos superen el umbral de sensación desagradable del oyente; 2) la señal de entrada al circuito recortador tiene una relación señal-

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(b)

(e)

FIG.

9.14.

Representación de la forma de onda de la palabra inglesa «Toe»,

(a) sin alteración, (b) después de un recorte de picos de 6 db y (e) después de un recorte de picos de 20 db. A la derecha, las ondas (b) y (e), amplifica-

das de modo que sus amplitudes pico a pico igualen a la amplitud pico a pico de (a). (De la Ret. 73.)

ruido elevada y la capacidad de transmisión de potencia entre el circuito recortador y el altavoz o auricular del oyente es limitada. La mejora es particularmente grande si la señal vocal es débil, por tener una potencia limitada o porque el oyente está rodeado de un ruido intenso. Esta es la situación en que se encuentra una persona dentro de una habitación ruidosa o de un vehículo escuchando a otra persona que le habla desde un lugar tranquilo, y 3) el ruido presente en el sistema antes del recortador es impulsivo, con un elevado factor 270

de pico. En este caso, el recorte se aplica al ruido mucho más que a la conversación. Por otra parte, el recorte de picos y la amplificación posterior debilitan la inteligibilidad cuando la relación señal-ruido antes del recortador es baja, porque el ruido de baja frecuencia y el introducido en el sistema después del recorte es también bajo. En este caso, el ruido en el canal, antes del recortador, se intermodula con la señal vocal y da como resultado una pérdida definida de inteligibilidad. a

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FIG. 9.15. Resultados de pruebas de inteligibilidad, realizadas con emisores en ambiente silencioso y con receptores en ambiente de ruido de aviones. (De la Ref. 70.)

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Si no se da una de estas tres condiciones, no se puede asegurar si el recorte de picos aumentará la inteligibilidad de la comunicación. Medidas anteriores han demostrado que, en la mayor parte de los casos, un recorte de picos que no exceda de 12 db no disminuye la inteligibilidad. Recortes mayores de 12 db no s6lo no debilitan, sino que frecuentemente aumentan la inteligibilidad, a o

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9.16. Resultados de pruebas de inteligibilidad, realizadas con emisores y con receptores en ambiente simulado de ruido de aviones. El efecto total del ruido recogido por el micrófono se puede apreciar comparando estos resultados con los de la figura 9.15. Se observa que, cuando el micrófono recoge ruido, un recorte de 12 db es más beneficioso que uno de 24 db. Se utilizó un micrófono dinámico, sin atenuación de ruido. (De la FIG.

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Ref. 70.)

menos que la relación señal-ruido a la entrada del recortador sea muy baja, pero convierten la conversación en un sonido espeso y desagradable. En las figuras 9.15 y 9.16 se muestran los resultados de pruebas de inteligibilidad para diferentes grados de recorte. Hay dos métodos usuales de recorte de picos. En uno de ellos, el recorte se obtiene saturando ligeramente el amplificador. Es decir, el punto de reposo

271

del dispositivo de salida se fija equidistante entre: 1) el punto de corte debido a la absorción por la rejilla de control, en las amplitudes positivas, de toda la corriente de rejilla, y 2) el punto de corte, debido a la polarización negativa de rejilla respecto al cátodo, causada por las amplitudes negativas. El margen de trabajo o margen dinámico se escoge, por tanto, de forma que ambos puntos de corte coincidan con los niveles de recorte deseados. El margen dinámico y el punto de trabajo se determinan seleccionando la resistencia de la carga anódica y las resistencias de polarización del cátodo. Algunas veces, una resistencia en serie con la rejilla de control de la válvula de salida ayuda a perfeccionar el recorte de la onda, cuando la rejilla se hace positiva. El otro método de recorte consiste en utilizar un par de diodos conectados en oposición, como se muestra en la figura 9.17, que limitan la señal que pasa a través del ampliO.5M

ENTRADA

SALIDA FIG. 9.17. Circuito simplificado de recorte de picos.

ficador, proporcionando una derivación para la corriente que supera la polarización de las baterías. Ambos métodos, CAV Y recorte de picos, consumen una parte de la ganancia, que no se emplea para conseguir mayores niveles de escucha. En el caso del recorte de picos, la ganancia se utiliza para obtener un nivel de recorte. En el caso del CAV, se utiliza para obtener la señal de control. Como, normalmente, la ganancia de un amplificador está limitada por factores como la realimentación, el número de válvulas, el consumo de energía y el coste, cuando se dispone de un incremento fijo de ganancia y hay que seleccionar uno de los dos métodos, la elección es difícil, ya que el relativo aumento de inteligibilidad es similar con los dos. En algunos casos, la elección es clara, pero en otros, solamente los experimentos determinarán qué procedimiento da la inteligibilidad más alta. Si se emplean ambos procedimientos de un sistema, el problema está en determinar la mejor colocación relativa de los dos. Para ello, se han de tener en cuenta las siguientes consideraciones: Es conveniente colocar el CAV después del recortador de picos, a menos que la única función de éste sea limitar los picos de ruido impulsivo. 2. Colocando el CAV delante del recortador, se reduce la ganancia empleada en el recorte, pero no la ganancia total. 3. Si se emplea un sistema de comunicación por radioen1ace, la existencia del CAVen el amplificador de audiofrecuencia hace innecesaria su presencia en los transmisores y receptores de radiofrecuencia. 1.

272

4. S.

6. 7. 8.

9.

10.

Si se utilizan altavoces, el CAV facilita el rechazo de realimentación acústica. Si se realiza una mezcla de señales vocales en una estación receptora, la existencia del CAV en cada entrada reduce la diafonía y mantiene el nivel de salida uniforme. También se obtienen resultados semejantes colocando el CAV en el amplificador de la estación antes de la mezcla. El recorte de picos de las señales mezcladas introducirá cierta distorsión debida a intermodulación. El recorte de picos no se debe aplicar a un sistema que tenga una relación señal-ruido pobre. Si la muestra para el sistema de autoescucha * (un sistema que permite al emisor oírse a sí mismo por realimentación de una muestra de la señal recogida por el micrófono) se toma antes de los circuitos de CAV, el emisor tendrá una idea insuficiente de las variaciones de su voz. Sin embargo, es más importante para la persona que habla conocer la variación del nivel de su relación señal-ruido, que la variación de su nivel de voz; el CAV no altera la relación señal-ruido. Consideraciones de tipo práctico hacen difícil la aplicación del CAV después de que la señal ha sido amplificada a un nivel suficiente para la autoescucha.

Aunque, en algunas condiciones, la inteligibilidad se puede incrementar aumentando la pendiente de la curva de respuesta con la frecuencia (mayor respuesta según aumenta la frecuencia) antes de efectuar ningún recorte, no se aconseja utilizar esta técnica, a no ser que se hagan experimentos que demuestren su validez en las condiciones específicas. Esta advertencia se hace por dos razones: en primer lugar, el aumento de pendiente que daría mejores resultados parece depender de la relación señal-ruido de la señal que entra en el circuito, que efectuaría el aumento de la pendiente, y, en segundo lugar, el énfasis de los componentes de alta frecuencia de la conversación, es desagradable para los oyentes. De hecho, los usuarios prefieren normalmente un sistema de comunicación con una curva de respuesta con la frecuencia, sin énfasis alguno; si se puede conseguir una inteligibilidad adecuada con un redondeo gradual de las frecuencias superiores a los 3000 Hz, se puede utilizar esta curva de respuesta. Altavoces

En la mayor parte de los sistemas de comunicación vocal la escucha se realiza por medio de altavoces. Estos altavoces son de dos tipos generales: el primero es el altavoz de bocina, que proporciona una gran eficiencia, y el segundo es el altavoz de radiación directa, que normalmente tiene una mejor respuesta a bajas frecuencias que el de bocina, a menos que éste sea muy grande. En orden a escoger el altavoz adecuado, el diseñador del sistema debe fijar,

* Señal de tono local. (N. del T.)

273 18

primeramente, el nivel de preSlOn sonora y el espectro necesarios que deben llegar, al oyente. Esto se efectúa midiendo o estimando el nivel de ruido y el espectro, y calculando el índice de articulación, para determinar la relación señal-ruido en función de la frecuencia. Después, se deben examinar la curva de respuesta con la frecuencia, la sensibilidad, la potencia máxima admitida y la directividad, para determinar qué tipo de altavoz es el adecuado para la instalación planeada. La potencia eléctrica que se envía al altavoz para producir la presión sonora adecuada, debe estar entre los límites marcados por el fabricante, ya que, de lo contrario, el altavoz se estropeará. Las características de salida del amplificador se determinan, usualmente, fijando primero la presión sonora deseada, para después ir hacia atrás en el sistema, calculando características. La realimentación acústica es un factor muy importante en la instalación de altavoces. Si un micrófono conectado a la entrada de un sistema de comunicación vocal está cerca del altavoz, es probable que el sistema oscile a la frecuencia a la que la ganancia del sistema sea máxima. Esta oscilación, a veces llamada «acoploD, está causada porque el micrófono toma energía acúsica del altavoz, bien directamente o bien después de reflexiones en la habitación, e introduce esta energía en el amplificador y el altavoz, por el que vuelve a salir con un nivel mayor. Este proceso se repite, incrementándose cada vez más, hasta que se alcanza el límite de sobrecarga de algún componente del sistema. Entonces, el nivel de realimentación se estabílíza. Una solución obvia es reducir la ganancia del amplificador, pero esto puede reducir la inteligibilidad a un valor inaceptable. En tales casos se necesitan otros métodos. Un sistema que tenga una curva de respuesta con la frecuencia uniforme, será menos propenso a la realimentación que uno que tenga una curva irregular. A veces, los picos pueden eliminarse con la elección adecuada de componentes y, en otras, se necesita una cierta compensación eléctrica. En las grandes cámaras reverberantes se puede eliminar frecuentemente la realimentación acústica utilizando micrófonos unidireccionales. En algunos casos, es preciso construir un filtro paso alto para reducir la ganancia del sistema a bajas frecuencias (por debajo de 100 a 200 Hz), donde la reverberación causa más problemas. En casos difíciles se puede necesitar una pantalla para el micrófono o una cabina para el locutor. Otra solución, aplicable especialmente en exteriores o en habitaciones con baja reverberación, consiste en colocar el micrófono en un punto donde, según la característica de directividad del altavoz, haya un bajo nivel de sonido. En sistemas que utilicen varios micrófonos y altavoces, es posible conectar relés en el sistema, para que cuando se actúe el conmutador de emisión de un micrófono, los altavoces próximos queden desconectados. La realimentación acústica se elimina, normalmente, a base de pruebas. Para ello, el ingeniero debe hablar por el sistema, simulando las condiciones de funcionamiento real. Frecuentemente, un sistema que se comporta normalmente bien, se realimenta cuando le llega una señalo ruido de gran volumen. Si se utílíza un micrófono de proximidad, la persona que está experimentando debe 274

poner especial cuidado en hablar tan cerca del micrófono como lo hacen los locutores en su trabajo normal, ya que estos micrófonos se realimentan a las frecuencias de resonancia de la cavidad bucal. Emitiendo vocales en voz alta y sostenida cerca del micrófono, se pueden detectar las posibles realimentaciones. Auriculares

Si existe un elevado nivel de ruido en las proximidades del oyente, se obtendrá, probablemente, la máxima inteligibilidad utilizando un auricular. Hay dos razones: la primera es que se pueden obtener, con relativa baja potencia, altos niveles de señal, porque el auricular está estrechamente acoplado al oído, y la segunda, es que la armadura en que está montado el auricular atenúa, en cierto grado, el ruido ambiente y, por tanto, da una mayor relación señal-ruido para la misma presión sonora proporcionada por la señal eléctrica. El problema de la relación señal-ruido en el oído del receptor, cuando éste dispone de auriculares, es complicado. Primeramente, debe recordarse que la señal eléctrica de entrada del auricular es la combinación de la señal vocal y el ruido introducido previamente en el auricular. Esta señal eléctrica se transforma después en presión sonora, que se mezcla con la presión sonora debida al ruido ambiente en que está inmerso el receptor. ASÍ, la relación señal-ruido en su oído es una combinación de la señal vocal original y de los ruidos introducidos a lo largo de la línea. Si, como es frecuente, tanto el emisor como el receptor están en ambientes muy ruidosos, y el ruido introducido entre el micrófono y el auricular es despreciable comparado con el resto del ruido, podemos llamar a estos dos ruidos N e Y N r • La relación señal-ruido en el receptor será la señal dividida por N e + N r • Si se utiliza un micrófono de gradiente de presión de primer orden, sin pantalla protectora, entonces el ruido N e será débil en frecuencias bajas y fuerte en altas. Si el receptor utiliza una armadura convencional, N r será pequeño en frecuencias altas y grande en bajas. La suma de los ruidos será, por tanto, razonablemente grande en toda la banda de frecuencias, y la relación señal-ruido, pequeña. La utilización de una pantalla protectora da una buena relación señal-ruido de salida del micrófono en frecuencias altas y conserva la buena relación señal-ruido obtenida en el auricular con el ruido ambiente del receptor. Análogamente, si se utiliza un dispositivo que dé relaciones señal-ruido elevadas en el receptor, reduciendo el término N r , la buena relación señal-ruido obtenida en el micrófono se conservará y la relación señal-ruido final será elevada en todo el margen de frecuencias. Desgraciadamente, la atenuación de ruido de las armaduras de los auriculares es bastante pobre en frecuencias bajas. Una armadura normal dará solamente 5 db de atenuación de ruido a frecuencias inferiores a 800 Hz, aumentando bruscamente hasta 20 db o más, a la frecuencia de 1500 a 2000 Hz y conservándose uniforme a partir de este valor. En el capítulo 8 se muestran las curvas de atenuación de ruido para diversas armaduras. La armadura es importante también porque determina el tipo de cavidad de acoplo entre el auricular y el oído. Si la cavidad es pequeña, se pueden ob-

275

tener presiones sonoras elevadas con ligeros aumentos de potencia en el auricular. Si la cavidad es grande, se necesitan mayores aumentos de potencia para obtener la misma presión sonora en el oído. Sin embargo, las cavidades pequeñas presentan una desventaja. Esta consiste en que, para hacer pequeña la cavidad, es necesario que el auricular esté pegado a la oreja, con lo que, si el receptor lo debe llevar durante mucho tiempo, le causará molestias. Si se utiliza algún tipo de acolchamiento para rodear completamente la oreja, se formará una cavidad grande. Entonces, para conseguir presiones acústicas elevadas, se necesitará una mayor potencia de salida del amplificador y la potencia que el auricular tiene que soportar aumentará, con lo que el auricular se hará más grande, más pesado y más incómodo de llevar. Es posible, por supuesto, conseguir la misma señal-ruido en el receptor mejorando la instalación acústica del auricular, en vez de aumentar su límite de potencia disipada. Sin embargo, el hacer esto implica que el auricular se haga más grande, pesado y, una vez más, incómodo de llevar. La utilización de auriculares que penetren total o parcialmente dentro del canal auditivo, puede resolver muchos de estos problemas, pero introduce unos nuevos, como se ve en el capítulo 8. Audífonos

Cuando el ruido es muy intenso, el oído del receptor puede necesitar protección. Los auriculares ordinarios dan un buen aislamiento, excepto en frecuencias bajas. Los audífonos que se introducen en el canal auditivo dan una atenuación mucho mayor (véase el Cap. 8). La figura 9.18 muestra los resultados de algunos experimentos realizados durante la II Guerra mundial. Nótese que, con niveles bajos de ruido, los índices de inteligibilidad sin audífono son iguales o ligeramente superiores a los medidos con audífono, pero, con 100..-------------------------, 90

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niveles altos, los índices obtenidos con audífono son mayores que los obtenidos sin él. La razón aparente es que el receptor no percibe las palabras a niveles altos tan bien como a niveles moderados (donde la relación señal-ruido es la misma), a causa de una «sobrecargaD y distorsión subsiguiente en el sistema auditivo a altos niveles. Los audífonos reducen los niveles totales de señal y ruido a niveles inferiores, sin modificar la relación señal-ruido. Mientras que el nivel efectivo de ruido sea menor de 75 db, el uso de audífonos reducirá la inteligibilidad a bajas relaciones señal-ruido. Cuando el nivel de ruido sea algo mayor, permaneciendo con valor moderado, la inteligibilidad no se altera apreciablemente con el uso de audífonos. A niveles altos, como ya se ha dicho, la inteligibilidad aumenta al usar audífonos.

EJEMPLO DE DiSEÑO DE UN SISTEMA COMPLETO

Como ejemplo de los métodos descritos, se muestran a continuación una serie de problemas de comunicación y su solución. Una fábrica tiene una planta de energía alimentada con diesel, constituida por una nave donde se encuentra el grupo electrógeno y una sala de control. En esta última, una gran cantidad de bombas envían a la fábrica potencia neumática e hidráulica. La comunicación entre la sala del grupo y el resto de la fábrica es necesaria de forma

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de mensajes típicos entre las salas del grupo y de control, con posibilidad de repetición. Por tanto, se considera adecuado para esta situación un índice de inteligibilidad de un 70 por 100, al que corresponde, según la figura 9.5, un índice de articulación de 0,4. En la figura 9.19 se muestra un análisis de los niveles de ruido en las salas del grupo y de control, y en el resto de la fábrica, para diferentes condiciones de trabajo. La variación del ruido en la sala de control complica el problema. En primer lugar, hay que considerar las relaciones señal-ruido en un micrófono y en cada situación. En la figura 9.20 se muestra el dibujo, en una hoja preparada para el cálculo de índices de articulación y en términos de nivel de presión sonora, de los niveles de ruido de la figura 2.19. También se ha dibujado el espectrograma de la figura 9.1, pero aumentado uniformemente en 24,8 db (factor de conversión para pasar de 1 m \00

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FIG. 9.20. Espectrogramas de señal vocal y ruido para diversas condiciones. Las curvas relacionan niveles de espectro de presión acústica con frecuencias.

a 3,5 cm, que es la distancia media a la que se habla en un micrófono de presión), y la curva de picos dé señal vocal, 12 db superior. Si la curva de picos de señal vocal estuviera uniformemente una cantidad de 12 db por encima de la curva de ruido, el índice de articulación del sistema podría llegar a valer 0,4 (12/30 =0,4), lo que equivale a decir que si el espectrograma total de ruido está al mismo nivel o inferior que el espectrograma de conversación eficaz a largo plazo, la inteligibilidad del sistema es potencialmente adecuada. Sin embargo, el ruido a este nivel es muy audible y puede molestar al receptor. Examinemos, en primer lugar, el problema de la conversación entre la sala de control y la nave del grupo electrógeno. Las tres ruidos diferentes que hay en la sala de control son debidos a: 1) escapes de aire para probar las líneas; 278

2) diversas operaciones de ventilación en los arranques y paradas de la potencia neumática, y 3) el funcionamiento normal de bombeo. Durante cada operación se han obtenido medidas máximas en bandas de octava, y en ellas se ve que los escapes de aire son de tan corta duración (3 a 5 seg), que la comunicación no es esencial en ese intervalo; por tanto, no hay que diseñar para esta condición. Una comparación de las curvas de la figura 9.20, rotuladas ccescapes de aire» y ccseñal vocal eficaz», muestra que la relación señalruido es demasiado baja para permitir que el índice de articulación del sistema completo alcance 0,4. En el caso de la ventilación y del funcionamiento normal de las bombas, el espectrograma de señal eficaz se mantiene superior al ruido, en todo el espectro de frecuencias que intervienen en la inteligibilidad; por tanto, un micrófono normal de presión dará una señal adecuada. Ocurre lo mismo con el ruido de la fábrica, pero, en el caso del grupo electrógeno, los niveles de ruido son tan altos que, prácticamente, no se transmitirá ninguna señal inteligible a través de un micrófono de presión sin pantalla protectora. Por tanto, se debe considerar la utilización de un micrófono de gradiente de presión que tenga una curva de respuesta uniforme y la curva de atenuación de ruido mostrada en la figura 9.9, junto con una pantalla 100 1-1-

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FIG. 9.21. Espectrograma del ruido de la sala del grupo, junto con la salida de ruido de: (a) un micrófono de gradiente de presión, de curva de respuesta uniforme para fuentes próximas; (b) el mismo micrófono, utilizado con una pantalla protectora, y (e) un micrófono de presión, de curva de respuesta uniforme, con la misma pantalla. La señal vocal de salida de los tres es la misma.

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protectora. En la figura 9.21 aparecen los niveles de ruido de salida de los diversos tipos de micrófonos. Nótese que la atenuación producida por el micrófono es ciertamente insuficiente para proporcionar una inteligibilidad adecuada, pero que si se utiliza una pantalla con un micrófono de presión, la relación señal-ruido aumenta lo suficiente, por encima de 700 Hz, para compensar la pobre relación señal-ruido 279

por debajo de esta frecuencia. Parece asegurada una inteligibilidad suficiente con esta pantalla, pero, con seguridad, el ruido de baja frecuencia transmitido por el sistema será elevado, especialmente cuando se escucha en la relativa calma de la fábrica. Si se coloca un filtro paso alto para eliminar la señal y el ruido a bajas frecuencias, la calidad de voz será afectada de tal modo que los usuarios no la aceptarán. Por tanto, parece lo más conveniente utilizar un micrófono de gradiente de presión y una pantalla protectora, que nos dan la relación señal-ruido, mostrada en la figura 9.21. Una vez escogido el micrófono y sus accesorios, que dan una relación señal-ruido suficientemente elevada en todas las condiciones, pasemos al problema de la recepción. Toda ella debe efectuarse por medio de altavoces. El nivel de ruido en la sala del grupo electrógeno es tan elevado (124 db en total), que todo el mundo lleva audífonos con una curva de atenuación similar a las mostradas en el capítulo 8. Tanto la señal como el ruido que llegan al altavoz se ven reducidos por dicha atenuación, de modo que la relación señal-ruido en el receptor no varía, pero es posible que el altavoz genere picos de presión sonora superiores a los 120 db, sin que el oyente lo encuentre particularmente desagradable. La figura 9.22 muestra las curvas de sensibilidad y de respuesta con la frecuencia de dos altavoces potencialmente adecuados para las salas de grupo y de control. Se supone que sólo la curva más sensible (curva B) será la adecuada para reproducir la conversación en la sala del grupo electrógeno. Al calcular el espectro acústico de salida del altavoz, se ha estimado que, para locales del tipo de esta fábrica, una distancia de 1,8 m representa, aproximadamente, la distancia a la que se alcanza un nivel uniforme (debido a la reflexión en las paredes). Por tanto, la cobertura general se estima partiendo ~

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de la base del nivel de salida calculado a 1,8 m, comenzando con la respuesta axial del altavoz, medida en una cámara anecoica. Considérese, en primer lugar, la sala de control. La figura 9.23 muestra los espectrogramas del ruido de ventilación y del de funcionamiento normal, junto con la curva de respuesta A de la figura 9.22, correspondiente a un tono puro de 1 vatio de potencia, la respuesta del altavoz al espectro vocal eficaz, a 280

un nivel satisfactorio para la inteligibilidad. También aparece en la figura la curva correspondiente al ruido recogido por un micrófono de gradiente de presión, con pantalla protectora, y reproducido por el altavoz. Este ruido, junto con el ruido ambiente, se suman para dar el nivel total de ruido que afectará a la información vocal. En caso de funcionamiento normal, el ruido del micrófono está claramente limitado, pero durante las operaciones de ventilación se deben considerar ambas fuentes a bajas frecuencias. El índice de articulación es de 0,46. Nótese que la potencia de salida del amplificador se puede calcular con facilidad, ya que, a 400 Hz, la curva de conversación eficaz está situada 28 db 110

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9.23. Espectrogramas de los ruidos de la sala de control, junto a los espectrogramas de la señal vocal y el ruido recogidos por el micrófono y reproducidos por el altavoz A, de la figura 9.22, medidos a 1,8 metros. FIG.

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por debajo de la curva de respuesta, a un tono único de 1 vatio de potencia. Así, pues, si se utiliza un amplificador de audiofrecuencia que tenga una curva de respuesta con la frecuencia uniforme, la potencia eficaz a largo plazo, disipada en todo el margen de frecuencias sería justamente 1 vatio (en la Fig. 9.21 se ve que el nivel de señal vocal eficaz total a largo plazo es de 28 db mayor que el nivel de espectro a 400 Hz). Los picos instantáneos de conversación alcanzan, como mucho, los 20 db por encima del valor eficaz a largo plazo. La inclusión de estos picos implicaría la necesidad de un amplificador capaz de proporcionar 100 vatios. Es normal admitir un factor de pico de 10 o 12 db, con lo que es suficiente un amplificador de 20 vatios de salida y un 5 por 100 de distorsión armónica. En la sala del grupo electrógeno se complica el problema del altavoz. En la figura 2.24 se muestran de nuevo los espectrogramas del ruido de la sala 281

del grupo. La curva de respuesta B de la figura 9.22 está dibujada al nivel correspondiente para un tono puro de 1 vatio. También se muestra la respuesta del altavoz al espectro vocal eficaz de un nivel tal que permita una inteligibilidad adecuada, junto con la respuesta del altavoz al ruido recogido por el micrófono de presión en la sala de control, durante las operaciones de ventilación. Si se toma la suma del ruido que entra en el sistema por el micrófono y el ruido de la sala del grupo electrógeno, el espectrograma mostrado da un índice de articulación de 0,41. El cálculo de la potencia que debe suministrar el amplificador se hace del mismo modo que en el caso de la sala de control. El nivel de conversación eficaz a largo plazo está 28 db por encima del nivel de espectro a 400 Hz. (N ótese que este nivel de presión acústica es de 127 db, soportable únicamente llevando audífonos). De la figura 9.24 se deduce que el nivel de espectro que se necesita obtener del amplificador a 400 Hz es de 0,2 vatios. El nivel de señal 11 o rT:r;¡;?:::J;F~::¡::Ft:::o:::cr::r::r:::;¡::J:J

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9.24. Espectrogramas de los ruidos de la sala del grupo, junto con los espectrogramas de la señal vocal y el ruido, recogidos por el micrófono y reproducidos por el altavoz B de la figura 9.22, medidos a 1,8 metros. FIG.

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REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34. 35. 36. 37. 38. 39. 40. 41. 42. 43.

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Capítulo 10 LOS EFECTOS DEL RUIDO SOBRE EL COMPORTAMIENTO DONALD

E.

BROADBENT

Departamento de Investigación de Sicología Aplicada Cambridge, Inglaterra

Se puede medir la modificación del comportamiento producida por el ruido de tres formas diferentes: 1) se le puede pedir a un hombre que manifieste sus propias sensaciones o sentimientos. En el caso del ruido, esto significa generalmente inquirir acerca de la molestia que el hombre experimenta por causa del ruido; 2) se pueden utilizar mediciones fisiológicas, como metabolismo, ritmo respiratorio, tensión muscular, e indicaciones semejantes del estado físico del hombre, y 3) se le puede pedir al hombre que realice una tarea, y evaluar su rendimiento en el cumplimiento de esta tarea. Este último tipo de control es el más satisfactorio desde varios puntos de vista. Se relaciona directamente con cuestiones de importancia práctica, como el rendimiento industrial, mientras los otros dos tipos de control sólo tienen una relación indirecta. Además, este tipo de control es generalmente más adecuado para los métodos estadísticos y da resultados de un valor científico mayor desde este punto de vista que las opiniones expresadas por el hombre en cuestión. Es corriente también encontrar que los tres tipos de medida no coinciden al valorar la importancia de algunas condiciones del medio ambiente. Un hombre puede que diga que no es afectado por sus largas horas de trabajo y, sin embargo, mostrar por el tiempo que emplea en realizar ciertas operaciones que su rendimiento ha descendido. Al contrario, puede que exprese un rechazo violento de una tarea y, sin embargo, sea capaz de realizarla de un modo absolutamente satisfactorio. Igualmente, puede mostrar un rendimiento constante, al tiempo que se verifican, sin lugar a dudas, cambios fisiológicos en su organismo o un rendimiento alterado sin ningún cambio fisiológico detectable. En semejantes casos de contradicción, el industrial o militar práctico preferirá por regla general el control de la eficiencia. Sin embargo, puede que ésta sea una perspectiva miope. Las quejas ocasionadas por las molestias del ruido pueden muy bien relacionarse con otras formas de conducta verbal, como procedimientos jurídicos, que tendrán una repercusión económica. Cualquier efecto fisiológico puede ser, de igual forma, un anuncio de un alto absentismo por enfermedad u otras desagradables consecuencias para el futuro, incluso, aunque no tenga relación con el rendimiento actual. Aunque la mayor parte de este capítulo versará sobre problemas de rendimiento, consideraremos también, en consecuencia, los otros dos tipos de control.

287

MOLESTIA ¿Puede una molestia ser perjudicial?

Existe una opinión generalizada de que algunos ruidos son molestos para casi toda la gente y, probablemente, cualquier ruido es molesto para algunas personas. Esto ocasiona bastante confusión, ya que muchos, que encuentran al ruido molesto, opinarán que es también una amenaza para la salud o el rendimiento. Otros, conscientes de que no es alterado el rendimiento en las tareas en que se ocupan, pueden pensar que la molesita no es importante y llegar a opinar en contra de cualquier efecto del ruido sobre el comportamiento. Pero en la naturaleza no hay forzosamente una conexión entre lo placentero de un estímulo y sus efectos. Las medicinas son a menudo de sabor desagradable y algunos entretenimientos tienen malos efectos para la salud. Todo esto, sin embargo, no convierte el carácter agradable o desagradable de los estímulos en un asunto irreal que pueda ser ignorado. Supongamos que consideramos el comportamiento de animales, puesto que no están influidos por la costumbre social y pueden ser criados experimentalmente para evitar diferencias de experiencia entre animales diferentes. Si presentamos a una rata un poco de sacarina cada vez que realiza un tipo de respuesta, esta respuesta se hará más probable. Sin embargo, la sacarina, por lo que sabemos, no es biológicamente útil para la rata. Se obtiene un resultado opuesto al administrar una descarga eléctrica, aunque la descarga sea demasiado débil para causar daños fisiológicos. De forma semejante, aunque mucho más compleja, un ser humano puede vestir ropas de un cierto color o rechazar alimento de un cierto sabor. Los sonidos no difieren de otras clases de estímulos en ser atractivos o repelentes, por lo que las personas harán cosas para producir sonidos que les gusten y para evitar o reducir sonidos que no les gusten. Hay un número bastante elevado de sonidos que caen dentro de esta última categoría para la mayoría de la gente, así que surgirán problemas para la fábrica que introduzca tales tipos de sonidos en un vecindario. Otros sonidos pueden variar más ampliamente en la intensidad de su molestia. El amplio rechazo de ciertos sonidos no necesita más explicación que el gusto de la rata (y de muchos humanos) por la sacarina. Es un problema teórico de algún interés, pero para el hombre práctico puede ser sencillamente considerado como un hecho irreversible, como la humedad del agua o la necesidad de pagar impuestos. Las diferencias individuales en el tipo de sonido que puede molestar a una persona pueden merecer más atención, ya que pueden ocasionar muchos conflictos innecesarios. Una persona que no es perturbada puede muy bien sentir que la molestia expresada por otra es artificial y superflua, en particular cuando el sonido en cuestión es de baja intensidad. Pero se debe tener en cuenta que un individuo puede ser auténticamente molestado por un estímulo que es indiferente para otras personas. Consideremos de nuevo nuestros resultados con los animales, ya que no se puede sospechar de que los animales eviten un estímulo sólo porque

288

le tienen manía al experimentador. A una rata normal le puede resultar indiferente el que las paredes de su caja sean a rayas o lisas. Sin embargo, si se le ha administrado una descarga en una habitación a rayas, hará tremendos esfuerzos para evitar entrar o para salir en cualquier otra habitación a rayas. Por el contrario, un animal que está acostumbrado a oír un (cc1ick» cuando se le da la comida, continuará respondiendo siempre que se le den «clicksD como recompensa. En términos cotidianos, una sensación puede adquirir asociaciones más allá de su significado natural. La misma pieza musical puede resultar muy agradable a una persona que la asocie con recuerdos agradables y violentamente desagradable a otra persona a quien le recuerde fracaso o desgracia. La importancia de tales asociaciones puede ser quizá revelada por una reciente encuesta de opinión pública sobre la molestia del ruido de los aviones. 1 El 80 por 100 de los que se quejaron del ruido de los aviones, dieron cuenta de algún miedo en relación con la aviación: o miedo de posibles aparatos estrellándose contra la casa, o resistencia a volar ellos mismos. Parece poco probable que se obtuviera tan alto porcentaje de un grupo de gente sin seleccionar. Estas asociaciones emocionales juegan sin duda un papel en la generación de quejas sobre ciertos ruidos. En todo esto, los ruidos no son diferentes de otros estímulos sensoriales. Puede haber vistas desagradables lo mismo que ruidos desagradables; a la mayoría de la gente le disgusta la vista de una casa o fábrica descuidada enfrente de sus propias ventanas. Pero por meras razones físicas, el ruido provoca más quejas, puesto que es más probable que se extienda de la persona que lo produce a alguna otra persona que nada tiene que ver con él. El señor Pérez no tiene por qué prestar atención a la afición del señor Gómez por los carteles, puesto que no puede ver la habitación del señor GÓmez. Incluso si entra puede mantener la mirada en el suelo. Pero el señor Pérez puede tentar la paciencia de su vecino de forma considerable, si su fonógrafo hace sonar a Mozart demasiado alto. Este punto, y en realidad toda la presente exposición, puede parecer a algunos tan obvio que no merezca la pena su aclaración. Pero está claro, por lo que se ha escrito, que el ruido es a menudo considerado como de efectos bastante peculiares. Ejemplos que han llegado a ser clásicos son las quejas que presentan al ruido como el responsable de un aumento de las enfermedades mentales o de una disminución de la natalidad: se cita a los periódicos que exponen tales criterios, y otros de menor importancia, en excelentes bibliografías,2·3 aunque a causa de que son excesivamente numerosos no se les incluye en las referencias a este capítulo. No hay pruebas para sostener tales teorías y es probable que gran proporción de quejas por ruido en relación con las quejas por otros estímulos se deba sencillamente a las peculiaridades físicas del sonido. Las luces deslumbrantes o los malos olores pueden ser igualmente molestos si consiguen llegar a nuestros sentidos. Debemos precavernos en consecuencia contra dos errores. Primero, la molestia producida por algunos sonidos no significa que sean malos para la salud. Segundo, del hecho de que la molestia no está relacionada con la salud, no se obtiene como consecuencia que pueda ser ignorada. Nadie estropearía deliberadamente la belleza de un paisaje. En la medida de lo posible, la mayoría de las sociedades intentan re-

289 19

ducir la molestia para todos sus miembros, aunque surjan dificultades cuando el bienestar de un grupo entra en conflicto con el de otro. La solución de tales dificultades pertenece más bien al campo de la teoría política que de la ciencia; pero en las sociedades occidentales haya menudo multas por la producción de demasiado ruido que afecte a muchos ciudadanos. Finalmente, se destaca un punto de este análisis sobre la molestia. Normalmente debería ser posible reducir la molestia, bien por el hábito, bien por ventajas compensatorias. La audición repetida de un ruido, sin las asociaciones desagradables que le han hecho molesto, debería hacer al ruido neutral emocionalmente en condiciones adecuadas; ya veremos que es un hecho cierto que la molestia y otros efectos del ruido disminuyen cuando el ruido es familiar. Incluso cuando esto no es posible, generalmente los estímulos agradables y desagradables pueden equilibrarse mutuamente. De esta forma las molestias debidas a la presencia de una fábrica pueden ser compensadas por la prosperidad que esta fábrica trae a la zona próxima a ella; o las debidas al ruido de aviones pueden ser compensadas por la seguridad contra un ataque aéreo. Estas consideraciones son válidas hasta un cierto punto, que no se debe sobrepasar. Una vez que la reacción emocional se establece, puede muy bien sustentarse por sí misma, y no desaparecer con el enfoque abierto de la situación. Igualmente, hay muchas pruebas de que un conflicto demasiado violento de intereses tiene efectos sicológicos desfavorables. Los ruidos más molestos

Hay tres fuentes de las que podemos obtener información referente a la molestia producida por un ruido. El método más sencillo es estudiar los casos en que un ruido ha provocado una acción jurídica o una agitación importante. Este método es naturalmente un poco difícil de controlar, pero tiene la ventaja de poseer una utilidad muy grande cuando se consideran problemas prácticos de reducción de ruido. Es decir, no surge ningún problema de la disposición de la gente, que dice ser molestada, para emprender una acción jurídica. Una técnica más controlable es realizar una encuesta de opinión pública en localidades de particular interés. Aquí hay una ligera duda sobre si una persona que se queja a un encuestador siente el tema profundamente, siendo probable que dé otros pasos. Pero no hay duda de que los sonidos acerca de los que se pregunta son reales. Es decir, son los ruidos que normalmente se oyen en la vida cotidiana y no difieren del medio ambiente habitual ni en familiaridad, ni en intensidad, ni en cualquier otro aspecto. El tercer método es llevar a más personas a un laboratorio, producir unos ruidos, y pedirlas que enumeren los sonidos por orden de molestia o que ajusten un sonido hasta que sea igual de molesto que otro. Naturalmente, este método es el más controlable, pero puede carecer de realismo. Afortunadamente, hay una gran coincidencia entre los distintos métodos, por lo menos en aquellas características de los sonidos que pueden resultar molestos. La intensidad de sensación. Cuanto más fuerte es un sonido, más probable es que produzca molestia. Este es un resultado habitual en los experimentos de 290

laboratorio, y parece ser confirmado por las encuestas de opinión pública. Por ejemplo, en la tabla 10.1 la incidencia de quejas de residentes por ruido de aviones se relaciona con la intensidad del ruido al que esa zona está sujeta. El nivel del ruido de aviones no era realmente continuo, sino que se toma como el nivel cuyo punto más alto fue sobrepasado en el 25 por 100 de las ocasiones en que pasaron aviones por encima. Se puede tomar otro ejemplo de una encuesta referida al ruido doméstico. 4 Si se comparaba a los residentes en casas Tabla 10.1.

La molestia del ruido de aviones para los vecinos * I

Nivel de ruido de I Grado de molestia, % aVIOnes . I de la prueba, I Ninguna Moderada Grande db

50-60 61-66 67-72 73-78 79 •

I ¡ I

63 42 33 15 12

31 40 36 37 26

6 18 31 48 62

De H. Davis y otros, Reí. 1.

individuales con los residentes en apartamentos, estos últimos eran más propensos a ser molestados por ruidos provenientes de las actividades de sus vecinos. Esto no es sólo porque los sonidos hechos por vecinos no pueden ser oídos de una casa a otra, porque se hizo una distinción en los resultados entre la gente que notaba el ruido de sus vecinos y la gente que era molestada por él. La proporción de los que son molestados es mayor en los apartamentos; esto es lógicamente debido a la mayor intensidad del ruido que les afecta. Esta relación general entre la intensidad y la molestia indica que la reducción de un ruido puede resultar un medio efectivo de combatir la molestia, a pesar de los factores emocionales que pueda haber por medio. Al mismo tiempo, nuestra exposición previa habrá aclarado que no se debe esperar ningún nivel crítico por debajo del cual nadie vaya a encontrar molesto un ruido. El número de gente que se queja, variará también con la situación en la que las quejas sean recogidas. En zonas residenciales, como muestra el cuadro 10.1, un nivel de ruido de 60 db puede producir un considerable número de quejas. En zonas industriales es probable que el nivel sea mayor. Algunos estudios parecen indicar que un grado importante de molestia puede empezar a originarse cuando el nivel sube por encima de los 90 db. s . 6 Este nivel puede muy bien relacionarse con el hecho de que la conversación empieza a hacerse difícil de entender a una intensidad normal con un ruido de este nivel. Uno de los aspectos en los que se necesita mayor investigación es la importancia de la molestia producida por ruido en situaciones en las que se está manteniendo un grado variable de conversación. Un nivel de 90 db

291

podría ser más molesto en una oficina que en una forja. También es probable que las personas que sean particularmente molestadas por el ruido evitarán trabajar en sitios en los que exista un nivel de 80 o 90 db, Y de esta forma el nivel de protestas pueda ser menor en cualquier fábrica que lo que sería respecto a una muestra sin seleccionar de personas. FRECUENCIA

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TONO

EN

MELS

FIG. 10.1.

Nivel de presión sonora de un ruido que produce la misma molestia en varias frecuencias. Obsérvese que, en general, un ruido agudo es más molesto que uno grave del mismo nivel sonoro. (Kryter. 2)

Debe observarse también que la relación con la intensidad que ha sido mencionada, se refiere principalmente a ruidos sin significado. Existen informes de que un ruido significativo pueda hacerse más molesto cuando es lo suficientemente débil para estar cerca del umbral de inteligibilidad.7 Este parece el efecto inverso del de un ruido, ya apuntado anteriormente, que se convierte en molesto cuando interfiere con la conversación. Una conversación muy baja es especialmente molesta porque el oyente no es capaz de enterarse de lo que se dice. La molestia es, pues, de una naturaleza muy diferente a la producida por ruidos esencialmente desagradables por sí mismos. El tono. Muchos estudios concuerdan en que un ruido agudo es más molesto que un ruido de igual intensidad de un tono grave. Entendemos por tonos agudos, en relación a esto, desde los 1500 Hz en adelante. Se ha encontrado este efecto tanto para sonidos puros como para bandas de ruidos. Debe observarse, sin embargo, que la diferencia entre los diferentes tonos puede disminuir después de un contacto prolongado con el ruido. Hay también considerables diferencias entre personas distintas, como de hecho las hayal comparar la intensidad de sonidos de diferente tono. A pesar de todo, parece una buena guía para tomar una acción, el que la disminución de los componentes de alta frecuencia 292

de un ruido produzca mayores dividendos que la reducción de los componentes de baja frecuencia. 8•9• 1o (Véase Fig. 10.1.) También se ha estudiado que un tono excepcionalmente bajo de un sonido, en la zona de 100 Hz, lo hace más molesto que un ruido situado hacia la mitad del espectro audible. Es decir, ambos extremos del espectro se consideran más molestos que el centro. 1O Existe la opinión, proveniente de los estudios sobre ruidos que han causado protestas, de que un ruido que contenga sonidos puros es más molesto que uno cuya energía esté repartida de modo más uniforme. u Estos puntos no son tan defendidos como el de la mayor molestia producida por altas frecuencias, pero sugieren que puede haber algo más, en el efecto de los diferentes tonos, que lo que hasta ahora se ha establecido. Hasta ahora hemos estado considerando ruidos continuos. La cuestión del tono variable pertenece al caso general de los sonidos variables o intermitentes, y será tratada más adelante. Podemos apuntar, sin embargo, un estudio en el que se presentaban diferentes muestras de tonos, determinándose los cambios producidos en la molestia por los diferentes tipos de muestra. De nuevo, cuando la frecuencia media de los sonidos era alta, la nuestra era más molesta; pero, además, se observó que un amplio campo de frecuencias era particularmente molesto. Los oyentes declararon que su percepción de la muestra alternaba entre escuchar a la muestra en conjunto y oír una muestra aguda en un fondo grave, a una muestra grave en un fondo agudo. Este sonido más bien ambiguo era de alguna manera más molesto. Este hallazgo sugiere también que sería positiva una mayor investigación en los aspectos más complejos del tono. 12

El ruido irregular e intermitente. La tercera característica de los ruidos, que se encuentra habitualmente relacionada con su molestia, es el grado de variación en el propio ruido. Un sonido modulado en intensidad o frecuencia resulta mucho más molesto. Hay también algunas pruebas de que las personas no se acostumbran a tales ruidos tan deprisa como lo hacen a ruidos continuos. 7 • 13 Se ha expresado la opinión, aunque con mucha cautela, de que los cambios en la intensidad son mucho más importantes desde este punto de vista que los cambios en la frecuencia. 12 Hay quizá dos factores en este efecto, aunque ambos actúan en la misma dirección. Por una parte, está la mayor molestia que le produce a una persona estar expuesta a un ruido sólo a largos intervalos. Un ejemplo es el caso del ruido de aviones en zonas residenciales, ya que éstos pasan sólo periódicamente. Esta relación ocasional es más molesta para algunas personas que un contacto continuo con un ruido de un mismo nivel. Hay pruebas de que las protestas por ruido de aviones son menos frecuentes en vecindarios que tienen un nivel permanentemente alto de ruido. ll La forma que toma la molestia producida por un sonido que está continuamente presente, pero cambiando en su diversas características, es lógicamente distinta y puede ser debida a causas diferentes. Un sonido complejo y oscilante que está continuamente presente no permite al oyente la oportunidad de acostumbrarse al silencio y podría, por tanto, no perturbarle en exceso. Sin embargo, tales sonidos oscilantes son declarados a veces más molestos que sonidos menos complejos.12 Las 293

ondas senoidales no son tan molestas como otras ondas de forma más abrupta. (Esto puede parecer entrar en contradicción con lo establecido anteriormente: que un ruido con la energía concentrada en una parte del espectro era más molesto que un ruido de banda más amplia. La contradicción puede quizá explicarse por el hecho de que la anterior afirmación provenía de casos de archivo. Los ruidos de la vida real, incluso si la energía se concentra relativamente en ciertas frecuencias, no son probablemente ondas senoidales. Podrá ser cierto que la onda más molesta sea una fuertemente periódica, pero no sinusoidal, tal como la de una bocina de automóvil o un grito humano. Tal sonido tendría un espectro menos uniforme que un ruido normal, pero todavía mucho menos que una onda senoidal.) El ritmo es otra característica de los ruidos relacionada con la variabilidad. En el experimento con muestras de sonido, que ya hemos mencionado, resultó que la muestra se hacía más molesta si la amplitud de algunos intervalos en la secuencia del sonido se hacía mayor que la de otros. 12 Esto es, un ruido rítmico era más molesto que otro uniformemente repetido. Sin embargo, resultó todavía peor la introducción de modificaciones arbitrarias en el tiempo de cada intervalo. Ya se ha apuntado un pequeño efecto de los sonidos rítmicos cuando se realizan tareas que requieren un ritmo diferente. 7 Pero el efecto es muy ligero y, naturalmente, depende de la naturaleza de la tarea que se realiza. Los mismos experimentos sobre muestras de sonido mostraron que, hasta un cierto punto, la molestia aumentó al introducir un intervalo de silencio entre dos audiciones de la muestra. Esto sugiere la interesante posibilidad de que el silenciar una parte de un proceso podría hacer al ruido restante, ahora intermitente, más molesto. Merece ser tomado en cuenta el hecho de que las tres características, que hacen a los sonidos particularmente molestos, son todas del tipo que, en lenguaje corriente, hacen probable que esos sonidos retengan la atención. Es decir, si se observa a un hombre en una situación en la que debe distribuir respuestas a varias fuentes de estímulo, es más probable que responda a los estímulos intensos, a estímulos que no se le han presentado recientemente y a sonidos agudos. La molestia parece seguir esta capacidad de retener la atención del sonido; aunque por supuesto la relación causal pueda seguir la dirección opuesta.

La localización. Cuando abandonamos las tres dimensiones de tono, intensidad e intermitencia, nos encontramos en un terreno mucho menos firme. La relación con la molestia de las características de los sonidos que ahora vamos a considerar, está menos establecida que las que ya se han estudiado. Pero hay sugerencias en lo que se ha escrito que pueden, por lo menos, servir de guías para una mayor investigación. La localización, por ejemplo, es un tema que figura en algunas protestas. Ciertos puntos sobre ella son más o menos obvios. A un sonido que cambia repetidamente de lugar se le puede suponer más molesto que otro que permanece estacionario, por analogía con los efectos de los cambios en las otras dimensiones. Además, una localización incierta puede provocar en la gente sentimientos de curiosidad, e incluso de inseguridad, que pueden interferir con otras ocupaciones y resultar molestos. Un sonido cuya fuente 294

no es conocida con seguridad puede ser un fastidioso problema intelectual. En el mismo sentido, el conductor de un autom6vil puede estar muy ocupado por un repentino ruido metálico, hasta que lo identifique con un avi6n. La localizaci6n fija permite a un ruido ser identificado más rápidamente y de esta forma reducir su molestia. El mismo efecto puede, por supuesto, alcanzarse por una explicaci6n de palabra, siendo a menudo más práctico explicar el origen de un ruido nuevo a los que probablemente puedan oírlo, que intentar modificar el ruido para hacerlo más fácilmente localizable. Pero hay más que esto relativo a los efectos de localizaci6n. Varios estudios han demostrado que la conversaci6n se puede entender más fácilmente en medio de un ruido cuando la localizaci6n del origen de la señal vocal y del ruido es diferente. 14 • 15 Si el ruido no está especialmente localizado, puede ser más difícil ajustar la posici6n relativa propia, a la de la persona con la que se está manteniendo una conversaci6n, a fin de asegurar el máximo de inteligibilidad. En lugares donde es necesaria la conversaci6n, por tanto, un ruido imprecisamente localizado es probable que resulte muy molesto. En ningún estudio, el efecto del ruido sobre el rendimiento, cuando no afecta a las señales auditivas, parece haber variado con la 10calizaci6n de forma sistemática. Pero los experimentos que muestran los mayores efectos parecen haber utilizado ruidos imprecisamente localizados y puede ser que la distracci6n por un ruido, incluso sobre señales visuales, sea menos fácilmente vencida por el hábito cuando el ruido no está sujeto a una direcci6n concreta. Las razones ya dadas, sin embargo, son suficientes para explicar las protestas por ruidos imprecisamente localizados. Quizá el único modo en que la localizaci6n puede ser· modificada es reduciendo la reflexi6n de las paredes en talleres y otros sitios en los que se puede esperar que haya ecos retardados. Hasta un cierto valor del retraso entre la llegada de un sonido y de su eco, la localizaci6n no se ve afectada por la presencia de ecos. Con estos cortos intervalos, el eco se fusiona con el sonido original e incrementa su intensidad aparente, pero la localizaci6n aparente es la del primer sonido que llega al oído. 16 La presencia de un material absorbente del sonido en las paredes que producen ecos disminuirá, en consecuencia, la molestia producida en pequeñas habitaciones, debido principalmente a la reducci6n del nivel de presi6n sonora. Pero en espacios muy grandes, el intervalo de tiempo entre la llegada del sonido original y de su eco se hará demasiado amplio para que se realice la fusi6n de los dos en la audici6n. La localizaci6n se hará entonces indeterminada y la molestia, en consecuencia, aumentará. La longitud del intervalo entre el sonido original y su eco, necesaria para que los dos se oigan separadamente, varía de acuerdo con el tipo de sonido, siendo al parecer tan pequeña como 5 para chasquidos agudos, pero tan grande como 40 en sonidos más complejos, como el habla.

Sonidos evitables o superfluos. La molestia que produce un ruido puede ser compensada por diferentes ventajas. Por el contrario, es probable que un ruido que no tiene por qué existir provoque fuertes protestas. Se pueden encontrar ejemplos en un estudio de los hogares británicos. 4 De todos los que se fijan en el sonido de los camiones de reparto en sus casas, s6lo al 10 por 100 les molesta

295

el ruido, pero de aquellos que oyen ruidos hechos por los animales domésticos del vecino les molesta a casi el 40 por 100. Otro ejemplo aparece en la tabla 10.2. La proporción de gente molestada por los portazos es mayor que la que es molestada por los ruidos del retrete, tomando como base de comparación Tabla 10.2.

La molestia de los ruidos domésticos para los residentes * Reparan en ellos

Les molesta

Les perturban el sueño

--En la casa propia,

En la del vecino,

En la casa propia,

En la del vecino,

En la casa propia,

%

%

%

En la del vecino,

%

%

01 ,o

39 44 15

41 27 12

13

15

8

11

9 3

6 3

6 3

5

25

27

5

7

2

4

52

58

5

10

4

6

10

14

1

3

...

1

29

31

3

7

2

4

48 82

48 83

5

25

8 30

4 18

24

--- -

Portazos ... ... ... ... ... ... W.C. ... ... ... ... . .. ... ... Bebés que lloran ... ... ." ... Niños que juegan en otras habitaciones ... ... ... ... Radios en otras habitaciones ... ... ... ... ... ... .. . Pianos u otros instrumentos musicales en otras habitaciones ... ... ... ' " ... ... Conversaciones en otras habitaciones ... ... ... ... ... Personas moviéndose en otras habitaciones ... ... ... .. , Todas las personas ... ... ... •

3

6 I

De D. Chapman, Ref. 4.

el porceritaje de los que se fijan en el ruido. Bien es verdad que en ambos ejemplos existe la explicación alternativa de que el ruido que produce más quejas es intrínsecamente más molesto. El ruido brusco de un portazo parece lógico que produzca más sobresalto que la más lenta intensificación de un ruido de W.C. La persona que se queja es menos probable que sea fácilmente satisfecha en el primer caso que en el segundo.

Inadecuación a la actividad personal. La tabla 10.2 nos muestra otro punto interesante: que en conjunto hay una ligera tendencia a objetar los ruidos del vecino más que los propios. La diferencia es pequeña, pero cuando uno piensa en la probable diferencia de nivel sonoro existente en sentido opuesto, resulta importante, según el análisis de la molestia que hicimos anteriormente, no es sorprendente que exista esta diferencia. En la mayoría de los adultos hay preferencias relativamente permanentes que son peculiares del individuo, de forma que lo que es ruido para un hombre, es música para otro. Además, para cualquier individuo, un sonido que podría ser muy agradable en una ocasión, puede ser molesto en otra. El

296

caso extremo de estos cambios de preferencia en un mismo individuo se alcanza con la necesidad de ratos de descanso o sueño. La existencia de la necesidad del sueño es aceptada por todo el mundo, aunque se sepa poco de ella científicamente. Es igualmente aceptado que un estímulo lo suficientemente intenso de cualquier tipo despertará a una persona que duerme; la intensidad del estímulo que se requiere es de hecho utilizada algunas veces como medida de la profundidad del sueño. Los ruidos susceptibles de interrumpir el sueño ocasionarán, por tanto, más molestia que los que ocurren a horas en que la mayoría de la gente no duerme. Se observa a menudo, en la práctica, que las personas se acostumbran a dormir con niveles de ruido que son demasiado altos para quien no está habituado a ellos, hasta el punto de que el residente en una ciudad puede encontrar dificultad en dormir en el campo. Se dispone de poca información científica en lo que se refiere al grado hasta el cual se realiza esta adaptación. Se requiere un mayor conocimiento del propio sueño, antes de que se pueda hacer algo más que recomendar que los ruidos inevitables sean producidos en lo posible durante el día. Además de la perturbación del sueño, se pueden presentar otros ejemplos de ruidos inoportunos que causan molestia, como sonidos que, inocentes en sí mismos, perturban el ambiente devoto de un servicio religioso; o como una marcha fúnebre brotando de una radio en una fiesta. No se puede formular una regla general para este tema. Las diferencias individuales de la molestia

Hasta un cierto punto, el hecho de que un ruido pueda molestar a una persona y dejar a otra indiferente puede ser, sin duda, explicado por diferencias en la experiencia pasada o por mera idiosincrasia. Ciertamente, hay personas que objetan a un ruido más allá de toda proporción lógica con las caracterÍsticas físicas de éste. Existen pruebas evidentes de que algunas personas son propensas a protestar de muchos ruidos e incluso de muchos otros estímulos. En un estudio se descubrió que más de un 80 por 100 de los que eran muy molestados por el ruido de aviones estaban preocupados con otros problemas físicos de sus comunidades, que incluían otros ruidos, basura y cosas similares. l Esto es importante, puesto que un cuestionario, en el que se presenta al individuo una lista de posibles situaciones molestas y se le pide que indique cuántas de ellas le molestan realmente, ha sido utilizado en investigación psiquiátrica. Un gran número de cosas molestas están relacionadas con dificultades de adaptación personal. l7 Las quejas sobre el ruido no son una excepción a esta regla. En un estudio, cuatro grupos de obreros, que en total sumaban más de doscientos, fueron entrevistados por un psiquiatra, que apuntó el número de síntomas nerviosos en cada uno de ellos. lB Cuando se les preguntó a los mismos individuos si no les afectaba el ruido, si les disgustaba ligeramente, o si les producía serias molestias, se encontró una relación significativa con el número de síntomas existentes. Otra investigación, que trataba del problema de diagnosticar neuróticos, presentó varios cuestionarios de diferentes tipos a dos grupos igualmente amplios de personas. 19 Un grupo estaba compuesto por los que habían encontrado necesario consultar a un psiquiatra y el otro por 297

personas que no lo habían hecho y podrían ser descritos de alguna forma como normales. Cuatro de los cuestionarios trataban de cosas molestas, y todos ellos mostraron más sensibilidad a las molestias en el grupo neurótico. El cuestionario que trataba en concreto de las molestias del ruido, mostraba la mayor correlación y era de hecho uno de los mejores cuestionarios para diferenciar los dos grupos. Realmente, hay pruebas evidentes a favor de la opinión, encontrada a menudo en este terreno, de que las protestas por el ruido provienen, en proporción muy grande, de gente neurótica. Este hecho es, sin embargo, tan fácilmente susceptible de mala interpretación, que se deben añadir dos reservas. Por una parte, no hay pruebas de que los neuróticos sean más fácilmente encontrados entre las personas que han estado expuestas al ruido. Por otra, un individuo que expresa disgusto por un ruido al que sus compañeros son indiferentes, no tiene por qué ser un neurótico. Incluso si lo fuera, no hay justificación para ignorar los gustos y rechazos de otra persona simplemente porque ayuda a los psiquiatras a ganarse la vida. La cuestión de las diferencias individuales de rendimiento por el ruido puede relacionarse con la de las diferencias de la molestia; será tratada más adelante. Conclusiones sobre la molestia

Resumiendo, la molestia es algo distinto del daño a la salud o al rendimiento. No debe ser ignorada por eso. Las características físicas de los sonidos, tales como la intensidad, la alta frecuencia y la modulación tienden a incrementar la molestia, por regla general. Pero hay grandes diferencias entre casos distintos y cada uno necesita ser considerado en concreto.

MEDIDAS FISIOLOGICAS Medidas del sobresalto o respuesta funcional

Un sonido repentino e inesperado, como un disparo de pistola, produce un amplio cambio en la actividad corporal,2021,22 Hay una elevación de la presión sanguínea, un aumento de la presión interior de la cabeza y un inrcemento de la transpiración. El ritmo cardíaco aumenta, hay cambio en la respiración y puede haber una marcada contracción muscular en todo el cuerpo. Estos cambios se consideran a menudo como una reacción de emergencia del cuerpo para incrementar la efectividad de cualquier esfuerzo muscular violento que se pueda precisar. En condiciones primarias, un estímulo inesperado es probable que reclame tal esfuerzo. Una afirmación tan simple no hace justicia a la enorme complejidad de estos cambios en el cuerpo, pero sirve para hacerlos inteligibles. Su importancia tiene un doble aspecto: primero, se puede esperar que una respuesta tan amplia interfiera con otras actividades en el momento en que ocurre el sonido. Segundo, la repetición demasiado frecuente de tales cambios puede ser perjudicial para la salud. Por ejemplo, una de las caracte-

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rísticas de tales reacciones emocionales es que la digestión cesa. Se ha demostrado que una corta exposición al ruido produce una disminución de las contracciones que transportan el alimento a través del cuerpo, así como de la producción de saliva y de jugos gástricos. 23 Por muy deseable que sea en emergencias, este tipo de cambio no se desea, obviamente, para períodos largos. Pero afortunadamente todos los experimentos en que se tomaron repetidamente medidas indican que el efecto del ruido disminuye rápidamente cuando se presente una y otra vez. Una prueba muy completa mostró que la exposición durante 20 h fue suficiente para anular cualquier efecto en el pulso, ritmo respiratorio, presión arterial, metabolismo, agudeza de visión, ritmo cardíaco y otras pruebas más técnicas.29 Estudios recientes de las respuestas corporales a la tensión revelan medidas que pueden resultar más apropiadas. Una de las glándulas, que entran a formar parte en el esquema de respuesta a situaciones de emergencia, es la corteza suprarrenal. Su nivel de actividades puede ser determinado contando el número de células de un cierto tipo presentes en la sangre. Con esta medición se ha demostrado que los animales siguen mostrando cambios en el cuerpo cuando se les somete a un ruido, aun después de un período muy largo. 25 Un corto informe indica que esto es también cierto respecto a los trabajadores de un taller aeronáutico, incluso después de habituados al ruido. 26 Por otro lado, no parecía haber ningún cambio permanente en las glándulas suprarrenales o cualquier otro órgano en ratones de laboratorio, como habría habido con tensiones causantes con probabilidad de mala salud. 25 El cambio en las características de la sangre era menor que el producido por coger los animales y manejarlos, o por permitir que varios animales luchasen entre ellos. Aunque ulteriores investigaciones nos llevarán sin duda a un valioso conocimiento de la respuesta del cuerpo a un estímulo intenso, por el momento los datos no indican la respuesta al ruido prolongado, sea exagerada o perjudicial para la salud. Medidas del esfuerzo

Si se mide la actividad de los músculos, recogiendo los potenciales eléctricos de la piel que les cubre, o si se mide la energía producida por el hombre, observando la cantidad de oxígeno consumido, podemos establecer cuál es el esfuerzo que su tarea le está costando. Se sostiene a menudo que, cuando el rendimiento no es afectado por el ruido, es porque se está haciendo un esfuerzo compensatorio. Pero aunque los experimentos de corta duración muestran un incremento en el gasto de energía (metabolismo) cuando se trabaja con ruidos, los experimentos continuados durante algún tiempo vienen mostrando hasta ahora una reducción del metabolismo al nivel normal,24,27 Es discutible que el gasto de energía por el cuerpo, considerado en conjunto, sea un índice sensible del esfuerzo, ya que una parte del cuerpo puede incrementar su actividad mientras otra la disminuye. Hay algún indicio de esto en la actividad eléctrica de los músculos. Por regla general, los potenciales de un músculo aumentan cuando se trabaja con ruido por primera vez, pero luego disminuyen. Se ha

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señalado que la disminución en los músculos que no se usan para la tarea es mayor que en los músculos que son empleados directamente para el trabajo.2B Como ya se ha indicado, la cuestión de si la tensión finalmente vuelve a ser normal, incluso en músculos necesitados para la tarea, no queda clara por las diferencias individuales entre las personas. El aumento de la tensión cuando se oye el ruido varía con la intensidad de éste y también con la significación del sonido. 29 Esto es, si se le dice a un hombre que reaccione apretando un botón cuando oiga un sonido, la tensión muscular de su brazo es mayor cuando se produce el ruido que si se le dice que lo ignore. El efecto de la intensidad es mayor cuando se tiene que reaccionar al ruido. La conclusión lógica parece ser que en un primer momento del trabajo con ruido se requiere un esfuerzo mayor para mantener el rendimiento, pero por término medio tal esfuerzo no se presenta cuando el ruido se ha vuelto familiar. Sin embargo, es posible que se presente en algunos individuos. Un estudio, que utilizaba más análisis de los que normalmente se emplean en investigaciones fisiológicas, mostró una relación entre los cambios en la tensión muscular y el rendimiento del trabajo con luz deslumbrante y ruido. 30 Las personas que mantenían su nivel de trabajo en estas condiciones perturbadoras mostraban un mayor incremento de los potenciales en el músculo que aquellos cuyo rendimiento fue menos eficiente. Cuando las diferencias en el esfuerzo fueron reducidas al máximo, haciendo depender el ritmo del trabajo de la máquina, más que de la voluntad del trabajador, hubo muestras de un incremento más generalizado de la tensión. Esta conclusión se relaciona con el conjunto de datos sobre las diferencias individuales en el rendimiento del trabajo. Efectos fisiológicos excepcionales

Algunos otros efectos del ruido no se encuadran en los tipos presentados anteriormente, pero pueden, sin embargo, denominarse fisiológicos. Primero, están los ruidos de muy alta intensidad. Con niveles de sonido de 140 db o más, pueden producirse una serie de molestias físicas, como sensación de vibración en la cabeza, movimiento del aire en la nariz y pérdida del equilibrio. 31 .32 Estos efectos están en la frontera de los de la vibración, ya que las perturbaciones del equilibrio, por ejemplo, son probablemente debidas a la vibración de los órganos sensitivos. De forma semejante, la vibración de los ojos a causa de estas intensidades muy altas puede perturbar la visión. Estos efectos pueden interferir con el rendimiento temporalmente, pero los niveles requeridos para producirlos están por supuesto fuera de lo normal; y, si los oídos no estáp. protegidos, con tales intensidades el sonido resultará doloroso. En estas intensidades tan altas se puede producir un excesivo calor en la. piel. Animales con pelo sobre su piel, como las ratas o los cerdos de Guinea, pueden sufrir quemaduras a causa de la energía absorbida. 33 .34 Una piel sin pelo, sin embargo, parece disminuir este efecto considerablemente. De cualquier forma, es muy poco deseable que seres humanos sean expuestos a estas condiciones, a causa de los efectos sobre la audición y el rendimiento. 300

Posibles efectos permanentes sobre el rendimiento debidos a intensidades muy altas. Aunque hay muchas quejas sobre efectos permanentes o enfermedades profesionales producidas por el ruido, no existen pruebas convincentes de estos efectos. Las personas que manifiestan una incapacidad a consecuencia de haber sufrido estos ruidos intensos se encuentran, habitualmente, entre las que se quejan por cualquier otra circunstancia y, particularmente, entre los neuróticos (véase la sección sobre las «Diferencias individuales de la molestia»). Aunque es difícil probar algo negativo, la mayor parte de la opinión entendida es que no existen efectos permanentes. Un estudio investigó el rendimiento de hombres que habían estado trabajando con motores de avión, utilizando unas pruebas que previamente habían sido usadas para distinguir a personas con cerebros lesionados de otras normales. 35 Los que trabajaban con aviones hicieron peor estas pruebas. Pero, como el autor señala, estos hombres habían estado sujetos a una tensión emocional en su trabajo tanto como al ruido, ya que estaban intranquilos por el posible peligro de sus tareas. Cualquier efecto permanente en ellos podría ser debido a esta otra tensión y no al ruido. En esta investigación hay también el riesgo de que personas que por naturaleza son poco corrientes, se apresuren a realizar las pruebas. Otra tentativa de investigación semejante fue desarrollada con animales y mostró que las ratas, después de estar expuestas a un fuerte ruido, eran menos capaces de aprenderse un nuevo laberinto, aunque guardaban el conocimiento de uno que habían aprendido antes de recibir el ruido. 36 De nuevo, aquí es posible que los animales hayan transferido la reacción de rechazo, que normalmente tienen a un estímulo desagradable, a la situación en conjunto del experimento, del mismo modo que los animales mencionados en la primera sección sobre la molestia eran condicionados para escapar de una habitación con paredes a rayas. Un rechazo general como éste del experimento no es raro en un trabajo con animales que incluya estímulos desagradables. Un trabajo más extenso debería ser llevado sin duda por las líneas generales de estas investigaciones, pero es dudoso que resulte en algo positivo. Interrelación sensorial. Se ha encontrado que en ciertas condiciones una luz muy débil puede ser vista más fácilmente si se la acompaña de un sonido, mientras que en otras condiciones el efecto puede ser el contrario. La importancia práctica de estos efectos es más bien pequeña, aunque son de interés teórico. 37 ,38

RENDIMIENTO

Métodos para medir los efectos sobre el rendimiento

Una gran proporción del esfuerzo de investigación parece haber sido desperdiciada en el pasado por no haber reconocido las precauciones esenciales para la medición del rendimiento humano. Un cierto número, posiblemente la mayoría, de los estudios sobre los efectos del ruido son inaceptables científicamente. Hay dos caminos principales de investigación, estudios industriales 301

por una parte y trabajo de laboratorio por otra. Algunos de los defectos de procedimiento atañen a estos dos caminos; otros atañen sólo a la investigación industrial, aunque los estudios industriales son un complemento esencial a los de laboratorio si queremos asegurarnos de que las diferencias encontradas en el laboratorio son realmente importantes en la práctica. El punto más débil de los estudios industriales es la falta de control de otras condiciones distintas al ruido que está siendo investigado. Los cambios en el entorno auditivo de un trabajador están usualmente ligados a un cambio a un edificio nuevo, un cambio en el trabajo que se hace; un cambio en la temperatura, la iluminación y otras condiciones del trabajo; o alteraciones semejantes en las circunstancias del empleo. Cualquier cambio en el rendimiento puede ser debido a estos otros cambios y no a la reducción del ruido. Esta crítica se refiere a casi todas las investigaciones industriales que han sido realizadas. Además existen otros dos peligros a los que se exponen normalmente las investigaciones industriales. Uno de ellos es el efecto contaminador de la molestia. En una sección anterior se indicaba que un sonido podía ser molesto sin afectar necesariamente al rendimiento. Pero si alguna característica de las condiciones de trabajo es molesta, el obrero puede quedarse en casa más tiempo del debido cuando está enfermo, pasar más tiempo en la sala de descanso y, de forma similar, reducir su producción. En una forma más sutil, esta dificultad se puede presentar como sugestión. El mismo hecho de que un investigador esté ocupándose del ruido, puede inducir a los trabajadores a creer que trabajarían mejor en silencio. Esto tendrá un efecto sobre el rendimiento, aunque el efecto no sea realmente debido al ruido. Un segundo punto débil de los experimentos industriales es que cualquier cambio en las condiciones de trabajo puede producir una mejora temporal del rendimiento. Esto es particularmente cierto en los cambios que implican que la dirección está considerando el bienestar de los obreros. La actitud del hombre hacia su trabajo se hace más favorable, igual que ocurre si se quitan condiciones desagradables; pero esto no significa que el ruido esté afectando de verdad a su rendimiento. Poniendo la diferencia en términos económicos, puede ser muy caro reducir el ruido en un lugar de trabajo comparado con el coste de pintar los muros e instalar una nueva cantina. Si el efecto de reducir el ruido es solamente mejorar la actitud de los obreros, pueden ser preferibles la segundas medidas. El último punto, referente a las investigaciones industriales, puede ser que habitualmente han medido la producción, con especial énfasis hacia el absentismo. Los errores y accidentes rara vez se incluyen en las investigaciones del ruido, aunque han resultado buenos índices de otras condiciones ambientales; en la sección sobre las conclusiones prácticas a partir de los datos conocidos, se expondrá que serían especialmente útiles para estudiar el ruido. Los estudios de laboratorio, al igual que los industriales, están sujetos a ciertos puntos débiles en su técnica. En primer lugar, hay una considerable fluctuación aleatoria en el rendimiento de cualquier persona, y hay también una variación aleatoria entre diferentes individuos. Para establecer un efecto del ruido es necesario, en consecuencia, señalar datos suficientes para que se pueda formar una estimación de esta variación aleatoria. Si se lanza una mo302

neda una vez y sale cara, no podemos deducir de ello que la moneda está descompensada. Por otra parte, el rendimiento puede variar de una ocasión a otra a causa de influencias exteriores, además de la fluctuación casual. Por ejemplo, un hombre puede trabajar mejor porque ha adquirido práctica. Por otro lado, puede trabajar peor porque se ha fatigado. La mejor forma de superar esta dificultad es emplear dos grupos de personas como sujetos para los experimentos. Se puede dar a un grupo condiciones ruidosas todo el tiempo, en tanto que al otro se le mantiene en silencio; o bien se puede empezar con un grupo en silencio y luego someterle al ruido, al tiempo que se invierte el orden de presentación en el otro grupo. Una tercera técnica, que es bastante menos satisfactoria, es tener un solo grupo de sujetos, pero cambiarles del silencio al ruido y de nuevo al silencio, o viceversa. El punto débil de esta técnica es que el rendimiento de un hombre puede elevarse primero y luego descender cuando las condiciones se mantienen uniformes todo el tiempo; normalmente decimos que ha mejorado con la práctica y luego se ha fatigado. Un experimento industrial, especialmente, es probable que tenga algunas condiciones exteriores que varíen en el curso del mismo de tal forma que produzcan primero una elevación y luego un descenso en el rendimiento. Por ejemplo, si un grupo fuera a trabajar con ruido durante un año, luego en silencio por otro año y, finalmente, con ruido otra vez, sería muy posible que un cambio en la situación económica general produjera un ambiente de prosperidad durante el segundo año que faltara antes y después, y que podría reflejarse en una mayor producción. Naturalmente, si se cambia del silencio al ruido y a la inversa rápidamente, el riesgo de un factor exterior de este tipo es menor. Si un grupo trabaja en ruido y silencio en días alternos durante un año, tendría que ser realmente mala suerte que la situación económica fuera mala un día sí y otro no durante ese período. La mayoría de las buenas investigaciones sobre los efectos del ruido han utilizado un método de este tipo, en el que ruido y silencio se alternan rápidamente. La técnica de los dos grupos, aunque deseable, es a menudo impracticable, porque requiere la observación de un gran número de personas. Esto es así debido a que las diferencias entre las distintas personas eleva la influencia del azar en el experimento, debiéndose obtener muchos resultados para asegurar una conclusión positiva. Incluso así, existe el peligro en la técnica del único grupo de que, cuando dos o más condiciones de trabajo se alternan rápidamente, el rendimiento no se ajustará a cada una de ellas por separado, sino que tomará un nivel medio. La última dificultad es que la condición bajo la que una persona se encuentra por primera vez con una tarea puede influir su rendimiento en la misma en posteriores ocasiones, incluso cuando varían las condiciones. Asimismo se ha probado, en otro campo, que la tripulación de un avión, a la que se le somete a una prueba después de volver de un vuelo, 10 hace mal en esta ocasión y también después de descansar, mientras que aquellos que son sometidos a la prueba en primer lugar después de descansar, 10 hacen bien en esa ocasión y también después de volar. 39 Se han observado efectos semejantes en algunos experimentos sobre el ruido. Pero estas dificultades serían reparables por medio de una cuidadosa consideración de los resultados y con los 303

modernos métodos del análisis estadístico se pueden obtener conclusiones seguras. El control del ruido se ha realizado de diferentes formas en diferentes experimentos. En el caso industrial, se ha empleado material absorbente de sonido y tapones de oídos. Ambas alternativas tienen sus inconvenientes, ya que introducen otros cambios en la situación. Se ha sugerido recientemente que sería valioso un experimento industrial que utiliza dos clases de tapón de oídos de diferente calidad. ll En los experimentos del laboratorio, el silencio ha sido normalmente la condición habitual del mismo y el ruido ha sido producido artificialmente. En los primeros experimentos se usaban ruidos que surgen normalmente, como el de maquinarias o grabaciones del tráfico u oficinas. Ultimamente, los experimentadores han tendido a usar ruido producido electrónicamente y a especificarlo físicamente con una exactitud negada a los primeros investigadores. Los estudios que dan alguna indicación del espectro del ruido así como del nivel son, sin embargo, minoría y todavía no hay un estudio del efecto del ruido sobre el rendimiento que haya señalado la función de autocorrelación o algún índice similar de la periodicidad de la onda. Como se sabe actualmente, un sonido que repite periódicamente una frecuencia puede oírse como si tuviera un tono correspondiente a esa frecuencia, incluso, aunque la energía de su espectro no sea especialmente alta en ese punto. Esta cuestión es, sin embargo, un problema superfluo; pero los diferentes niveles de sonido y espectros empleados por los distintos investigadores pueden muy bien tener influencias en sus resultados contradictorios. Un control adicional, de alguna utilidad, es el uso en recientes experimentos de un nivel constante de ruido producido artificialmente a baja intensidad como control de silencio. Esto impide que pequeños sonidos accidentales entren en el laboratorio y perturben el rendimiento. Los trabajos utilizados en los estudios de laboratorio pueden dividirse en pruebas de funciones particulares, como pruebas de visión oscura o firmeza de pulso, y pruebas de tareas complejas, como descifrar, manejar controles de avión simulados, o pruebas de aritmética mental. Se encontrará en las secciones correspondientes que las pruebas de funciones particulares no parecían mostrar ninguna diferencia en presencia de ruido, mientras que las tareas más complejas se dividían en dos grupos, unas que mostraban diferencias y otras en las que el rendimiento era el mismo, tanto con ruido como en el silencio. Resultados de estudios industriales

En lo que se refiere al ruido, parece que sólo hay un único estudio que no pueda ser inmediatamente rechazado por fallos de técnica como los expuestos en la anterior sección. Este estudio es el del rendimiento de los tejedores en Gran Bretaña.6,40 En este caso se dispone de amplia documentación que incluye notas sobre algunos sujetos recogidas individualmente, semana a semana, durante seis meses. Hubo experimentos, en todos los cuales el ruido era el producido normalmente por los telares, que tenían un nivel sonoro de 96 db. Se consiguieron condiciones de relativo silencio con tapones para los oídos que 304

atenuaban el ruido de 10 o 15 db. En un experimento se empleó a 10 tejedores que llevaron tapones de oídos en semanas alternas durante seis meses. En cada uno de los otros experimentos se utilizaron dos grupos, uno que llevaba tapones, mientras que el otro no. Uno de estos experimentos duró seis meses y el otro un año. Los tres experimentos mostraron una mejora en el rendimiento con los tapones de oídos. La mejora no fue muy considerable en relación al total producido, siendo sólo de un 1 por 100. Pero en este trabajo, la producción depende sobre todo del telar, siendo el cambio en el rendimiento propio de los obreros de un 12 por 100. Es difícil, a partir de esta diferencia, establecer el valor de los dos últimos experimentos. El grado de igualdad entre los dos grupos no fue demostrado antes de proporcionar los tapones a uno de ellos. El sondeo data de la época en que los métodos estadísticos para conceder significación a los datos estaban sólo empezando a emplearse, lo que no se hizo en este caso. No existen datos individuales correspondientes a los obreros en los dos últimos experimentos. Sin embargo, en el primer experimento se dan los datos de cada individuo y parece que cada uno de los diez obreros trabajaba mejor cuando llevaba tapones en los oídos. Esto es sin duda significativo estadísticamente, y a la vista de la semejanza de resultados de los tres experimentos, queda debilitada la crítica estadística del segundo y tercero. Quizá más seria es la posibilidad de que los grupos que llevaban tapones se sintieran más motivados por ser utilizados como sujetos de un experimento y trabajaron más. En el tercer experimento el rendimiento de los dos grupos fue menos diferente al final del año que al principio; esto podría ser debido a la disminución de la motivación. Los autores indican que los dos grupos diferían y coincidían cíclicamente a lo largo del año y que el parecido entre los dos niveles de producción al final del año es simplemente uno de estos ciclos. Hay algún indicio de que los dos grupos comenzaban a diferir otra vez. Los resultados se reproducen en la figura 10.2. El primer grupo tiene otra vez la ventaja en lo que se refiere a 80 . - - - - - - , - - - - , - - - - r - - - - r - - - ,

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10.2. Producción de dos grupos de tejedores, ambos expuestos al ruido, pero uno de ellos, que se representa por la línea continua, utiliza tapones de oídos. (Weston y Adams,40 con permiso del administrador de Her Majesty's Stationery Office.)

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de cada trabajador sobre el beneficio derivado de los tapones y que algunas de ellas fueron marcadamente desfavorables. Esto concuerda con la experiencia de la mayoría de las personas que han intentado que los obreros protejan sus oídos. Incluso los obreros que no estaban a favor mostraron una mejora en su rendimiento cuando llevaban tapones, aunque hubiera una pequeña diferencia, no significativa estadísticamente, entre subgrupos favorable y desfavorable. Finalmente, aunque el primer experimento parece menos objetable que los otros dos, los autores del sondeo mostraron más dudas sobre él. Esto fue debido a las diferencias casuales de temperatura y humedad entre las semanas que se llevaban los tapones y las semanas en que se experimentaba el ruido sin atenuación; en otros experimentos se ha demostrado que la temperatura y la humedad afectan al rendimiento. Se dan los datos sobre temperatura y humedad en el primer experimento y no parece que en este caso tengan ninguna relación con el rendimiento. Puede ser que los autores fueran excesivamente prudentes al considerar sus resultados. La concordancia entre estos tres experimentos es importante, ya que hay una respuesta para cada una de las posibles críticas que se pueden levantar contra ellos. Pero no puede decirse que las pruebas sean concluyentes. La más seria objeción es, probablemente, el peligro de sugestión o de otras influencias en la actitud de los obreros. Parece imposible regular esto en los experimentos industriales, excepto usando tapones inservibles en un grupo. Quizá debe ser añadido que estas críticas de los efectos que aparecen en la industria no significan necesariamente que los resultados sean falsos; significan sólo que no se ha demostrado que el efecto del ruido sea cierto. Considerando las teorías que planteamos bajo el título Una interpretación de la naturaleza del comportamiento en un medio ruidoso, es lógico que aparezcan efectos entre los tejedores.

La música en la industria. Aunque, según algunas definiciones, no se considera como un ruido, la música en las fábricas ha sido el tema de varias investigaciones. Es importante porque, generalmente, se entiende que la introducción de música en el trabajo favorece la producción en lugar de perjudicarla. Aunque no se proporcionan normalmente los niveles de intensidad, parece probable que la música alcance niveles comparables a los de los ruidos utilizados en algunos experimentos destinados a mostrar los efectos perjudiciales de los estímulos sonoros. La opinión general de que la música tiene un efecto contrario nos sirve para recordar que no podemos considerar los efectos del ruido sólo desde un punto de vista físico. Apenas existen dudas de que la presencia de la música se considera por los trabajadores como una característica agradable del trabajo y de que mejora su actitud hacia el mismo y hacia la dirección. En algunos estudios se ha demostrado también que la producción mejora cuando existe música. Como de costumbre, surge la duda sobre si esta mejora en la producción se debe al cambio de actitud o a un efecto directo del estímulo creado por la música. El efecto sobre la producción, según uno de los primeros experimentos, se muestra en la figura 10.3. Respecto a los resultados, merecen destacarse tres puntos: 1) Parece haber una diferencia en el rendimiento según las horas en las que se introduce la música; 2) aparentemente existe

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una cierta inercia, por 10 que la producción tarda un cierto tiempo en estabilizarse en un nuevo nivel; 3) este efecto no es más que para una producción media, aspecto que no se señala en la figura; algunas personas no se benefician de la música. Otros estudios han mostrado también mejoras en el producto medio, con las mismas salvedades: que algunos individuos pueden no ser afectados y que ciertos tipos de música pueden no lograr ningún efecto en ciertos tipos de trabajo.42.43.44 Un estudio sobre un trabajo especializado que había permanecido estable durante algún tiempo, de forma que los hábitos de trabajo eran bastante fijos, no mostró ninguna mejora en la producción media, 100 el

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FrG. 10.3. Producción en una tarea manual ligera bajo condiciones variables de ruido. (Wyatt y Langdon,41 con permiso del administrador de Her Majesty's Stationery Office.)

a pesar de que se detectó una mejora en la actitud de los obreros por medio de cuestionarios. 45 Concretamente en este estudio se comparaban los efectos de la música y el silencio en distintos días, dentro de cada una de las cinco semanas de experimentación. Esto puede querer decir que los obreros no ajustaron su producción a las condiciones cambiantes, como hicieron en el estudio de la figura 10.3. Por otra parte, la producción en las semanas anteriores al comienzo del experimento no fue menor que durante el mismo; de forma que puede que fueran las diferencias entre los dos tipos de trabajo las que produjeron las diferencias en los resultados. Sin embargo, no parece haber ningún informe de que la música cause deterioro en la producción, aunque posiblemente tenga algún pequeño efecto sobre los accidentes. Al comparar los efectos de la música con los del ruido, se debe recordar el hecho de que los niveles del ruido industrial pueden hallarse muy por encima de los de la música; es también de interés el hecho de que la música es probablemente más útil cuando se emplea en períodos cortos y no continuamente durante la jornada. La idea de que un cambio en las condiciones ambientales presentes durante un trabajo puede mejorar el rendimiento es común a una serie de estudios sobre el trabajo prolongado. En la sección anterior, se destaca que el efecto es lo suficientemente grande como para ser una causa de error al establecer los efectos de los cambios en las condiciones de trabajo sobre el rendimiento

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industrial. El uso de la mUSlca parece ser un método de producir deliberada~ mente cambios en el entorno. Como se verá en la siguiente sección, los ruidos no significativos producen a veces una mejora semejante en el rendimiento. La música tiene la ventaja de que se fomentan actitudes favorables al trabajo y a la dirección, así como un cambio en el entorno que reduce la monotonía. Ambos factores operan en la misma dirección y pueden producir un rendimiento más alto en algunos tipos de trabajo. Los efectos de ruidos no familiares

Normalmente, se coincide en que un ruido nuevo o extraño producirá un descenso en el rendimiento del trabajo cuando se oye por primera vez. Este efecto se considera separadamente del que produce el ruido prolongado, ya que este último es más confuso y controvertido. En un experimento típico se presentó a cada sujeto una serie de letras entre las que estaban entremezclados diversos números. 46 El trabajo consistía en su~ mar la serie de dígitos. Cuando se habían realizado varias sumas, se empezaba a producir el ruido, que continuaba mientras se hacía otra serie de sumas. Entonces se hacía cesar de nuevo y se volvían a efectuar más sumas. El ruido era producido por la bocina de un automóvil situado a dos pies del sujeto. El efecto consistió en una reducción del ritmo de trabajo para las primeras sumas efectuadas a partir del comienzo del ruido, pero luego se normalizaba. Un punto muy importante es que ocurría una disminución similar cuando se paraba el ruido. De nuevo, el rendimiento volvía rápidamente a ser normal; pero el interés de esto reside en que parece indicar que el efecto del ruido era principalmente el de un cambio en las condiciones de trabajo, más que un efecto cualquiera relativo a ruidos intensos. Se han encontrado resultados parecidos utilizando una tarea más compleja, en la que se le pedía al sujeto que observara una letra a través de un agujero, la refiriera a otra letra de acuerdo a una clave establecida, asignara a esta segunda letra un dígito, usando una clave de entre tres, que variaban según el color de la letra original, y, finalmente, apretara un botón adecuado. 47 En este caso se usaba un conjunto de campanillas, timbres y otros objetos para producir el ruido. Las diferencias individuales en los resultados eran evidentes, pero en conjunto, éstos parecían ser semejantes a los dados anteriormente. Una disminución inicial del rendimiento era reemplazada luego por una vuelta a la normalidad, e incluso por una mejora en el rendimiento en la mayoría de los sujetos. Hubo señales de disminución del mismo cuando se paró el ruido. Los resultados se muestran en la figura 10.4. Lógicamente, la falta de hábito puede deberse a dos causas. Por un lado, la falta de hábito a un ruido que no se ha oído antes; por otro, la falta de hábito en la ejecución de una tarea en la que no se tiene mucha práctica. Ambas son consideradas importantes por los investigadores en este campo, pero los experimentos del tipo mencionado anteriormente detectan principalmente los efectos de la habituación o la extrañeza al ruido. El rendimiento en la tarea parece haber llegado a un nivel constante de eficiencia antes de que se produzca el

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ruido. Queda la posibilidad de que el efecto de un ruido extraño sea mayor respecto a una tarea poco practicada que respecto a otra en la que exista mucha práctica. Nadie parece haber hecho experimentos controlados en los que los ruidos se presenten repetidamente antes de presentar el trabajo, o en los que se haya practicado el trabajo en grados diferentes antes de aparecer el ruido. Sin embargo, parece lógico aceptar las pruebas ya dadas que indican que un aumento en la familiaridad con un ruido reduce su efecto sobre una tarea con un nivel de práctica constante. Quizá la mejor prueba de que una

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tarea practicada es menos afectada que una que no lo sea, proviene de un experimento que requiera una gran destreza manual en el que había que quitar clavijas de un objeto que se acercaba y alejaba del sujeto a un ritmo marcado por una máquina. 7 Se produjo algún efecto sobre esta labor por medio de sonidos que se hacían escuchar a los sujetos a través de auriculares con un ritmo diferente del de la máquina, aunque el efecto empezó. a desaparecer con el tiempo. Cuando se proporcionó a los sujetos un tipo diferente de ruido, no apareció ningún efecto. Desgraciadamente, no se probó con otros sujetos, utilizando esta misma tarea y el segundo tipo de ruido, a fin de mostrar que este ruido habría afectado a la tarea si hubiera estado menos practicada; la cuestión era probablemente de interés menor para los investigadores, ya que sus objetivos experimentales estaban bien controlados en otros aspectos. Otros experimentos de la misma serie ilustraban la naturaleza de los efectos que se pueden obtener temporalmente cuando se presenta el ruido, y también los cambios que los sujetos dicen que tienen lugar en su rendimiento y que reducen el efecto del ruido. En un experimento se enfrentó a dos grupos de sujetos con la tarea de construir un aparato fuera de lo común a partir de un conjunto de piezas. Un grupo recibió un ruido durante su tarea, obteniéndose soluciones más rápidas del grupo que trabajaba en silencio. Sólo tres de los sujetos que trabajaban con ruido resolvieron el problema en menos de un cuarto de hora, mientras que ocho de los que operaban en silencio lo lograron en un tiempo parecido; ambos grupos contenían veinticuatro sujetos. Aplicando la estadística moderna a los resultados dados en este informe, el presente autor ha confirmado la conclusión de los investigadores de que los resultados no se debían al azar. En otro experimento se pidió a los sujetos que resolvieran, no un problema diferente, sino una serie de problemas seme-

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jantes. Los problemas consistían en construir ciertas combinaciones preestablecidas con números de una cifra en un aparato, al que se podían trasladar apretando botones. Se hicieron problemas alternando el ruido y el silencio. El ruido perjudicó al principio la tarea, pero la perturbación fue desapareciendo, hasta que en el quinto día, después de la ejecución de cincuenta o más problemas, los sujetos pudieron resolverlos igual con ruido que en silencio. De forma semejante, cuando se les dio grupos de letras y se les dijo que formaran tantas palabras como pudieran con estas letras, fueron afectados al principio por el ruido y luego dejaron de serlo. En ambos experimentos los sujetos manifestaron que según pasaba el tiempo descubrían reglas y técnicas mecánicas de resolver los problemas, y una vez logrado esto, el ruido dejaba de afectarles. Por ejemplo, en la prueba de la formación de palabras una de las técnicas era escoger una letra, tomar después una de las vocales disponibles, luego tomar una consonante y así sucesivamente. Esta solución rutinaria no requería apenas pensar y no era perturbada por el ruido. Un comentario típico, hecho por un sujeto en un experimento de destreza manual, era que una vez familiarizado con la tarea escuchaba el ruido, pero no afectaba la parte de su mente ocupada en hacer la tarea. Los niveles del ruido no se establecían en estos informes,? pero en otro sitio se situaban en los 90 db. 48 Aunque no son completamente satisfactorias las pruebas de que la práctica en la tarea disminuye la interferencia del ruido en ella, la opinión de la mayor parte de los investigadores parece apoyarlas. También se encuentran pruebas a partir de experimentos en los que una tarea tiene que combinarse con otra, después de diferentes grados de práctica con la primera. Una tarea más practicada interfiere menos con la segunda ocupación, aunque hay un límite para la medida en que este efecto de aprendizaje puede ser utilizado para combinar tareas diferentes. Si un tipo de trabajo consiste en reaccionar a una serie de estímulos y el orden de los estímulos es aleatorio, resultará poco beneficiosa la práctica previa en combinar esta tarea con otra. Sin embargo, cuando el orden de los estímulos es predecible, la práctica de la tarea significará que se puede hacer otra tarea al mismo tiempo de forma más eficiente.49 La práctica en una tarea reducirá también la interferencia con otra en los períodos que existan entre dos estímulos decisivos en la primera tarea. so En el lenguaje de la teoría de la comunicación, la interferencia entre dos tareas sucede sólo cuando se le exige a un hombre que reciba información de ambas tareas a la vez. Si una tarea presenta una serie repetitiva de estímulos, la información contenida en esta secuencia es pequeña después de practicada, y habiendo en estas condiciones poca interferencia con otra tarea. En lenguaje común, en una tarea no usual se observan muchas características del trabajo que no son esenciales a su ejecución y no se puede atender al mismo tiempo a otro trabajo. En una tarea practicada se atiende sólo a lo que es esencial y, si la tarea es repetitiva, se puede hacer otro trabajo simultáneamente. Si no lo es, será más difícil combinarla con otras ocupaciones. La mayor parte de las tareas reales se encuentran entre los dos extremos, teniendo instantes esenciales en los que proporciona información a la persona, y otros en los que no llega esta información. Con la práctica se llega a conocer esto y se puede 310

alternar la atención, refiriéndola a una segunda tarea durante los intervalos de la primera. Si damos un paso más y suponemos que hay una tendencia a dirigir la atención hacia cualquier cambio del entorno, como la aparición de un ruido, no es sorprendente que los efectos sobre el rendimiento debidos a éste disminuyan en una tarea practicada. En otras palabras, la respuesta inicial a cualquier situación es difusa y amplia. Esto es válido tanto si la situación es una tarea que presenta un investigador, como si es un ruido que interfiere. Se señala en una sección anterior que se pueden detectar potenciales musculares generalizados en un primer momento de la ejecución, pero que se concretan en partes precisas del cuerpo en fases posteriores. Cuando la tarea y el ruido están produciendo a la vez una respuesta generalizada, hay más probabilidad de interferencia entre las respuestas dadas a los dos estímulos. Cuando la respuesta a la tarea se ha concentrado en una parte del cuerpo y la respuesta a un ruido ha desaparecido, o se ha concentrado también en una parte diferente del cuerpo, no habrá interferencia entre los dos estímulos. Pero los peores efectos del ruido tendrán lugar con un sonido extraño y no familiar y una tarea extraña y no familiar, y los menores efectos se producirán con un sonido familiar en una tarea practicada. Los casos intermedios los constituyen sonidos familiares en tareas extrañas y sonidos extraños con tareas practicadas. Pero si se adopta esta descripción, es esencial recordar que la palabra «respuesta» puede significar simplemente un hecho dentro del sistema nervioso, no detectable desde el exterior. Mientras se observe esta precaución, importa poco si se habla de automatizar una tarea hasta que requiera un bajo nivel de conciencia, o de reducir la cantidad de información que se requiere atraviese el mecanismo perceptivo para lograr una realización con éxito, o de eliminar las respuestas innecesarias que interfieren y son interferidas cuando la respuesta a un ruido se halla también presente. Aunque estas diferentes formas de describir el proceso de adaptación a un ruido nuevo son probablemente equivalentes, no constituyen la única manera en que se puede considerar este proceso. Parte de los trabajadores antes citados pensaron más bien que el nivel de rendimiento era disminuido por el ruido y elevado de nuevo por un esfuerzo compensatorio, que llegaba con cierto retraso, de forma que una baja inicial en el rendimiento sólo era solucionada después que el ruido se hubiera aplicado durante un rato. La razón de considerar la situación en este sentido era el cambio detectado en varias mediciones fisiológicas a las que nos referimos en una sección anterior. Es decir, podría haber incrementos en el metabolismo, en la presión ejercida sobre reacciones clave, etc. Estos procesos adicionales parecen desvanecerse a medida que la tarea prosigue con ruido. Aunque hay parte de realidad respecto a que un esfuerzo extra esté indudablemente presente en algunos casos, esto no parece ser una explicación suficiente para la desaparición del efecto del ruido después de haber estado presente durante un tiempo. Si el ruido automáticamente disminuye el nivel de rendimiento y exige un esfuerzo para elevar el nivel otra vez al valor original, no está claro por qué el cese repentino de un ruido resulta perturbador. Más bien se esperaría una repentina alza en el rendimiento, seguida por un descenso al nivel normal a medida que se reduce el esfuerzo.

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Parece más fácil abandonar la idea de que el ruido automáticamente disminuye el nivel de rendimiento y concentrarse más bien en la importancia de los cambios en el conjunto de estímulos sensoriales. La importancia de este cambio de perspectiva se halla en que significa que el trabajo con ruido familiar, si el rendimiento se mantiene, no requiere necesariamente un esfuerzo indebido por parte del trabajador. El efecto de un ambiente no familiar parece desvanecerse y no requerir una compensación continuada por parte del obrero. Ya se han señalado ciertas lagunas en la bibliografía sobre el tema. Quizá, incluso, más sorprendente es la falta de pruebas sobre los tipos de ruidos que más claramente producen este efecto. Ya que la realidad de una perturbación inicial del rendimiento, que dura quizá unos segundos en tareas sencillas y unos minutos con tareas más complejas, es aceptada por la mayor parte de los entendidos, se podría esperar que se hubiera hecho alguna investigación con métodos modernos para comparar los resultados de, digamos, explosiones de ruido, sonidos de impacto, o tonos puros. Este trabajo requeriría, naturalmente, muchos sujetos experimentales, ya que sería necesario utilizar personas con el mismo nivel de práctica en la tarea y sin experiencia anterior del sonido que se aplique. Sin embargo, sería un tema de investigación dentro de los recursos de los modernos investigadores. Todo lo que puede decirse es que la mayoría de las investigaciones sobre el tema parecen haber adoptado ruidos que podrían ser descritos como molestos, a la vista de lo que se dice en la sección sobre ese asunto. Así, bocinas de automóvil, campanas, timbres y sonidos pulsantes parecidos figuran en primer lugar, mientras que sonidos significativos de bastante baja intensidad son también especialmente causantes del efecto. Quizá una razón de este abandono del tema es que este efecto del ruido sobre el rendimiento es probablemente de poca importancia práctica. La mayoría de las situaciones industriales y militares incluyen tareas que están hasta cierto punto practicadas y ruidos que son en gran medida familiares. Que un sujeto experimental, enfrentado con una tarea completamente nueva, pueda mostrar unos segundos de retraso cuando empieza a un ruido no usual, es de poca importancia para estas situaciones prácticas; así, los intereses de las investigaciones más recientes han estado dirigidos más bien hacia los efectos que duran, al menos, unos minutos. El efecto pasajero del ruido se comprende que pueda ser importante para alguien a quien conciernen las condiciones de trabajo de hombres que solucionen problemas nuevos y no familiares, si los ruidos a los que es posible que estén expuestos son también muy cambiantes y no familiares. Incluso entonces, el efecto parece, según los informes existentes, ser sólo cosa de unos segundos de retraso en la solución, más que un fracaso en alcanzarla; y en ese trabajo un retraso de segundos no se considera habitualmente importante. Más aún, pocos in.dividuos se hallan normalmente afectados por una situación de este tipo y, además, puede que los individuos sean resistentes a los efectos del ruido. Otro posible campo en el que el efecto puede ser observado es en la vida doméstica, ya que las diversiones incluyen frecuentemente nuevas y variadas situaciones. Los ruidos que se encuentran en tales circunstancias serán también variables, pudiendo ser la radio de un vecino en una ocasión, el sonido de un vehículo ruidoso

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un poco más tarde, un avión luego, etc. La interferencia producida en las actividades de recreo puede ser detectable y, de esta forma, contribuir indirectamente a la molestia y las quejas. Pero estas situaciones son algo especiales y su importancia práctica es muy dudosa. Si los efectos de los ruidos sobre el rendimiento consisten sólo en el breve efecto de distracción en su comienzo, hay pocos motivos para una reducción a gran escala del ruido con la esperanza de mejorar el rendimiento. Funciones sensoriales y motoras que se sabe son afectadas por el ruido

Una vez que el efecto inicial de un ruido ha desaparecido, hay numerosos procesos que no muestran ningún efecto. Estos procesos son concretamente los sensoriales y motores, pero la situación es más complicada en tareas que incluyen una coordinación sensorio-motora, una ejecución prolongada y, en general, tareas del tipo de las que se podría decir que hacen más mental el trabajo. Se simplificarán las cosas si consideramos estas tareas complejas separadamente en la siguiente sección; es importante el hecho de que exista acuerdo en que procesos más sencillos no son afectados. A continuación vamos a considerar las funciones concretas que se han examinado. Una de las primeras funciones que deben ser mencionadas es el tiempo de reacción. Si se le dice a un sujeto que apriete un botón lo antes posible cuando sea una señal visual y se le da una señal de aviso, claramente y sin error posible, un segundo o dos antes de la señal principal, el tiempo que le toma reaccionar a la señal principal no es afectado por el hecho de que haya estado expuesto al ruido durante algún tiempo. Este hecho fue uno de los primeros en descubrirse, ya que el tiempo de reacción fue una de las primeras mediciones que desarrollaron los sicólogos; aunque sea un tipo de medida interesante en otros sentidos, muestra, sin embargo, muy rara vez los efectos de las malas condiciones de trabajo, y el ruido no es una excepción a este respecto. Los primeros investigadores mostraron el efecto normal del comienzo de un ruido no familiar y también mostraron las diferenicas individuales, como el que algunas personas podían seguir siendo molestadas por más tiempo que otras. De hecho, algunas personas parecen mejorar su rendimiento con el ruido. Por regla general, con un ruido que ha estado presente durante algún tiempo, un grupo de personas dará el mismo tiempo de reacción que daría en condiciones de silencio que hubieran sido mantenidas algún tiempo.13 Estudios más recientes han confirmado el hallazgo utilizando métodos más modernos. De esta forma, en una investigación en que un ruido de avión simulado con un nivel de 115 db se comparó con otro de 90 db, no se encontró diferencia en la reacción selectiva.51 (Una reacción selectiva es aquella en la que son posibles varias señales diferentes, en este caso cuatro, y se proporcionan varias llaves de respuesta, de forma que la respuesta se determina por la señal particular.) Igualmente, con un tiempo de reacción simple utilizando una señal y una llave, un grupo de cinco sujetos, que trabajaban al lado de un motor de propulsión a chorro con un nivel de ruido aproximado de 130 db, apenas

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mostró una ligera mejora en el tiempo de reacción cuando llevaban auriculares protectores.52 Otra función que se probó en un campo de ruido de 115 db, contrastado con otro de 90 db, era la capacidad para calcular distancias. Se pidió a los sujetos que ajustaran la distancia de un alambre movible para igualarla a la de un alambre de comparación y su exactitud fue tan grande con el ruido fuerte como con el más débil. Otras dos funciones visuales que se compararon en los campos de ruido de 115 db Y 90 db fueron la visión en la oscuridad y la perspectiva reversible. En las pruebas de visión en la oscuridad el sujeto adapta sus ojos a la oscuridad durante 20 min y luego observa un campo visual de prueba, en el que se presenta una luz cada vez que pulsa un botón. La intensidad de la luz presentada es aumentada por el experimentador hasta que el sujeto pueda verla. La intensidad a la que esto ocurre da una medida de sensibilidad del ojo respecto a una iluminación muy débil. Se encontró que esta sensibilidad era menor con ruido, pero en tan pequeña proporción que no carecía de significación. Una investigación ulterior mostró una diferencia irrelevante parecida. Aunque puede que la visión en la oscuridad sea ligeramente afectada por el ruido, no parece que sea muy mermada, y los resultados pueden ser debidos a alguna causa que no se entiende. Por ejemplo, el umbral de sensación también cambia desde el principio al final de una semana, sin razón aparente. En las pruebas de perspectiva reversible el sujeto mira una figura ambigua. Un dibujo en perspectiva de un cubo, por ejemplo, puede ser visto según dos orientaciones diferentes. Si se mira la figura continuamente durante algún tiempo, cambiará espontáneamente de una orientación a otra. La rapidez del cambio se ha presentado algunas veces como una medida de la «fatiga», pero resultó ser tan variable en este experimento, que no se pudo detectar ningún efecto del ruido. Otra investigación, semejante a las que acaban de ser consideradas, es un estudio del umbral de contraste visual. 53 En este tipo de prueba, el sujeto observa un campo iluminado y tiene que detectar una mancha brillante que aparece en él. La técnica adoptada en este estudio fue presentar la luz de prueba con varias iluminaciones, teniendo el sujeto que manifestar su presencia apretando un gatillo. El contraste de brillo mínimo entre luz y sus alrededores, necesario para que el sujeto viera la luz, no fue afectado por un ruido grabado de tanques con un nivel de 90 db en contraste con 45 db.

Funciones motoras. Se han comparado pruebas de oscilación del cuerpo en campos de ruido de 115 y 90 db. 51 Este tipo de medida se obtiene pidiendo al sujeto que permanezca de pie, con un aparato adosado a él, que mide el total de lo que oscila hacia adelante y hacia atrás, o de un lado a otro, durante un período de 30 seg. Hasta donde se llevó esta investigación, no se encontró ningún efecto del ruido sobre esta función. Otra medición de tipo parecido fue la firmeza del pulso de los sujetos. Aquí, se pidió a cada individuo que sostuviera una aguja en un agujero sin hacer contacto con los lados del mismo. No se acentuó la tendencia a tocar las paredes del agujero al aumentar el nivel de ruido. Si acaso, el efecto fue en el sentido opuesto, lo que quizá 314

podría significar que los sujetos estaban siendo aislados de ruidos molestos más débiles por el intenso y continuo. Sin embargo, el efecto no fue estadísticamente relevante. También se probaron las funciones motoras relacionadas con los ojos, especialmente la velocidad con que se podían mover los ojos a un ángulo concreto y la velocidad con la que se podía cambiar el enfoque de un objeto cercano a otro distante y viceversa. La primera parecía mostrar un efecto definido en algunos sujetos, pero había diferencias individuales y el efecto era ligero y no continuo. La segunda investigación chocó con dificultades considerables a causa de los cambios ocasionales, que ocasionaban una aparente reducción en la velocidad de acomodación del enfoque con ruido. Los relés utilizados para el aparato daban pistas al sujeto con el ruido de menor nivel y tuvieron que ser trasladados a otra habitación. Aunque esto redujo el efecto aparente del ruido, no lo hizo desaparecer, pero en un sujeto todavía parecía haber un efecto cuando llevaba tapones en los oídos. El efecto podría ser debido en consecuencia a la vibración de los ojos o de alguna parte del equipo a causa del campo sonoro. El efecto sobre la visión de intensidades muy altas se ha apuntado en la sección sobre condiciones fisiológicas. Aunque algunas de estas funciones podrían, por tanto, mostrar un efecto del ruido si la investigación progresase en dicho campo, es poco probable que el efecto sea lo suficiente grande para resultar de importancia práctica. Otra prueba del tipo motor que se usó para comparar estos dos niveles de ruido puede ser incluida aquí, aunque se argüirá que se trataba de un tipo de tarea más complejo que la simplemente motora. Es ésta una prueba sobre la capaicdad de seguir un pequeño disco en un plato de fonógrafo que gira. Se le da al sujeto una aguja que tiene que mantener sobre el disco tanto tiempo como pueda. Es una tarea que se ha utilizado en muchos estudios de destreza de ejecución; la razón de incluirla en la sección de tareas motoras es que el movimiento del disco que actúa como blanco es completamente predecible. Para un sujeto con práctica, como eran éstos, cualquier dificultad en la tarea es causada por fallos en mantener una serie completamente repetitiva de movimientos con su mano. Cualquier desviación será naturalmente captada por los sentidos y requerirá un movimiento corrector de los músculos, pero esto pasa también con la firmeza del pulso o la oscilación del cuerpo. Algunos sicólogos dirán que pruebas de este tipo deben ser separadas de tareas en las que la información se transmite al hombre, presentándole una serie de señales diferentes, para cada una de las cuales hay una respuesta diferente. Mientras estas tareas se realizan, existe, sin duda, una realimentación de la información, que se transfiere desde los sentidos en la medida en que la respuesta motora está en concordancia con las intenciones del operador, pero, además, está la información sobre las señales que están presentes en base a la tarea y no en base a la acción del operador. Estas tareas parecen, por tanto, ocasionar una mayor exigencia del eslabón de unión humano en el sistema. De cualquier forma, la capacidad de ejecutar la prueba de persecución rotativa, como se la llama, fue mantenida lo mismo con el nivel alto de ruido que con el bajo. Un último ejemplo de prueba motora se puede tomar

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de la investigación que utilizaba ruido de motor de aVlOn con tapones de oídos. 52 En este caso, se emplearon dos dinamómetros manuales y se le pidió al sujeto que apretara con las dos manos todo lo que pudiera. Cuatro sujetos mostraron algún cambio con el ruido, aunque, si acaso, su ejecución mejoró en la mano derecha y empeoró en la izquierda. A partir de las pruebas expuestas se puede ver que los órganos sensoriales y los músculos de un ser humano no se desorganizan completamente por la presencia de un campo sonoro interno. Cualquiera de los efectos que han sido encontrados son muy poco fiables y pueden ser debidos a una inesperada particularidad de las condiciones experimentales. Cualquier baja en el rendimiento de tareas más complicadas debida al ruido, no se debe a fallos de los eslabones de unión más simple del sistema nervioso. Resumiendo, la mayoría de las pruebas de funciones sensoriales indicadas provocaban un estímulo en un momento en que era claramente esperado por el sujeto, o incluso estaba bajo su control. Había normalmente tiempos intermedios entre cada presentación de estímulo, de forma que la tarea no era realmente continua. En tales circunstancias no hay duda que los sentidos pueden funcionar tan eficientemente con ruido como en silencio. Igualmente, las tareas en que los movimientos requeridos son meramente repetitivos, y no se transmite información a través del hombre, no muestran deterioro. Una gran cantidad de las tareas realizadas en sitios ruidosos son de este tipo: así, puede que un hombre tenga que entrar en un taller de motores con ruido para apuntar lecturas de contadores, o para apretar algunas tuercas. No hay razón para suponer que su eficiencia será menor por el ruido. Tareas complejas y ruidos familiares

La cuestión que se va a considerar en la presente seCClOn es la más discutida de todo el tema general del rendimiento y el ruido. Si tomamos tareas complejas, en lugar de sencillas pruebas de la función sensorial o motora, las hacemos practicar a un nivel suficiente para permitir un rendimiento estable y exponemos al operario a un sonido que permanece presente durante algún tiempo, ¿obtendremos una baja del rendimiento? Numerosos estudios no han logrado mostrar ningún efecto en tales circunstancias. Sin embargo, estas condiciones son evidentemente de la mayor importancia económica, comparadas con el efecto inicial del ruido y la ausencia de efecto sobre las funciones sensoriales simples. No hay todavía un acuerdo generalizado acerca de las razones para los resultados positivos de algunas investigaciones sobre los efectos del ruido y el fracaso en ese sentido de otras. Sí existe una posible interpretación de los datos, pero no se puede decir que sea universalmente aceptada. En consecuencia, el método de presentación que adoptaremos será delinear en lo posible los resultados conocidos en esta sección y dar en la siguiente una interpretación de estos resultados. Esto significará de alguna forma que la presente sección será un catálogo de datos, pero evitará el peligro de una presentación demasiado selectiva de los resultados basada en una teoría dudosa.

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Los que prefieran asimilar los datos a la estructura de una teoría general pueden consultar la siguiente sección antes de examinar la presente. Tareas intelectuales. La clasificación de los resultados no es fácil. En general, los investigadores han tendido a usar las mismas condiciones para su «ruido» y su «silencio»» y a modificar sus tareas. Por tanto, será más fácil, para evitar repeticiones, si se considera a los investigadores en un orden más o menos histórico, antes que intentar clasificar las tareas en que se han encontrado o no efectos. Cuando sea conveniente, sin embargo, se emparejarán los resultados de tipos semejantes de tarea. Los primeros investigadores, por ejemplo, tendían a usar tipos bastante intelectuales de trabajo, en los que debía ser resuelta una serie de problemas, siendo el tiempo empleado y los errores lo que se computaba. Dos tareas de este tipo se describen en una sección anterior, ya que mostraban efectos al comienzo del ruido. 46 ,47 Era una tarea de sumar dígitos, que tenían que ser encontrados entre letras, y otra de realizar dos operaciones con clave según la letra presentada. Ninguno de los dos estudios mostró diferencias causadas por el ruido al final del período de trabajo, cuando el efecto inicial había desaparecido. Otra investigación usó problemas aritméticos, con grabaciones de ruidos reales de calle y oficina como condición acústica, en lugar de la bobina de automóvil del primer experimento y de los timbres y campanillas del segundo. Estas grabaciones se reproducían a un nivel sonoro que puede parecer ahora bastante bajo, siendo las cifras más altas de sólo 65 db para el ruido de oficina y de 75 db para el de calle. De nuevo, no apareció ningún efecto perjudicial cuando el sonido y la tarea se volvieron familiares.27 Debe observarse que estos experimentos, aunque repetidos en días sucesivos en algunos casos, se desarrollaron en períodos de trabajo de sólo 10 min, aproximadamente. Otro experimento similar empleó un ruido mecánico y música como condiciones acústicas, con pruebas de cancelación, adición y transcripción como tareas. Nuevamente hubo muy poca evidencia de que hubiese cambios en el rendimiento una vez que el ruido se hizo familiar. 54 Desviándonos ligeramente de un estricto orden cronológico, dos estudios recientes que utilizaban técnicas modernas confirman las líneas generales de estas primeras investigaciones. En un caso se pidió a los sujetos que realizaran tres pruebas propias de una oficina: una era de adiciones, requiriendo cada problema la suma de nueve números de cinco cifras. 55 La segunda prueba era de vocabulario, teniendo el sujeto que elegir de entre cuatro palabras un sinónimo para una palabra dada. La tercera era sobre comparación de números. Se daban parejas de números de cinco cifras y el sujeto debía detectar las parejas que no eran iguales. Naturalmente, cada prueba consistía en una serie de problemas semejantes y había preparados grupos equivalentes de problemas para usar en condiciones acústicas diferentes. El sonido utilizado era ruido grabado de máquinas de oficina y se presentó en los cuatro saltos de 10 db que van desde 65 db a 95 db, inclusive, siendo las otras dos condiciones empleadas la ausencia de ruido y un ruido de máquinas cuyo nivel sonoro variaba al azar de 65 db a 95 db durante el tiempo de prueba. La prueba de las adiciones llevó 5 min, la prueba de vocabulario 1-} min y la de comparación de números 3 mino En ningún caso hubo 317

diferencia significativa entre los distintos niveles de ruido y el porcentaje de errores. La velocidad y la exactitud no se apuntaron separadamente, quizá porque no mostraron nada interesante. La tarea más larga, la prueba de adiciones, mostró una tendencia uniforme según se aumentaba la intensidad del ruido. El porcentaje de respuestas correctas disminuyó con cada incremento en el nivel del ruido, correspondiendo la mayor disminución a los niveles más altos. Pero, como en otros casos, de forma no significativa. En otra investigación reciente se utilizaron ráfagas intermitentes de un generador de ruido con niveles acústicos de 10 db, durante la ejecución de una prueba de oficina y una prueba de láminas. 56 Las ráfagas de sonido variaban de 10 a 50 seg de duración y estaban presentes durante la mitad del tiempo de realización de la prueba. La prueba de oficina consistía en dos subpruebas, cada una de 7 min, una del tipo de comparación de números, mencionado últimamente, y la otra de tipo semejante, pero utilizando parejas de nombres en lugar de parejas de números. La prueba de láminas duró 14 min y requería que el sujeto identificase el resultado final de unir un grupo dado de figuras planas. Se emplearon dos grupos de sujetos; de forma que se dieron los mismos problemas con ruido y en silencio. En las tres pruebas se intentaron más problemas en presencia del ruido, pero' aumentó el número de resultados incorrectos. Sin embargo, la relevancia estadística de los resultados es dudosa, ya que de las doce diferencias examinadas sólo dos eran significativas. Una de éstas era el porcentaje de respuestas correctas en la comparación de nombres, que, naturalmente, eran menos frecuentes con ruido, mientras que la otra comparación era el número de intentos en la prueba de láminas. Este último resultado era más alto con ruido. Siempre queda alguna duda concerniente a la validez de pruebas estadísticas con uno o dos resultados elegidos de un gran número de posibilidades. La crítica que se expone es, en efecto, que si nos repartimos un número suficiente de bazas, tarde o temprano nos vendrá una con la que ganar. Sin embargo, el grado de significación en este caso es bastante alto y los resultados pueden ser correctos; pero, como dice el autor, no son importantes desde un punto de vista práctico. Estos estudios, y otros que utilizan parecido tipo de problemas,57.58.59 sugieren que el trabajo de papel y lápiz de esta clase no es probable que muestre efectos del ruido. Si acaso, parece haber una tendencia a trabajar más deprisa en líneas generales. Puede haber también un aumento poco importante en el número de errores; ambos hallazgos son muy pequeños, pero aparecen repetidamente en una serie de experimentos y pueden, por tanto, aceptarse como posibles efectos del ruido. Hallazgos semejantes aparecen también en ciertos estudios que utilizan períodos de trabajo más largos y tareas menos del tipo problema-a-problema. Por ejemplo, se pidió a dos grupos de estudiantes que leyeran un capítulo de un libro de texto, mientras que a uno de los grupos se le presentaba música grabada. 60 Este grupo leyó un poco más en media hora que el grupo en silencio, aunque no a un nivel significativo; sin embargo, sí lo hicieron significativamente peor en una prueba de comprensión. En otra investigación, seis sujetos realizaron una serie de tareas diferentes en una serie de condiciones diferentes de temperatura y ruido. 61 Las tareas

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incluían pruebas de comparaClOn de números del tipo ya mencionado varias veces, hallar lugares concretos en una red de filas y columnas, resolución visual de laberintos, trazar formas circulares por medio de dos controles como en un torno, y poner en clave, utilizando una máquina de escribir que presentaba el siguiente signo a ser cifrado tan pronto como se había operado con el anterior. El ruido era el de un ventilador eléctrico y fue administrado a un nivel de 70, 80 Y 90 db. El período de trabajo fue de 4 h, aunque no se ejecutó la misma tarea durante todo ese rato. No obstante, las tareas duraban media hora por lo menos cada una y estaban, por tanto, más próximas a muchas situaciones prácticas que el tipo de pruebas antes citado. De nuevo, no hubo descenso en la velocidad de trabajo con los niveles de ruido más altos: en las tareas de multiplicación y control de números la velocidad fue bastante mayor con un nivel de 90 db que con otro de 70 db. También aparece un incremento de los errores en las tareas de multiplicación mental y del torno, siendo significativo en ambos casos. Por otra parte, la tarea de las localizaciones mostró significativamente menos errores con el nivel mayor de ruido. Es difícil decidir por qué esa tarea, precisamente, difiere de las otras, aunque se podría argüir que la tarea de localización se acerca más al sencillo tipo de experimento de función sensorial, en que el sujeto sabe exactamente cuándo debe buscar la señal particular que se le pide distinguir.

Tareas sensorio-motoras. La tarea del torno, ya descrita, es una tarea sensorio-motora, más que intelectual. Existen algunos estudios antiguos, que incluyen la mecanografía y el golpear con un punzón pequeños agujeros que sirven de blanco sobre una cinta rodante, pero están expuestos a objeciones basadas en una téncica experimental pobre. Entre los estudios más recientes, hay un experimento sobre la exactitud en seguir trayectorias y en la medida estereoscópica de alcances con un sistema de control de tiro. En este caso, el tiempo de trabajo era muy largo, comparado con el de pruebas anteriores: 4 h para una sola tarea. Ruidos muy intensos con niveles de sonido de hasta 120 o 130 db, se introdujeron por períodos de 2 min en algunos casos y 3 min en otros. No se halló un deterioro importante en la ejecución por ninguna de las condiciones ruidosas. Cuando se introdujeron en el medio y al final del tiempo de ejecución de la tarea, hubo de hecho una mejora. 62 Esta mejora puede ser comparada con la ocasionada por períodos de música cortos en las fábricas durante la jornada de trabajo. Parece funcionar como un estímulo en el sentido corriente del término, rompiendo la monotonía y manteniendo un alto nivel de rendimiento. Otras tareas sensorio-motoras fueron estudiadas en una investigación que comparaba ruido de aviones de 115 db Y de 90 db. 51 Aparte de las pruebas sobre funciones visuales y motoras antes mencionadas, se emplearon tareas como cifrar material escrito y clasificar 12 tarjetas en 12 compartimentos. Ninguna mostró diferencia entre los dos niveles de ruidos. Otra tarea que dio resultados negativos fue la de seguimiento compensatorio utilizando controles de avión. (Seguimiento compensatorio es la tarea que consiste en mantener un indicador, en este caso el punto de incidencia de un oscilógrafo de rayos catódicos y, también, una aguja de galvanómetro, en un punto concreto, mientras per319

turbaciones exteriores tienden a moverlo.) Una tarea bastante parecida de la misma investigación fue usar controles de avión para mover un punto luminoso a lo largo de una pista determinada. En este caso, el ritmo de trabajo lo establecía el mismo operador y el tiempo que llevaba completar una serie dada de operaciones podría ser tomado en cuenta, al igual que el número de fallos en mantener la luz en la línea. Esta prueba parecía mostrar diferencia entre los dos niveles de ruido, tanto en la velocidad como en los errores. Durante todo este experimento, los cinco sujetos trabajaron jornadas de 7 h, manteniéndose constante el nivel sonoro durante todo el día. No trabajaron, sin embargo, en ninguna tarea durante mucho tiempo. Se rebajaba el tiempo de cada tarea a 15 min, para mantener constante la motivación. Cada sujeto pasaba una sesión de 15 min en cada una de las cinco tareas, descansaba un rato y realizaba de nuevo las cinco tareas. Cinco períodos como éste ocupaban todo el día. La serie de días con ruido alto y débil se equilibró, y en total se usaron 16 días. Todos los sujetos tenían práctica en las tareas antes de realizarse el experimento. La discrepancia entre las dos tareas, que consistían en el uso cooordinado de controles de avión, fue la que directamente provocó la escéptica consideración anterior para presentar los efectos sobre una tarea. Una posible explicación es que este efecto sea marginal. Una prueba sobre la velocidad de acomodación de los ojos mostró un cambio con un incremento del nivel de ruido, que resultó más tarde ser en parte debido a indicaciones proporcionadas al sujeto por relés en el aparato. 51 Había también relés en el aparato conectado a la tarea con controles de avión. Es posible, por tanto, que se pueda presentar una explicación semejante, aunque no parece haberse realizado ningún experimento similar que demostrara el efecto de los relés. A la vista de los resultados, marcadamente negativos, de la mayoría de las otras pruebas usadas en esta investigación, esta explicación (la de que los resultados son marginales debido a indicaciones auditivas) ha sido generalmente aceptada. Hay una pequeña dificultad, sin embargo, y es que la diferencia tanto en el tiempo por prueba como en los errores es mucho mayor en el último período del día que en el primero. De hecho, para el primer período los días en silencio muestran más errores que aquellos con ruido, aunque las curvas se crucen poco después. Se puede concebir que las indicaciones sonoras muy débiles del aparato podrían volverse útiles sólo después de un período de reaprendizaje todos los días, pero esta explicación parece bastante forzada. Otra explicación es que la tarea que era afectada por el ruido tenía controlado el ritmo de trabajo, ejecutándola los sujetos al límite de su capacidad en silencio, de forma que eran perturbados por el ruido. La otra tarea requería respuesta sólo cuando la máquina lo exigiera y se reconoció que era una tarea más sencilla. Cualquiera que sea la explicación, el resultado es claramente ambiguo; de cualquier forma, los cambios en la velocidad y en la exactitud son sólo del 5 por 100 y, en consecuencia, de muy poca importancia práctica. Un resultado igualmente ambiguo se obtuvo en una prueba de coordinación en la que se apartaba la mano de un botón (de esta forma se echaba a andar un reloj), se quitaba un lápiz de un agujero, se insertaba en otro y de nuevo 320

se pulsaba el botón para detener el reloj. Con dos grupos de sujetos, esta tarea mostró un retraso de un poco más del 5 por 100 con un ruido de motor de reacción, en comparación con las condiciones no ruidosas.52 Desgraciadamente, mientras que en el primer grupo de tres sujetos todos ellos mostraron un efecto, en el segundo, de cinco, dos no lo mostraron. La prueba con el segundo grupo se realizó en condiciones ligeramente diferentes y ya había estado expuesto a un ruido similar accidentalmente un poco antes de que se dieran las instrucciones y del primer período de control en silencio. En consecuencia, este resultado no es válido estadísticamente, y sólo es sugerente. De cualquier forma, como los sujetos no estaban acostumbrados al ruido, el resultado puede ser análogo a la respuesta por sobresalto expuesto en una sección anterior. La mayoría de los entendidos coinciden en que un ruido no familiar perjudica una tarea delicada, pero que esto no significa que un ruido familiar haga lo mismo.

Vigilancia visual y trabajo continuo. Aparecen conclusiones más positivas en el siguiente experimento a considerar, que comparaba los efectos de dos ruidos con niveles de sonido de 70 y 100 db.63 Se utilizaron tres tareas de una clase particularmente sensible al efecto de otros tipos de tensi6n. Dos de las tareas exigían del sujeto que vigilara un conjunto de signos visuales, controles de presi6n de vapor en un caso y lámparas indicadoras en el otro, a la espera de señales extrañas a partir de las cuales se debía emprender una acción. La tarea en cada caso dur6 1! h, Y s6lo se proporcionaron 15 señales en ese tiempo. Los controles de presi6n de vapor eran considerablemente más difíciles de leer, y un grupo de 10 sujetos mostr6 por término medio una mejor ejecuci6n en los días con silencio que en los días con ruido. La proporción de señales detectadas en menos de 10 seg baj6 más del 30 por 100 con el nivel más alto de ruido. Sin embargo, en la tarea más fácil, un grupo de 20 sujetos no mostr6 ningún efecto del ruido. Había diferencias individuales aparentes en este grupo. Había también cambios significativos en el modo de ejecuci6n con ruido, mostrando el centro del conjunto de lámparas un deterioro que no era compartido por los extremos de la fila de luces; y hubo una tendencia significativa de las señales no percibidas a agruparse más que esparcirse al azar durante el período de trabajo. Un análisis detallado de la relación del rendimiento con el tiempo mostr6 también que con ruido la realización empezaba peor que en silencio, luego mejoraba ligeramente y más tarde se deterioraba. Los niveles iniciales de este proceso se parecen a los que frecuentemente se encuentran en otros experimentos descritos en la última sección. Pero el deterioro final es menos común y sugirió al autor que algunos sujetos estaban haciendo un esfuerzo con el ruido que no podían mantener. El descenso relativo del primer día de ruido al segundo fue estadísticamente significativo, aunque la diferencia entre el segundo día con ruido y el segundo día en silencio no era significativa. La tercera tarea utilizada en esta investigación era una de reacciones en serie, en que el sujeto se hallaba enfrente de cinco luces y cinco contactos.64 Cuando una luz determinada se encendía, se debía tocar un contacto determinado; tan pronto como se obtenía una respuesta, otra luz se encendía, y así continuaba sin interrupción. Se empleó 321 21

un período de trabajo de -} h para este trabajo y se anotó el número de respuestas correctas, el de respuestas incorrectas y el número de intervalos de l-} seg (en algunos experimentos, 2 seg), durante los cuales no se dio ninguna respuesta. Se sabe desde hace mucho tiempo que, en tareas de este tipo, la media de respuestas correctas no desciende por una realización prolongada hasta que no se han desarrollado períodos de trabajo muy largos. Pero mucho más temprano, sólo después de 10 a 20 min de trabajo, el flujo de respuestas comienza a mostrar interrupciones momentáneas. En sujetos sin práctica, esto puede tomar la forma de «bloques», es decir, intervalos sin respuesta; 65 en sujetos con más práctica, en su lugar aparecen errores (un error es naturalmente no una respuesta mal coordinada, sino una respuesta incorrectamente elegida. Es decir, se golpea uno de los contactos, pero no el contacto que corresponde a la señal luminosa). Como los experimentos incluían a sujetos con práctica, los errores fueron más importantes que los bloqueos. Un ruido con un nivel de sonido de 100 db producía considerablemente más errores que. las condiciones de silencio. Los bloques aumentaban, pero no significativamente, y la producción de respuestas correctas disminuía, aunque muy ligeramente, y no significativamente; las variaciones individuales eran mucho más acusadas' en el último registro (el número de respuestas correctas) que en los otros; ya que unos sujetos trabajaban más deprisa y otros más despacio. El efecto sobre la exactitud fue sustancial, siendo del orden del 50 por 100. El resultado se obtuvo en tres experimentos con grupos distintos de sujetos; de forma que parece bien planteado. Con el primer grupo de 18 sujetos se obtuvo una simple comparación entre las dos condiciones; al segundo grupo de 14 sujetos se le informó de antemano que se esperaba que el ruido mejorara su rendimiento y al tercer grupo de 40 sujetos, al que se dividió en subgrupos, se le utilizó para comparar los efectos de diferentes tipos de ruido. Un resultado de este último grupo se mencionará de nuevo al final de la sección; en este caso, con el ruido peor se logró producir el 100 por 100 más de errores que con el mejor. Para contemplar estas cifras desde una perspectiva adecuada, debe considerarse que los sujetos estaban dando, en las peores condiciones, alrededor de 2000 respuestas correctas por cada 50 errores. Al igual que en la tarea de vigilar lámparas indicadoras, se encontró que la ventaja para las condiciones de silencio aumentaba a medida que el período de trabajo también aumentaba. Los primeros 5 min de la tarea habrían mostrado una ventaja para las condiciones de ruido. El resultado de esta investigación es claramente más positivo que el obtenido en otros experimentos. Antes de considerar las razones de esto, deberíamos señalar otros experimentos de diferentes procedencias que confirman los resultados generales. Primero, se mencionó en la sección anterior que una investigación sobre el umbral de contraste visual había mostrado que una diferencia igual de pequeña de brillo podía ser vista tanto con un nivel sonoro de 90 db como con uno de 45 db. Los investigadores habían anotado no sólo el nivel de brillo de una luz que se detectaba, sino también el tiempo de reacción entre la aparición de cada luz y la respuesta del sujeto a ella. Con ruido, este tiempo era más largo, excepto para el estímulo más débil. El cam322

bio del tiempo de reaCClOn es muy significativo. El método de presentación de la tarea en este caso fue algo diferente del de muchas pruebas de función sensorial. Se pidió al sujeto que observara el campo de visión a través de un telescopio, durante 12-~- min cada vez. La aparición de cada estímulo de prueba era señalada por una luz en su ojo izquierdo un poco antes de la muestra del estímulo. Se especifica que la luz era pequeña y roja, y podía resultar desapercibida. Cualquier retraso en observarla sería, naturalmente, reflejado en un largo tiempo de reacción al estímulo principal. Después de cada período de trabajo de 12-} min, se hacía un descanso de 2-} min y luego se empezaba otro período hasta un total de 2 h. Esta es una prueba algo prolongada que se ocupa de la detección de señales en momentos menos determinados que en una prueba como la de visión oscura, descrita en la sección anterior, en la que el sujeto presentaba él mismo el estímulo. Se relaciona muy directamente con las tareas de observar contadores y luces, y la semejanza de los resultados añade confianza a la aceptación de éstos. El único punto posible de discrepancia es sobre el efecto del tiempo en la reacción con ruidos. Los autores de la investigación del umbral de contraste dicen que no tienen pruebas de un aumento del efecto del ruido con el tiempo; aunque, como se ve en la figura 10.5, la diferencia en los tiempos de reacción fue mayor al final

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2.0

EL INICIO DE LA SESION EN HORAS

FIG. 10.5.

Tiempo de reacción a una débil señal visual ocasional con dos niveles de ruido. (A partir de los datos de Broussard y otros.s3)

del período de trabajo, el efecto no era estadísticamente significativo y podría haber sido debido al azar. Pero desde que se hizo esta investigación, han aparecido nuevas técnicas estadísticas; los datos del experimento del um6ral de contraste se han vuelto a computar por el autor y presentan una relación altamente significativa con el paso del tiempo con ruido. La concordancia con el experimento de vigilancia de manómetros y luces permanece así válida. Una última evidencia, que confirma la conclusión de que la búsqueda continua de estímulos visuales puede producir reacciones lentas con ruido, la presenta una reciente prueba visual. En ésta se pedía al sujeto que detectara ciertos dibujos entre una mezcolanza de líneas, lo que requería una 323

gran atención. Se presentaban una serie de dibujos y se tomaba como control el tiempo que tomaba realizar la tarea. Se encontró un empeoramiento estadísticamente significativo cuando esta prueba se presentaba en un entorno ruidoso, en contraste con uno tranquilo. 68 En este caso, el ruido era el que normalmente producía un generador en una fábrica, comparado con condiciones normales de silencio. Se realizó la prueba dentro de una cabina con iluminación controlada, de forma que las restantes condiciones aparte del ruido fueran constantes. Relacionando estas tres investigaciones, parece que una tarea que implique una continua búsqueda visual, en oposición a la de detectar señales en un momento determinado con intervalos de descanso entre cada señal, puede mostrar un rendimiento bajo. La magnitud del efecto no debe ser sobreestimada; en la última investigación citada, el incremento del tiempo empleado en realizar una prueba, que duraba casi 1 min, fue sólo de 3 sega En la investigación sobre el umbral de contraste, el incremento del tiempo de reacción fue sólo de una pequeña fracción de segundo; y en la vigilancia de válvulas y lámparas indicadoras, aunque había una gran variación en la proporción de las señales vistas en 10 seg, un criterio menos severo con respecto al tiempo habría mostrado una diferencia más pequeña. Probablemente el efecto es de importancia práctica sólo en los casos donde se necesite una extrema rapidez, como, por ejemplo, en la detección de señales que indiquen el desarrollo de fallos importantes y peligrosos en una máquina, o en la inspección de objetos que pasan sobre una cinta transmisora y que estarán presentes sólo por un tiempo limitado. Otro estudio es parecido, en cuanto a la tarea utilizada, al de la reacción a cinco elecciones en serie, que se mencionó anteriormente. La tarea no permitía intervalos de descanso. Además, mostraba que cuando el trabajador establecía su propio ritmo de trabajo, el ritmo se hacía más variable hacia el final de una sesión, especialmente con ruido. Esto significa que el efecto sería más importante en una tarea en la que el trabajador no pudiera fijar su propio ritmo de trabajo, sino que tuviera que ajustarse al de una máquina. Cualquier señal que requiriera una respuesta y llegase en un momento de bajo rendimiento, no podría ser atendida, mientras que en los momentos de rendimiento alto el trabajador no podría aumentar el ritmo de trabajo para compensar. Este efecto, más perjudicial sobre una tarea con un ritmo fijo de trabajo en oposición a otra en la que éste pueda variar, quedó demostrado en cuanto al efecto del trabajo prolongado, aunque no en cuanto al ruido. La tarea que va a ser descrita a continuación se parecía a la de las cinco elecciones en que requería una actividad continua, pero difería en otros aspectos, incluyendo el hecho de que su ritmo lo marcaba una máquina. Se le presentaban al sujeto tres luces, cada una de las cuales brillaba según un ritmo determinado. El ritmo de destello era diferente y formaba una secuencia complicada, de forma que el orden en que las luces se iluminaban no se repetía durante mucho tiempo. La luz más lenta se encendía nueve veces cada 2 min, mientras que la más rápida lo hacía diez veces en 1 mina Había un botón debajo de cada lámpara, que el sujeto debía pulsar cuando la lámpara correspondiente hubiera brillado un número determinado de veces. El número variaba de cuatro a

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diez, pero era constante para cada sesión. De esta forma, el trabajador tenía que llevar la cuenta de tres series distintas de cosas al mismo tiempo, sin intervalos en los que pudiera estar seguro de que nada ocurriría. Por regla general, una luz u otra se encendían cada 3 seg, pero la naturaleza impredecible del conjunto hacía difícil confiar en que no ocurriese algo en cualquier momento. Esta tarea se prolongaba durante 2 h, siendo probados dos grupos, a uno de los cuales se les exponía durante 1 h de sesión a un ruido con nivel sonoro de 110 db, mientras que el otro grupo estaba en relativo silencio. El número de errores aumentó según pasaba el tiempo, fue mayor en el grupo con ruido y se hizo mayor en el grupo con ruido en relación al grupo en silencio a medida que transcurría el tiempo de exposición al ruido. Estos resultados son muy parecidos a los de los errores en la tarea de reacciones en serie, que no tenía marcado el ritmo.69 Bastantes situaciones de la vida real, algo diferentes de las normalmente estudiadas en el laboratorio, son claramente paralelas a esta ingeniosa tarea de contar luces. En muchos casos, varias actividades diferentes deben ser realizadas mientras se alterna entre ellas, sin perder el hilo de ninguna. Un sencillo ejemplo es el de la cocina, en la que cosas diferentes con diferentes tiempos de condimento pueden ser atendidas simultáneamente. El tipo de memoria inmediata que implica esta tarea puede exigir unas funciones diferentes de las perceptivas, más elementales, que implicaban las otras tareas mencionadas en esta sección. Se reparó en que la luz que brillaba con el ritmo más lento y el número más grande de destellos necesarios antes de pulsar el botón, parecían ser más sensibles que las modificaciones de la tarea, que sólo necesitaban un lapso más corto de memoria; y esto indicó la posible importancia de las funciones de la memoria. Sin embargo, la distinción entre percepción y memoria inmediata es difícil de hacer en muchas situaciones prácticas, aunque su realidad pueda ser de gran importancia teórica. Este resultado, junto con los de la tarea de reacciones en serie, indica que los errores pueden aumentar rápidamente su frecuencia en una tarea prolongada que no permite un relajamiento de la atención. Resumiendo, no parece haber una clara distinción entre las tareas que muestran efectos del ruido y las que no los muestran. Las pruebas cortas de papel y lápiz parecen ser del todo insensibles al ruido, así como también las pruebas cortas de realización sensorio-motora. Cuando se toma el ritmo medio del trabajo a lo largo de un período adecuado, no existe una baja importante en el rendimiento y puede haber una mejora en casos especiales. Los errores, probablemente, muestran efectos, pero sólo serán importantes en las tareas en que los efectos del trabajo prolongado son también importantes; en conjunto, éstas parecen ser tareas que exigen una alerta continua, sin descanso, ni siquiera por unos segundos. La velocidad para responder a una señal visual ocasional puede, por otra parte, aminorarse, siempre que la medición se haga en condiciones prolongadas, con poca probabilidad de intervalos libres del riesgo de aparición de la señal. Una actividad prolongada, o una exposición prolongada al ruido, no implicaban, necesariamente, reducciones del rendi-

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miento. Una mayor clarificación de la diferencia entre las tareas que muestran efectos y las que no los muestran se encontrará en la siguiente sección. Los tipos de ruido que muestran los efectos más importantes no son fáciles de especificar, ya que muchas de las investigaciones no han logrado encontrar ningún efecto. Algunos resultados no publicados se muestran en la figura 10.6 referidos a los errores en la tarea de la reacción en serie. Se grabó ruido de maquinaria con un espectro para bandas de octava bastante liso, desde los 50 a los 5000 Hz, sin un carácter periódico acusado. Esta

,---------¡---------..,

100 ~ 75

a:: o a::

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50

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o 70

100 80 90 Nlva SONORO DE ALTA FRECUENCIA EN DB

FIG. 10.6. Representación gráfica de los errores cometidos en una determinada tarea con varios niveles de ruidos agudos y graves. (Broadbent, datos no publicados.)

grabaclón se utilizó como fuente de dos tipos de ruido, filtrando por encima y por debajo de los 2000 Hz. Se compararon los errores con ruidos de tono agudo y grave para tres niveles de sonidos diferentes. El efecto del ruido sobre los errores aparece sobre los 90 db Y parece ser más importante para el ruido agudo. La diferencia en los efectos de un ruido agudo o grave para los niveles bajos de sonido no es significativa. El resto de los informes no revela ningún experimento estadísticamente satisfactorio que muestre efectos del ruido con niveles sonoros inferiores a 90 db, aunque hay algunos que sí han mostrado efectos a este nivel. Esto no significa necesariamente que los niveles inferiores no perjudiquen el rendimiento, pero no hay pruebas concluyentes de que lo hagan. Uno de los experimentos, insatisfactorio desde un punto de vista moderno, empleaba sujetos durante períodos prolongados en una tarea, en la que se les exigía insertar un punzón en unos agujeros que aparecían sobre una cinta de papel en movimiento. 7o Esta es una tarea respecto a la cual los más recientes resultados sugieren que mostraría efectos del ruido, tal y como se expuso, y el primer estudio también encontró que los tonos agudos ocasionaban más errores que los de frecuencia más baja. Esta confirmación, estadísticamente insatisfactoria, de los efectos más perjudiciales de las altas frecuencias es todo lo que se puede encontrar en los informes sobre el tema. El mismo estudio encontró que el zumbido de un audiómetro influía más que cualquier tono puro, excepto las frecuencias más altas. Pero los sonidos parecen haber sido comparados a niveles iguales de sensación, es decir, a números iguales de decibelios por encima del umbral de sensación sonora. Esto puede querer decir que 326

el ruido de banda más ancha sonaba con más intensidad que los tonos puros con que se comparaba. El experimento más reciente utilizó niveles iguales de intensidad. Una regla general es que la reducción de las altas frecuencias es más importante que la de las bajas; si es posible, el nivel global del ruido debe mantenerse por debajo de los 90 db. Una interpretación de la naturaleza del comportamiento con el ruido

Los diferentes resultados expuestos en la sección anterior son aquí interpretados para presentar una panorámica de conjunto sobre el rendimiento humano en presencia del ruido. El modo más sencillo de presentar esta perspectiva de la destreza humana es considerando el fenómeno del parpadeo. Un parpadeo dura un tiempo preciso, y mientras que el ritmo del parpadeo puede ascender o disminuir dentro de unos amplios límites, el tiempo durante el que los ojos están cerrados para cada guiño es menos variable. Durante el período en que los ojos están cerrados no penetra ninguna información visual, claro está, al sistema nervioso; sin embargo, el rendimiento es sólo ligeramente afectado, si es que llega a serlo, por esta periódica interrupción de la información. Fácilmente se hallan las razones de esta ausencia de efecto. Si un nuevo objeto se presenta, el parpadeo puede ser temporalmente aplazado mientras se examina el objeto. Cuanto más prolongada sea la tarea visual, más probabilidades hay de que aparezcan parpadeos, pero por un corto tiempo al principio de la tarea pueden ser controlados. Además, cuando una serie de hechos ha ocurrido repetidas veces, existen otros dos mecanismos que permiten que el parpadeo tenga lugar sin perjudicar el rendimiento. Por una parte, cuando se conoce que la información que llega no estará presente durante un cierto tiempo, pueden realizarse varios parpadeos y, de esta forma, reducir la necesidad de parpadear más tarde, cuando es esperada una señal esencial. Por otra parte, si la serie de hechos es completamente predecible, de forma que se conocen todas sus fases a partir de la primera cuando ésta ocurra, entonces estos últimos hechos no proporcionan ninguna información y no tienen por qué ser observados para ser tratados adecuadamente. Algunos ejemplos concretos pueden hacer más inteligibles estos mecanismos. Un conductor muestra un bajo ritmo de parpadeo con mucho tráfico, del que espera recibir señales decisivas; el mismo conductor en campo abierto, donde se sabe seguro aunque cierre sus ojos de cuando en cuando, mostrará un mayor ritmo de parpardeo. 71 De manera experimental, si se le pide a un hombre que siga una pista que aparece detrás de una mirilla, y la pista es primero recta durante un período determinado y luego oscila durante un rato, el ritmo del parpadeo es alto antes y después del período de oscilación de la pista, pero no durante él. 71 ,72 Este cambio en la distribución de los parpadeos puede permitir un rendimiento eficiente, incluso si el número de parpadeos durante un largo período de tiempo permanece constante en líneas generales. Estos ejemplos ilustran el modo en el que un conocimiento previo del instante de llegada de la información afectará a la aparición del parpadeo. 327

Un ejemplo familiar y doméstico del segundo mecanismo de comportamiento, que nos permite evitar posibles defectos funestos del parpadeo, es la capacidad de seguir una ruta familiar en la oscuridad. En una casa ajena se necesita una luz para subir las escaleras, mientras que en la propia puede que no valga la pena dar unos pasos más para alcanzar el interruptor. El rendimiento está determinado por la información almacenada y los estímulos visuales son innecesarios. Experimentalmente, se puede pedir a un hombre que siga una pista ondulante con un señalador, resultando que cuando éste no tiene práctica, comete errores, bien cuando parpadea de forma natural, bien cuando su visión de la labor es obstruida por una persiana. 72 Con una pista sencilla, como la de una función senoidal, un sujeto con práctica no muestra errores tan grandes por el hecho de parpadear o por una interrupción mecánica de su visión. Naturalmente, una pista compleja e impredecible sí le engaña en esas ocasiones. De hecho, mientras su entorno continúe haciendo lo que ha hecho en el pasado, su rendimiento no dará signos del efecto de los parpadeos; sólo cuando suceda un acontecimiento imprevisible le veremos equivocarse. Si está realizando una labor practicada, probablemente hará algo completamente incorrecto en esa ocasión, y si la tarea es menos familiar, no hará nada en absoluto. Un conductor en una carretera tranquila se equivocaría completamente si la suave curva que vio hace un momento se fuera a convertir en recta durante uno de sus frecuentes parpadeos. Los comentarios precedentes se refieren solamente al parpadeo, pero se han demostrado ciertos en ese caso, e ilustran mecanismos sicológicos que

ANALlSIS DE LA INFORMACION SENSORIAL

EL EFECTO DEL RUIDO ES UN BLOQUEO INTEB MITENTE AQUI

IN FORMACION ALMACENADA DE SECUENCIAS PREVIAS DE HECHOS SENSORIALES

FIG. 10.7. Diagrama hipotético del flujo de la información en el sistema nervioso humano, que ilustra la interpretación de los efectos del ruido presentada en el texto.

son importantes para el rendimiento con ruido. Es probable que un hombre que trabaje con ruido sufra breves interrupciones en la toma de información de una labor que se supone está realizando. Estas interrupciones tienen lugar internamente (Fig. 10.7) Y no externamente, como los parpadeos. Pueden ser controladas durante períodos breves para permitir la realización de una nueva labor y su distribución en el tiempo variará de forma que produzcan la menor perturbación posible en el trabajo. Serán importantes por sus efectos sobre 328

el rendimiento, sólo con tareas en las que no es posible una momentánea relajación; en concreto, en tareas de vigilancia, en las que los estímulos se producen en momentos impredecibles, y en tareas continuas, en las que sucesivos estímulos se suceden uno a otro demasiado deprisa para permitir esa interrupción en la toma de información. En muchos aspectos, el parpadeo proporciona una analogía útil para ilustrar el tipo de efecto en cuestión, pero hay ciertas diferencias en el «parpadeo internoD y los parpadeos externos, especialmente en la proporción del tiempo de duración del efecto *. De esta forma un hombre que trabaje con ruido mostrará, a medida que el tiempo pasa, fallos intermitentes en su rendimiento, pero entre esos fallos su trabajo no tiene por qué ser menos eficiente. Como un entorno de estímulos continuamente cambiantes parece incrementar la eficiencia del comportamiento, 74,75,76 el inicio de un ruido y su cese pueden producir un trabajo que sea, de hecho, más rápido que en condiciones normales, durante los intervalos de tiempo que haya entre los parpadeos internos. Se recordará que, en la sección sobre experimentos en la industria, se señaló que cortos períodos de música durante la jornada laboral mejoraban el ritmo de trabajo. Igualmente, una serie de experimentos de laboratorio sobre el ruido dan a entender que el rendimiento puede hacerse más rápido con ruido. Pero este efecto es independiente del incremento de «parpadeos internosD, de forma que el trabajo puede volverse más rápido y menos exacto, o posiblemente más variado en su velocidad, con ruido, o de otra forma puede mostrar un incremento en los errores sin ningún incremento en la velocidad. Finalmente, las pruebas no son del todo concluyentes en cuanto a la naturaleza del «parpadeo internoD; podría ser debido a un bloqueo completo, aunque temporal, en el análisis de la información sensorial, o podría ser debido a un análisis de la información desde un sentido no útil para la tarea. En términos corrientes, las alternativas son un vacío mental o un cambio de atención. Hay razones para creer que esto último **. Es decir, la capacidad limitada del sistema de percepción hu* Se supone que un parpadeo interno dura hasta 1 seg, pero el rendimiento de una tarea se puede mantener durante varios minutos antes de que comience este «parpadeo interno». También puede afirmarse que la interrupción de la información que llega no parece que sea absoluta, como en el parpadeo real. Un estímulo, fácilmente diferenciable en su entorno, puede lograr penetrar en el sistema nervioso, aunque se pueda esperar la existencia de fallos intermitentes en el rendimiento. Esto queda demostrado por la tarea de vigilancia de lámparas indicadoras, descrita en la sección anterior, y se ha demostrado también en una serie de situaciones diferentes respecto a los efectos del ruido prolongado. Una breve señal en una pantalla de radar no será detectada después de una vigilancia prolongada; pero una señal clara y brillante puede ser detectada tanto al final de una sesión prolongada como al principio.73 Esto no constituye una dificultad teórica para la opinión que considera que el rendimiento del sistema de percepción disminuye intermitentemente, pero significa que la sencilla analogía con el parpadeo debe ser considerada con alguna reserva. ** Las pruebas para una teoría de «traslado de atención» pueden ser resumidas como sigue: En primer lugar, no está claro en absoluto por qué un sonido intenso produciría bloqueos completos de la actividad. Por otra parte, es fácil ver que un estímulo intenso ofrecerá una gran competencia en el intento de ganar el control de un mecanismo perceptivo de capacidad limitada. Es decir, el ruido intenso interfiere más porque la atención se enfoca hacia el ruido en lugar de hacia la tarea. En segundo lugar, un ruido con un tono agudo parece tener más efectos que uno grave, como se apuntó en la sección anterior. La capacidad de captación de la atención de un sonido agudo es 329

mano hace necesario que una informaci6n sensorial sea filtrada antes de llegar a los centros analizadores del cerebro. Normalmente, se ignoran las características irrelevantes del entorno y los estímulos de la tarea controlan la respuesta, pero después de un trabajo prolongado con ruido la estimulaci6n auditiva puede interferir con la estimulaci6n de la tarea y producir el efecto que hemos llamado «parpadeo interno». Las diferencias individuales y los efectos de las actitudes personales sobre el rendimiento

Hay pocos datos sobre los tipos de personas que son más sensibles a los efectos del ruido. Un estudio especial de este tema se justifica en base al reconocimiento de la importancia de las diferencias individuales y a las sugerencias que puedan proporcionarse para una investigaci6n o una acci6n práctica en el futuro. Es característica frecuente de los experimentos con ruido el que se apunten las diferencias individuales, esto merece ser resaltado para frecuentemente resaltada en los informes basados en la apariencia cotidiana y la mayor probabilidad de una rápida respuesta a un estímulo de este tipo se ha indicado en unos experimentos no publicados. No parece haber razón para que un estímulo que produce un mayor rendimiento cuando es un estímulo de la tarea, produzca un menor rendimiento cuando se presenta durante la realización de una tarea visual, a menos que se establezca una competición para conseguir la respuesta entre los diferentes estímulos. En tercer lugar, cuando se realiza una vigilancia prolongada sobre un sistema visual que contiene más de una fuente de información, la parte más eficientemente observada del conjunto no es la misma a medida que la tarea se prolonga. Hay un traslado de una fuente de información a otra. 77 En cuarto lugar está la cuestión del tiempo que lleva cambiar la respuesta de un canal sensorial a otro. Experimentos en los que un canal de información se había llevado a un oído y otro canal diferente al otro oído del mismo sujeto, han mostrado que es imposible responder alternativamente a las sefiales que llegan a los dos oídos cuando estas sefiales están separadas por tiempos muy pequeños. En lenguaje ordinario, no se puede trasladar la atención instantáneamente de un oído a otro. El tiempo mínimo necesario para escuchar un dígito por él, y volver a cambiar a tiempo para escuchar un segundo dígito en el primer oído, es de 1! a 2 segundos,78 Estas cifras, que varían de una persona a otra, corresponden a marineros británicos. En la tarea de la reacción en serie, los fallos momentáneos de realización, que aparecen después de trabajo prolongado, son también de 11- a 2 seg. Esta semejanza concuerda muy bien con la interpretación de que el trabajador está cambiando momentáneamente la atención de su tarea a sus alrededores y luego volviendo a la tarea. En términos más exactos, una interpretación en la toma de información de un oído, para permitir la toma de información con el otro, requiere, aproximadamente, el mismo tiempo que la interrupción en la recepción de la información visual que aparece en la tarea visual. Es, por tanto, consistente con la opinión de que la interrupción de la realización visual se realiza para permitir la recepción de información de algún otro canal sensorial. Estos razonamientos no establecen un caso completamente convincente para la hipótesis del «traslado de atención», o «cambio de fuente de información», pero parecen proporcionarle una considerable probabilidad. Puede ser apuntado, también, que hay una ligera prueba fisiológica de su probabilidad. En una reciente investigación se insertaron electrodos dentro del cráneo de un gato, en un centro nervioso que se halla entre el oído y los centros superiores del cerebro y muestra actividad eléctrica cuando se presenta un ruido instantáneo al oído del animal. Pero cuando se le mostró un ratón al animal, dicho centro no mostró ninguna actividad eléctrica a consecuencia de dicho ruido. 79 Es decir, parecía haber interrupción en la toma de información auditiva, mientras se maneja información visual de primer orden. Aparte de esta observación aislada, hay pocas pruebas fisiológicas directas de un filtro de la información cuando entra en el sistema nervioso, pero las pruebas de los experimentos sicológicos parecen de bastante peso.

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el hombre práctico. No debería ser nada sorprendente el hecho de que una persona tenga un rendimiento sensiblemente más bajo en un lugar de trabajo ruidoso, y a otra no le ocurra esto. La primera y más clara explicación de las diferencias individuales es que son debidas a diferencias de actitud. Una persona que cree que el ruido va a reducir su rendimiento está ya medio derrotada. Si esto fuera así, se podrían atacar las diferencias individuales de sensibilidad por medio de propaganda especial que mostrara que el ruido no perjudica el rendimiento. Dos investigaciones han mostrado los efectos de esta propaganda. En un caso se usó música como estímulo auditivoBO y en el otro una conversación con un nivel sonoro de 70 db. 81 Se emplearon diferentes grupos de sujetos, a algunos de los cuales se les dijo que el ruido mejoraría su rendimiento, a otros que lo empeoraría y a otros que una mejora inicial sería seguida de un deterioro. Los resultados de cada grupo diferían, en un sentido acorde con la afirmación preliminar. Obviamente, por tanto, un peor rendimiento con ruido puede ser el resultado de la creencia de que el ruido perjudica el rendimiento. Esto puede causar alguna confusión sobre los efectos reales del ruido citados anteriormente, pero hay que tener en cuenta que estos experimentos sobre las actitudes utilizaban ruidos muy débiles en comparación con los que daban efectos sobre el rendimiento. Además, por lo menos en uno de los casos en los que el ruido influyó sobre el rendimiento, se realiz6 un experimento de control sobre los efectos de la sugesti6n; mostró que el resultado no podía ser eliminado por medio de la sugestión y no era, por tanto, probable que hubiera sido causado por ella. Los efectos bastante limitados sobre el rendimiento, considerados anteriormente, pueden ser todavía aceptados; pero también debemos ser conscientes de la posibilidad de que un efecto marginal del ruido pueda ser causado con intensidades inferiores por una actitud hostil por parte del sujeto. El director de una fábrica, que ridiculiza la idea de los efectos del ruido sobre el rendimiento, está probablemente adoptando una estrategia correcta, en la medida en que minimiza cualquier efecto de sugestión en sus obreros. Al mismo tiempo, si esta actitud se lleva al punto de ignorar los efectos ensordecedores del ruido y los posibles efectos menores sobre el rendimiento, puede resultar perjudicial, ya que los obreros que se dan cuenta de estos efectos cambiarán su actitud al extremo opuesto. No es del todo satisfactorio, sin embargo, adjudicar todas las diferencias individuales a diferencias de actitud. Una raz6n de esto es que no hay una correlación perfecta entre el número de quejas y la importancia del efecto sobre el rendimiento. En el estudio industrial sobre los tejedores, descrito anteriormente, se halló que los obreros más hostiles a los tapones de oídos eran los que obtenían un menor beneficio con ellos, pero la diferencia era tan pequeña que no era significativa estadísticamente. Algunos individuos eran hostiles a los tapones y, sin embargo, sacaban más ventaja de ellos que otros que eran partidarios. Una falta semejante de correspondencia entre las quejas y el rendimiento se ha encontrado en otras investigaciones. Tampoco hay pruebas de que los neuróticos muestren un mayor efecto sobre su rendimiento

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por el ruido, aunque, como ya se mencionó, es más probable que expresen su molestia verbalmente. Las pruebas sobre la personalidad u otras características de las personas que muestran efectos acusados cuando se les somete al ruido son muy escasas. Un estudio mostró que las personas que sufren el mayor efecto del ruido eran las que mostraban la mejora más importante en la segunda parte de su labor en silencio con relación a la primera parte. 63 Esta curiosa relación se hace más comprensible si nos damos cuenta de que este último control es efectivamente una medida de la propensión a la fatiga. Una persona que . muestra un gran descenso en el rendimiento cuando trabaja un período muy largo, pero se recupera rápidamente descansando, reflejará esto de forma importante en esta medición. Ya se había demostrado esto antes con la tarea de vigilancia de controles de vapor. 77 El resultado, pues, sugiere que las personas que muestran el mayor deterioro con un trabajo prolongado muestran también el mayor deterioro con ruido. A la vista del hecho de que muchos estudios que presentan claros efectos del ruido muestran también que la diferencia entre el ruido y el silencio aumenta a medida que aumenta el período de trabajo, no resulta sorprendente esta diferencia individual. Más interesante es la cuestión de si las diferencias individuales de susceptibilidad hacia el ruido, o el trabajo prolongado, pueden ser detectadas por medio de una medición independiente, aplicable posiblemente como medida selectiva. Aunque en este mismo estudio se encontró una medición independiente que correspondía bastante bien, no era del tipo adecuado para una prueba de selección. Era del tipo conocido como prueba-de-nivel-de-aspiración, en la que se pide a un sujeto repetidamente que realice una labor, se le habla de su rendimiento anterior y se le pide que estime su rendimiento en el siguiente intento. La diferencia entre su marca anterior, conocida, y su marca subsiguiente, conjeturada, es la medida del interés, pero por muy apropiada que sea para los propósitos de investigación, no es evidentemente una prueba que resistiría las simulaciones más o menos conscientes empleadas por los solicitantes de un trabajo. Es más útil considerar las otras características con las que estas pruebas se sabe que están relacionadas. Esta prueba, en concreto, del nivel-de-aspiración se relaciona con el nivel de educación, pero no con la prueba de inteligencia.82 De esta forma, de dos personas que son igualmente inteligentes, el menos perturbable por el ruido será más apto para un trabajo académico. Esto no es sorprendente, y es probable que muchos empresarios consideren el nivel de educación como un tipo de índice de conciencia. Hoy por hoy, el punto más importante de las diferencias individuales es que los experimentos sobre los efectos del ruido deberían realizarse con sujetos de una población semejante a la que se desea aplicar los resultados. Conclusiones prácticas acerca de la reducción del ruido y el comportamiento

Cuando se está considerando si reducir un ruido o no, a la vista del probable gasto de la operación, puede resultar útil tener en cuenta los distintos 332

aspectos del comportamiento con ruido. De las tres posibles mediciones del comportamiento, a saber, queja verbal, daño fisiológico y efectos sobre el rendimiento, los efectos fisiológicos pueden ser despreciados excepto para intensidades muy altas. Hay pocas pruebas de esos efectos con intensidades bajas de un ruido que se prolongue durante un rato. La molestia es una cuestión diferente; es distinta de los efectos sobre el rendimiento y puede ser acusada incluso con sonidos que no tienen ningún otro efecto sobre el comportamiento en absoluto. En general, la reducción del ruido reducirá la molestia, incluso aunque la molestia sea producida por sonidos muy débiles. Si se va a reducir el ruido con estas premisas, para evitar quejas, los sonidos agudos y los intermitentes o modulados parecen ser los que deben tomarse en cuenta en primer lugar. Sin embargo, la molestia variará en gran medida de un caso particular a otro. Cuestiones respecto a la historia, tanto del ruido como de las personas que se quejan, incidirán en esa variación, y es hasta cierto punto impredecible por métodos científicos. El inicio de un ruido producirá un efecto de sobresalto, que puede interferir en el desarrollo de alguna tarea. Puede haber, por tanto, en algunos casos, motivo para aislar a los obreros de las posibles fuentes de un ruido variable, como el de las carreteras. El efecto parece ser más acusado en tareas más complejas y nuevas, más que en las practicadas y repetitivas, de forma que la importancia práctica de este efecto sobre el rendimiento es pequeña. Una vez que el ruido se ha vuelto familiar, la mayoría de las funciones sensoriales y motoras no serán afectadas. Hay algunas muestras, sin embargo, de un efecto que se ha descrito bajo el título Una interpretación de la naturaleza del comportamiento con ruido. Este efecto producirá fallos intermitentes en el rendimiento, intercalados por una ejecución normal, o incluso más rápida de lo normal. A causa de esto, los resultados finales del trabajo que se desarrolla al ritmo propio del obrero no serán probablemente afectados. Los errores pueden aumentar, porque la esencia del efecto es que el obrero no se da cuenta de características inesperadas del entorno. Los accidentes pueden mostrar también un efecto del ruido por la misma razón; no han sido investigados como una función del ruido, aunque se sabe que son unos índices muy sensibles de los efectos de otras tensiones, como el calor. Los resultados pueden ser afectados si el trabajo tiene el ritmo controlado por una máquina, con una velocidad por debajo de la mayor con la que el obrero puede operar. En tal caso los fallos intermitentes del operador humano ocasionarán una ausencia de reacción, pero no será posible compensarlos por una respuesta más rápida entre estos fallos intermitentes. Puede haber así un descenso en el resultado final en tareas controladas. La tarea tendría que ser del tipo en que cada elemento del trabajo está presente sólo por cuestión de un segundo o dos, de forma que este efecto no es de' importancia general. Estas condiciones pueden ser casi alcanzadas en un proceso de inspección a velocidad elevada, al final de una cadena de ensamblaje, o en operaciones semejantes. Sin embargo, una buena conclusión general es que el resultado final no será afectado, pero los errores y accidentes sí pueden serlo. Es interesante apuntar que, de hecho, se ha informado de ganancias en

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la industria por reducción de ruido en tareas acordes con las consideraciones que acabamos de hacer. La mejor investigación sobre el tema, como se informaba en la sección sobre Resultados de los estudios industriales, fue la que trataba de los tejedores. Naturalmente, el trabajo de un tejedor es principalmente un asunto de vigilar maquinaria a fin de emprender una acción si se necesita la intervención humana. Es, por tanto, precisamente el tipo de trabajo del que se podría esperar mostrara algún efecto del ruido. La mecanografía también podría mostrar un aumento de errores en condiciones muy ruidosas. Otros procesos industriales podrían no haber informado de estos efectos. Es difícil decir gran cosa acerca de los tipos de ruido que producen los mayores efectos sobre el rendimiento; pero hay indicios de que los ruidos agudos son, una vez más, los que producen los peores efectos. Todavía no se ha encontrado ningún efecto sobre el rendimiento con niveles de ruido por debajo de los 90 db, aunque desgraciadamente sí puedan surgir molestias de esos ruidos, e indudablemente causarán incomodidades en la comunicación oral. En general, los efectos del ruido sobre la salud o el rendimiento parecen ser menores de lo que a menudo se piensa. Se debe tener en cuenta que la sensación de desagrado es una cualidad del medio ambiente, diferente de los efectos sobre la salud o la capacidad de trabajar. Gran parte de nuestra civilización se apoya en la idea de que vale la pena modificar el entorno para algo más que para asegurar la supervivencia. La reducción de la molestia o la búsqueda de la felicidad no es necesariamente un fin innoble.

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Capítulo 11 EFECTOS DE LA VIBRACION SOBRE EL HOMBRE DAVID

E.

GOLDMAN, PH.D.

Naval Medical Research Institute

INTRODUCCION

Este capítulo pretende ser una revisión del estado presente del conocimiento del cuerpo humano como un sistema mecánico dinámico, así como de los efectos de la vibración sobre el hombre y sus diversos órganos, exceptuando las frecuencias muy bajas que afectan a las enfermedades motoras y al sistema auditivo, que se discute en capítulos anteriores. En los últimos años, la necesidad de tal conocimiento ha empezado a ser importante. La velocidad con que el hombre se ha proyectado en la era mecánica le ha llevado al casi diario incremento de las concentraciones de grandes potencias mecánicas. Hasta ahora, el hombre ha sufrido pocos daños de la energía vibratoria, pero ciertos efectos dañinos se producen, empero, desde hace años, por el manejo de herramientas vibrantes y más recientemente por el intenso ruido de los vehículos y maquinarias potentes. Mayores efectos se pueden anticipar a causa de los rápidos avances en el desarrollo de equipos mecánicos de más alta potencia. La vibración tiene una forma de onda que puede ser simple, un movimiento armónico complejo o puede ser «ruido mecánico» aleatorio. Lo que se conoce ahora de los efectos de la vibración sobre el hombre parte primariamente de los efectos de formas de onda simple. El rango de frecuencias de vibración de inmediato interés empieza sobre los 3 cps y puede ir hasta varios millones de ciclos por segundo. Por debajo de 3 cps, el cuerpo humano responde a la fuerza alternativa como una unidad, y no existe movimiento relativo interno. A muy altas frecuencias, la absorción de la vibración empieza a ser muy grande y la energía penetra en el cuerpo solamente unos pocos milímetros como mucho, al menos con alguna razonable amplitud. Las frecuencias por debajo de 3 cps son de considerable interés en relación con las enfermedades motoras, pero este problema no se considera aquí. El cuerpo puede estar expuesto a la vibración a través del contacto con sólidos vibrantes o por interceptar ondas sonoras en el aire o en el agua. La exposición puede ser incidental en ciertos casos, como la industria, el ejército u otras actividades, o puede ser deliberada, como en el caso de la diagnosis y la terapia o en los experimentos. El cuerpo humano es el resultado de un largo proceso evolutivo durante 337 22

el cual la adaptación a muchas posibles situaciones ha sido totalmente alcanzada. El cuerpo, entre muchas otras cosas, es un sistema mecánico de gran complejidad. No es ni homogéneo ni isotrópico; su rango pasivo lineal es muy pequeño. Aún más, es un sistema con mantenimiento interno y facilidades de reparación. Las muestras individuales no son de ninguna manera idénticas. Finalmente, no se puede tomar el sistema aparte para estudiarlo o dañarlo. Las medidas de las vibraciones en el cuerpo presentan así muchos problemas especiales, algunos de los cuales se discuten más abajo. Gran parte de la información de este capítulo es relativamente nueva y queda aún mucho por aprender: así que la extensión de los siguientes párrafos está basada más en la cantidad de material existente que en su relativa importancia. Es imposible, dentro de un espacio limitado, discutir en detalle los muchos problemas complejos de veracidad e interpretación de los datos experimentales. Estos serán presentados, así, pues, con pocos comentarios, pero se debe entender claramente que la situación está siendo sobresimplificada y que los desarrollos en el futuro pueden requerir importantes cambios de puntos de vista. INSTRUMENTACION V MEDIDA

Es un principio básico de la ciencia experimental que un sistema en estudio debe ser observado de tal modo que se interfiera lo menos posible con su comportamiento. Este principio, en muchos casos, es tan simple en su aplicación como en su formulación. Sin embargo, la aplicación del principio a los sistemas biológicos es a menudo de considerable dificultad. Las medidas sobre órganos y tejidos extirpados están limitadas por el tamaño, la forma, la inestabilidad y la sensibilidad ambiental del material. Esta limitación es incluso mayor en el caso de los sistemas vivientes. Se pueden utilizar animales anestesiados en muchos casos, pero muchas de sus propiedades mecánicas y acústicas son bastante diferentes de las de los seres humanos. Estos requieren métodos de prueba no destructivos que están severamente limitados por la inaccesibilidad de los órganos internos. Cuando sea posible, y esto no es, desgraciadamente, frecuente, es preferible utilizar métodos de medida sin contacto, tales como ópticos, acústicos y rayos X, efectuados con instrumentos situados lejos del cuerpo. Ciertas medidas de vibración, como no pueden ser hechas por observaciones externas, requieren el uso de pick-ups de vibración? que son 10 bastante pequeños y ligeros como para no introducir una significante carga mecánica. Esto produce una limitación del peso del equipo de medida de unos pocos gramos. El proceso de acoplamiento no debe producir daño, y cuando se efectúan observaciones subjetivas, el procedimiento debe ser tal que produzca un mínimo de molestias en el sujeto. De los instrumentos existentes para medir vibraciones, los palpadores de reluctancia variable son con frecuencia satisfactorios. Se pueden hacer con un peso de hasta tres gramos, una dimensión de un centímetro, una impedancia eléctrica baja y considerable sensibilidad en el rango, desde cero a

338

unos pocos cientos de ciclos por segundo. Los palpadores de cristal y de condensador también cumplen los requerimientos de tamaño y peso; tienen una relativamente grande impedancia eléctrica, pero son útiles en un amplio rango de frecuencias. Los palpadores magnéticos son menos satisfactorios a causa de la masa del material magnético requerido. Para más detalles, véase capítulo 15. A causa de la falta de rigidez del cuerpo humano como estructura sustentante, son preferibles las medidas de aceleración sobre las de velocidad o las de desplazamiento. Las medidas fisiológicas convencionales, tales como presión de la sangre, profundidad o velocidad de respiración, electrocardiogramas, metabolismo, que pueden ser enteramente satisfactorias en un sujeto móvil, se tornan problemáticas cuando el sujeto y el instrumento están expuestos a la vibración o a un sonido intensos. Por ejemplo, las vibraciones mecánicas de los electrodos colocados sobre la piel pueden introducir potenciales lo suficientemente grandes como para enmascarar completamente el fenómeno que se estudia. Otra situación conflictiva aparece cuando las observaciones que se hacen son subjetivas, esto es, cuando se hacen por el mismo sujeto. La mente humana excede con mucho al cuerpo -complejo en sí mismo- en complejidad y fragilidad. Es necesario, por tanto, un cuidado extremo, cuando se anoten estas respuestas, para evitar influir en el sujeto bien a través de las características de su ambiente físico o bien por sugestiones inadvertidas de una actitud o punto de vista. El mantenimiento de una situación neutral con motivación uniforme es una de las consideraciones más importantes en tales experimentos fisiológicos. La aplicación de fuerzas vibratorias a sujetos vivos, con fines experimentales, requiere gran cuidado para asegurar que la exposición es como se intenta y no incluye ningún otro estímulo que pueda afectar la respuesta. El equipo para esto debe estar especialmente preparado. Por ejemplo, las exposiciones a vibraciones mecánicas no deben estar acompañadas por ruidos intensos cuando el objeto del estudio es solamente la respuesta a la vibración. Otro problema más, de alguna forma relacionado con los ya mencionados, es el control de, y la compensación para, la no uniformidad de los sistemas vivos estudiados. Los individuos varían en tamaño, forma y respuesta. Es esencial el uso de experimentos estadísticos adecuados y casi siempre es necesario llevar a cabo un gran número de observaciones con controles muy cuidadosos.

EFECTOS DE LA VIBRACION EN EL HOMBRE Efectos físicos

Los efectos físicos de la vibración sobre el hombre son principalmente mecánicos y secundariamente térmicos. Los efectos químicos tienen lugar solamente bajo condiciones muy especiales. El efecto mecánico de la vibración sobre el cuerpo es producir un movimiento y un desplazamiento relativo. El movimiento está muy desigualmente 339

distribuido y está afectado por la forma de la excitación, las características de frecuencia y la difusión o concentración de la energía vibratoria. En casos extremos, puede tener efectos dañinos. Los órganos grandes tiran de los ligamentos que los soportan y pueden llegar a dañar a los tejidos más suaves. Se conocen o se sospechan algunos ejemplos. Los conductores de vehículos tales como tanques, barcos o tractores ocasionalmente padecen dolores de espalda, trazas de sangre en la orina y molestias en la región abdominal. Es de todos conocido que la fatiga sacro-ilíaca no es extraña entre los conductores de camiones, pero las quejas no han salido aún del terreno de la anécdota. Los daños en las manos, que se discutirán más tarde, son efectos acumulativos de los repetidos golpes o vibraciones producidos por instrumentos manuales que vibran o giran. Se pueden producir en los animales hemorragias de pulmón con vibraciones de baja frecuencia y muy alta intensidad (5 a 15 g a 5 a 20 cps), causados aparentemente por los golpes dados por el corazón en vibración a los pulmones contra la pared torácica y las vértebras. Estos golpes pueden dañar el corazón fatalmente. Son también conocidos los daños mecánicos al sistema auditivo. A frecuencias ultrasónicas, el movimiento vibratorio puede causar daños mecánicos a las células y a los tejidos por calentamiento o por cavitación, que se produce fácilmente en un medio acuoso, aunque es bastante más raro en los tejidos. Se han usado para producir daños mecánicos y térmicos a los insectos, ultrasonidos transmitidos por el aire de baja frecuencia a 19000 cps y alrededor de 160 a 165 db. Se han observado daños mecánicos en ciertas células en líquidos a frecuencias cerca de los 1000 cps y a varios cientos de miles de ciclos por segundo. 1,2 Los efectos térmicos son consecuencia directa de las pérdidas por absorción de la energía de vibración. No se ha observado nada a bajas frecuencias, pero sí a frecuencias ultrasónicas, donde los animales fueron calentados hasta un punto más allá de su capacidad de disipación, con la consecuente muerte térmica. Sin embargo, los niveles requeridos para producir tales efectos son muy superiores a los que producen las fuentes de vibración fuera del laboratorio. Puesto que la absorción en el aire se incrementa con el cuadrado de la frecuencia, parece bastante improbable que el ultrasonido transmitido por el aire pueda llegar a convertirse en un peligro. Efectos biológicos

Las respuestas biológicas a la vibración representan esencialmente un fracaso del cuerpo para permanecer como un sistema pasivo. El cuerpo humano responde a los estímulos presentados a sus órganos receptores. Existen terminaciones nerviosas, receptores sensitivos, más o menos especializados, y todos suministrando información a un nivel u otro del sistema nervioso, que a cambio controla la respuesta del cuerpo y sus partes. De acuerdo con ello, es interesante describir brevemente el sistema receptor del cuerpo y cómo se relaciona con las fuerzas vibratorias. 340

Percepción de la vibración. La estimulación mecánica se detecta por los sistemas auditivo y vestibular, por numerosos receptores mecánicos embebidos en la piel y por un cierto número de receptores internamente localizados. Los órganos vestibulares -los canales semicirculares y otolitos- responden a las aceleraciones de la cabeza y cambian su posición en el campo gravitacional. Su tiempo de respuesta parece ser más bien largo y son principalmente de importancia a muy bajas frecuencias. Parece ser que las reacciones de las enfermedades motoras están mediatizadas por el sistema vestibular, aunque los centros nerviosos más altos también juegan un papel importante. Sin embargo, a intensidades vibratorias muy altas, las respuestas vestibulares ocurren a frecuencias más altas. Niveles sonoros. Por encima de los 105 db producen pequeños movimientos reflejos de cabeza relativos a las características de tiempo y espacio del sonido.3 A niveles sonoros por encima de 140 db, se ha encontrado que existe una reacción compulsiva para orientar el cuerpo en dirección a la fuente sonora. Con un oído expuesto a una fuente de ruido intenso, existe una sensación de ser empujado por ese lado. Puede ocurrir además un desplazamiento del campo visual en la misma dirección. Si la cabeza se mueve, este movimiento se siente con exageración. A niveles superiores a 155 db se presentan algunas de estas sensaciones, incluso aunque el sujeto lleve protectores auditivos. Estos efectos parecen ser más prominentes cerca de la mitad del rango de las frecuencias audibles, esto es, cerca de los 1000 cps, pero se advierten menos a bajas y altas frecuencias. 4

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Los receptores táctiles son de diversas clases y se excitan con el roce y la presión tanto como con la vibración. Aunque no está enteramente claro qué receptores intervienen en cada tipo de estímulo, se han efectuado medidas de los umbrales de percepción de la vibración bajo ciertas condiciones. Se ha establecido bien claramente que la distorsión de la piel es el factor con341

trolante de la vibración y del daño cutáneo.s,6 La depende de la frecuencia el umbral de percepción dedo, una de las áreas más sensitivas del cuerpo a figura 11.2 muestra el umbral de sensación de un

figura 11.1 muestra cómo de la piel de la yema del la vibración tangencial. La hombre de pie o sentado

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FIG. 11.2.

Umbral de percepción de un hombre de pie o sentado para la vibración vertical. (Según von Békésy.2 1)

sobre una plataforma que vibra verticalmente, y la figura 11.3 muestra datos similares para la vibración horizontal. Estos resultados se obtuvieron bajo condiciones de laboratorio controladas. En la figura 11.4 se resumen datos menos fiables. La adaptación juega un papel importante en las exposiciones a la vibración de larga duración. Este concepto indica la capacidad de los órganos sensoriales para ajustarse a estimulaciones largas a base esencialmente de reducir su sensibilidad -bien en las mismas terminaciones nerviosas, bien en los medios de transmisión, o bien en los centros más altos del sistema nervioso central-. Los proprioceptores, cuya función primaria es suministrar al cuerpo información sobre su propio movimiento, pueden estimularse también por fuerzas mecánicas de origen externo. Los perceptores de los músculos estriados que

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FIG. 11.3. Umbral de percepción de un hombre sentado para la vibración horizontal. (Según von Békésy.21)

342

responden a cambios en la longitud de la fibra muscular, evidencian una respuesta a la vibración originando la respuesta refleja a un golpe repentino sobre el músculo, como, por ejemplo, al golpear la rodilla.7 Una estimulación extrema puede llegar a causar daño. Respuestas fisiológicas a la vibración. La distinción entre respuestas fisiológicas y psicológicas es vaga, pero conveniente. Una respuesta fisiológica es aquella en que no participan particularmente los niveles más altos del sistema nervioso central, aunque puede operar a través del sistema sensorial 1

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o o ii: FIG. 1104. Aceleración de pico media a diversas frecuencias, a la cual los sujetos perciben la vibración (1), la encuentran desagradable (H), o se niegan a soportarla más (HI). Las áreas sombreadas son aproximadamente una desviación estándar a cada lado de la media. Datos promediados de siete fuentes. (De la Ret. 10.)

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDQ

del cuerpo. Un tipo simple de respuesta fisiológica es el reflejo, en el cual la estimulación de un sistema sensorial produce una reacción casi automática a través de algún mecanismo efector estrechamente ligado, que puede ser muscular o secretor. Un ejemplo es la contracción del músculo tensor del tímpano del oído en respuesta protectora a un sonido intenso. Otro, son los movimientos de cabeza y las reacciones compensantes de la postura a partir de las estimulaciones vestibulares mencionadas en la sección previa. Son también comunes los reflejos anulados, debido al daño producido por el calor. Otra respuesta específica a la vibración es la inhibición del golpe de rodilla. 7 Ordinariamente, si un músculo es extendido pasivamente, ciertos receptores del mismo son estimulados y los impulsos nerviosos que se generan actúan sobre los nervios motores del mismo músculo para producir una contracción. Este reflejo es importante para el mantenimiento de la postura. Sin embargo, cuando el sistema está sometido a vibraciones mecánicas intensas, se produce una estimulación mecánica que puede interferir con el reflejo o inhibirlo. Además de estas respuestas, más o menos localizadas, existen aquellas en las cuales están implicados diversos sistemas de control y adaptación del cuerpo. La sacudida intensa es una forma de ejercicio pasivo y puede provocar

343

cambios en la presión de la sangre, en el suministro de sangre, en la respiración y en el metabolismo. Con las intensidades de vibración que ordinariamente se encuentran en la práctica, estos efectos son débiles y temporales y posiblemente están relacionados con la reacción subjetiva de malestar. 7 Otro aspecto de estas respuestas sistemáticas involucra a las glándulas endocrinas, una de cuyas funciones parece que es la adaptación del cuerpo a las diversas tensiones aplicadas. Se han observado cambios notables en el ciclo de celo, desarrollo y longevidad de ratas expuestas durante días o semanas a vibraciones de 2 a 4 cm de amplitud, a 2,3 CpS.8 Tiene lugar una rápida caída en el contenido de ácido ascórbico (vitamina C) de las glándulas suprarrenales de la rata después de unos pocos minutos de exposición a vibraciones de baja frecuencia, y esta caída se hace más grande conforme se incrementa la aceleración vibratoria.9 Tales hallazgos son probablemente aplicables a los humanos, pero no existe evidencia directa de que esté sucediendo aún. La sensación de malestar, e incluso la náusea y el vértigo, en campos sonoros intensos de alrededor de 145 db es una respuesta fisiológica, en cuanto que intervienen los órganos sensoriales y el sistema nervioso autónomo. Sin embargo, como en las enfermedades motoras, parece que existe interacción con los niveles más altos del sistema nervioso central. Muchos factores subjetivos pueden jugar su papel en estas reacciones, que están lejos de ser bien conocidas más allá del nivel de la observación casual o de la anécdota. Respuestas (subjetivas) psicológicas. La vibración puede afectar la actitud del individuo, sus sentimientos y su rendimiento en el trabajo. Le puede gustar, disgustar o tenerle sin cuidado. Los efectos pueden ser respuestas más o menos directas a la vibración o pueden implicar experiencias y asociaciones emotivas. Las respuestas subjetivas son obviamente de gran importancia práctica, pero son de mayor dificultad de registrar o interpretar con algún grado de fiabilidad. La percepción de la vibración, aunque subjetiva, es al menos capaz de ser estudiadas con fiabilidad si se toman las precauciones adecuadas. Los niveles de malestar o tolerancia son, sin embargo, excesivamente difíciles de tratar. La comparación de los datos de malestar y tolerancia provenientes de fuentes diferentes, obtenidos con intenciones diferentes por observadores con diferentes formaciones, muestran, sin embargo, una coincidencia bastante sorprendente dentro de un factor de alrededor de tres (Fig. 11.4).1° Los datos son solamente para exposiciones de 5 a 20 min, y tanto la vibración vertical como la horizontal han de ser combinadas para conseguir suficiente material para la comparación. La experiencia personal del autor, así como la de otros diversos trabajos con vibraciones mecánicas, inclinan a creer, sin embargo, que para exposiciones de pocos minutos se pueden soportar sin severo malestar aceleraciones vibratorias por encima de 1 g, superiores a 20 cps, y probablemente más a frecuencias más altas, donde la transmisión a través del cuerpo es menor y las amplitudes son lo suficientemente pequeñas como para ser bien soportadas por los talones u otros tejidos suaves. Existe poca información con respecto a exposiciones largas a la vibración. Los pilotos de aviación y los conductores de camiones lo encuentran muy fatigante, pero no existen estu-

344

dios adecuados en este sentido. La fatiga es un fenómeno difícil de determinar y más complicado aún de medir. El efecto de la vibración sobre el rendimiento del trabajo no se conoce aún. Obviamente, la interferencia mecánica con la agudeza visual y rendimiento de los movimientos musculares delicados puede ocurrir a amplitudes bastante pequeñas. La perturbación en la agudeza visual, que tiene un máximo en el rango de los 40 a los 80 cps, ha sido atribuido a algún tipo de resonancia del globo ocular, pero los problemas aumentan a frecuencias más bajas cuando las amplitudes son lo suficientemente grandes. 7 Hasta el presente, los problemas de rendimiento en el trabajo han de ser estudiados individualmente con poca probabilidad de poder usar los resultados de un estudio en otra situación diferente.

Respuestas patol6gicas a la vibraci6n (accidentes). No es corriente, afortunadamente, la invalidez permanente causada por la vibración. Los problemas mayores son aquellos que provienen de la pérdida auditiva a causa de niveles sonoros altos y la invalidez manual del uso continuado de herramientas vibrantes. Existe una amplia literatura clínica sobre las características de la invalidez por herramientas manuales que son conocidas como «dedos blancos», «manos muertas», «enfermedad del martillo neumático» y «fenómeno de Raynaud».ll Estas condiciones se caracterizan por dolor, entumecimiento y cianosis de los dedos expuestos al frío. A veces se evidencia algún daño en las uniones; otras veces existe enfermedad y entumecimiento de los dedos. La combinación exacta de síntomas varía con la amplitud y frecuencia de la vibración y con la forma de usar la herramienta. El espectro de la vibración muestra muchos armónicos de gran amplitud por encima de varios miles de ciclos por segundo. Muchas de estas máquinas pueden, en efecto, producir golpes agudos repetidos, más bien que vibraciones uniformes. Los martillos neumáticos o perforadoras manuales, las devastadoras y las pulidoras son todos fuentes posibles de problemas. Las máquinas eléctricas de alta velocidad parecen menos aptas para producir daño que las lentas y pesadas. Se ha hecho un intento para producir lesiones experimentales controladas. Grupos de ratas fueron expuestas durante diez a doce horas por día, con un total de unas mil horas, a vibraciones de 8 a 9 g Y 60 Y 120 CpS.12 Se observaron cambios en las respuestas de los vasos sanguíneos al frío y fueron observadas variaciones crónicas en la aparición de capilares en las garras. Estos resultados son un paso importante en la comprensión del proceso de la enfermedad. ASPECTOS DE HIGIENE INDUSTRIAL V SALUD PUBLICA DE LA VIBRACION

Aunque la vibración mecánica de todas clases es ya una parte de la vida moderna, es importante comprender sus efectos y forma de control. El control es caro; a ello se debe la ausencia de control. ¿Cuánto, entonces, debería ser tolerado? La respuesta a esto depende de un balance de costes en bienestar, tiempo, dinero, rendimiento. No existe una respuesta singular para to-

345

das las situaciones. No se puede decir nunca «tengamos tan poca vibración como nos sea posible». El establecimiento de criterios claros o niveles de tolerancia es en el presente una meta más que una posibilidad inmediata. Desde el punto de vista de la salud pública, no se desean enfermedades, ni molestias, ni problemas. Desgraciadamente, estos asuntos no son ni uniformes ni bien controlables. Nadie quiere privarse de dormir a causa de ruidos excesivos o golpes en su casa, pero lo que para un hombre es soporífero, puede producir insomnio en otro. Un hombre guardará sus problemas para sí mismo; otro se quejará ruidosamente. Frente a este problema, la palabra «tolerancia) significa lo que es aceptable para un grupo social dado. En la industria, el cuadro es diferente. El tiempo de exposición se limita según las horas trabajadas. La molestia es menos importante, ya que la actitud prevaleciente es que se le paga para eso. El problema del daño o del malestar extremo permanece, sin embargo, en la medida permitida por la costumbre y por los costes de indemnización del trabajador, existiendo una fuerte tentación para pensar solamente en función del rendimiento monetario directo. La palabra ((tolerancia» se refiere así a la capacidad del trabajador y la dirección para conformarse con las exposiciones a la vibración. Para las Fuerzas Armadas el problema es bastante diferente. En tiempo de paz, las actitudes tienden a aproximarse a las de la industria. En tiempo de guerra, sin embargo, el factor de efectividad militar supera a cualquier otro. El perjuicio personal no es deseable bajo ningunas condiciones, pero la guerra es un asunto de vida o muerte y se pueden dar pasos para reducir la exposición a tales riesgos mecánicos en tanto que mejoran, o al menos no disminuyen, el rendimiento en la lucha. Otro factor que interviene es que, en la guerra, el coste es un asunto pequeño en realidad, aunque muchos desarrollos militares tienen lugar durante tiempo de paz. Además, la lucha normalmente constituye un esfuerzo tan grande que bien puede valer la pena evitar cualquier otra tensión si es ello posible. Los párrafos anteriores se refieren a exposiciones accidentales no deseadas a la vibración. Sin embargo, la vibración puede ser también deseada y útil. La profesión médica utiliza el masaje en terapia física y la vibración es un medio conveniente de producirla. El ultrasonido ha sido muy popular en Europa como cambio de la diatermia, en parte a causa de lo fácil con que puede ser espacialmente concentrado y en parte a causa de la demanda por sus efectos mecánicos. Las últimas demandas no han sido cubiertas; pero como ocurre a menudo, se requieren largas series de pruebas y experimentos controlados para la evaluación final de cualquier procedimiento. Las grandes diferencias entre estos puntos de vista y los inevitables solapamientos de sus áreas de influencia sirven sólo para complicar el asunto. Deberían, sin embargo, enfatizar la necesidad de un conocimiento más profundo de la producción, efectos y control de la vibración para la educación continuada de todas las partes relacionadas que pueden estar en posición de hacer algo sobre ello. Los métodos de reducción de la exposición a la vibración son muchos. Puede haber reducción en la fuente, o por la construcción de barreras o cons346

trucciones aislantes. Puede utilizarse la protección sobre el mismo hombre. Puede reducirse el tiempo de exposición, bien cambiando a los trabajadores o por rotación en la tarea. Finalmente, puede existir la resignación del hombre a la exposición. Puesto que la exposición puede ocurrir en las minas, las fábricas, las tiendas pequeñas, durante los viajes e incluso en casa, las técnicas para el control de la vibración deben ser adecuadas a la ocasión y a las reacciones del sujeto, y a veces cristalizadas en ley. Criterios

Las aplicaciones prácticas de los hechos que se refieren a los estímulos nocivos requieren el establecimiento de criterios, límites seguros, niveles de tolerancia o como se le quiera llamar. Es de esperar que la discusión precedente ha puesto en claro que existe todavía mucho que aprender antes de que se puedan justificar criterios numéricos para la exposición del hombre a la vibración mecánica. Parte de los problemas provienen del hecho de que a menudo es muy difícil evitar la vibración. Obviamente, cuanto mayor es la dificultad para controlar la vibración y más hay que arriesgar en tiempo, dinero y realización, más difícil es poner límites aceptables. Para evitar frustraciones completas, sin embargo, el autor está obligado a suministrar algunos valores tentativos y esperar entonces que los trabajos futuros o bien los justifiquen o suministren una razón para modificarlos. De momento, la única posibilidad parece ser el uso de algo como la figura 1104 o un equivalente. 13 Esto exige una comprensión clara de las limitaciones. Los datos se refieren a datos subjetivos producidos en hombres adultos, de pie o sentados sobre plataformas o sillas que vibran vertical u horizontalmente. Los tiempos de exposición son del orden de un cuarto de hora. Se puede esperar que los sujetos tolerarán más vibración en tiempos más cortos y menos en tiempos más largos de exposición. No existe una definición clara de tolerancia. No existen especificaciones de la motivación de los sujetos o del tipo o complejidad de las tareas que se pueden realizar mientras se está expuesto a la vibración. Los datos son aplicados a formas de ondas simples a frecuencias singulares en un rango limitado.

CARACTERI5TICA5 MECANICA5 DEL CUERPO Estructura anatómica

El cuerpo humano es requerido para realizar una multitud de funciones complejas interrelacionadas; así que no es sorprendente que sea también una estructura mecánicamente intrincada. Tiene componentes sólidos suaves y duros, con reservas de líquido y gas. Estructuralmente, consiste en un esqueleto de huesos duros, cuyas piezas están todas enlazadas y cuyos movimientos se controlan por grupos musculares. Los órganos viscerales suaves están soportados en su interior. 347

En la figura 11.5 se muestra un croquis del esqueleto. La columna vertebral ligeramente arqueada forma el elemento estructural central. Consiste en un cierto número de vértebras individuales que son elementos aproximadamnte cilíndricos que soportan el peso y que están separadas por almohadillas fibrocartilaginosas. El cráneo se sitúa en el extremo superior de esta columna y cerca del extremo inferior se fusionan diversas vértebras para formar el sacro, que se aloja estrechamente en los huesos de la pelvis para formar la cintura pelviana. En la parte inferior de cada lado de esta cintura existe un

FIG.

348

11.5.

Diagrama esquemático del esqueleto.

agujero aproximadamente hemisférico dentro del cual se acopla la cabeza del fémur. Debajo del fémur están la tibia y el peroné, que a su vez descansan sobre el tobillo y los complejos huesos del pie. Las uniones intervertebrales están separadas por almohadillas fibrocartilaginosas, los discos intervertebrales. Las uniones de la cadera, la rodilla y el tobillo tienen lechos cartilaginosos sobre sus superficies articulares. El pie tiene una almohadilla de tejido conjuntivo resistente en la parte inferior y un complejo hueso que actúa para distribuir las cargas aplicadas. En posición sentado, las nalgas suministran una almohadilla gruesa para el aislamiento. Todas estas uniones se mantienen juntas primariamente por los ligamentos, que son flexibles y correosos, pero relativamente inextensibles. Estos ligamentos forman un enlazamiento más o menos en zigzag que permite el movimiento. La junta sacroilíaca se mantiene estrechamente unida y casi inamovible. La caja torácica y la zona de los hombros están soportadas de una forma relativamente vaga, dependiendo, de una forma considerable, de los músculos tanto como de los ligamentos para su soporte. En la posición de pie ideal, una línea vertical trazada a través del centro de gravedad pasa a través de la vértebra sacra superior y lumbar inferior ligeramente por detrás del hueco de la junta de la cadera, un poco enfrente de la junta de la rodilla y de las juntas del tobillo. Hacia arriba, la línea pasa enfrente de la curva torácica de las vértebras y finalmente a través del soporte de la base del cráneo. Los golpes verticales pueden ser recibidos por compresión de la almohadilla de las juntas, siendo los cartílagos relativamente suaves. En la pelvis existe a menudo un ligero momento hacia adelante, especialmente en los adultos más viejos. La acción de los golpes sobre la columna vertebral puede ser tanto un doblamiento o estiramiento como una compresión de las almohadillas intervertebrales. Aunque el cuerpo tiene simetría lateral, no se encuentran fuerzas laterales o momentos de giro si el cuerpo permanece en postura asimétrica. La musculatura del cuerpo, soportada desde el esqueleto por los tendones y entrelazada con una red de fibras de tejido conjuntivo, forma una estructura sustentante secundaria para el esqueleto y sus uniones. La grasa y la piel también contienen cantidades de tejidos conjuntivos sustentantes. En compresión, los tejidos suaves se asemejan al agua en sus propiedades mecánicas, pero a cortadura se aproximan a un gel rígido no lineal con pérdidas internas; aSÍ, pues~ suministran un considerable amortiguamiento para el movimiento vibratorio. En el interior de la caja torácica y la cavidad abdominal están los órganos viscerales (Fig. 11.6). Son elementos de tejidos suaves, encapsulados separadamente para deslizarse separadamente los unos sobre los otros, y están soportados, individualmente, por membranas y ligamentos suspensorios, y colectivamente, por el hueso, los músculos y los tejidos conjuntivos que los rodean. Sus pesos van desde unos gramos a varios kilogramos y la mayoría de las membranas sustentantes son fácilmente extensibles. Los riñones están embebidos en tejidos grasientos encerrados en una funda de tejido conjuntivo que los mantiene en una depresión en la parte posterior de la cavidad abdominal. El estómago está soportado por el esófago y por el diafragma, que es una gran lámina de músculos que separan la cavidad torácica

349

FIG. 11.6.

Diagrama de la distribución de las vísceras.

de la cavidad abdominal. Los pulmones, rellenos con minúsculos sacos de aire, se mantienen en su sitio contra la pared torácica por una combinación de soportes que incluyen unas diferencias de presión. El diafragma suministra también un considerable soporte para las vísceras. El cerebro y el cordón espinal tienen protección especial. El primero está rodeado por un líquido contenido la mayoría en el espacio subaranoide esponjoso en el interior de una caja de huesos, el cráneo. El cordón espinal corre

350

longitudinalmente a través de agujeros en las vértebras alineadas con ligamentos pesados para formar un tubo y está también bañado en líquido. Los líquidos del cuerpo son: 1) la sangre (5 o 6 litros) que se encuentra en el corazón, las arterias y las venas y vasos capilares; 2) el fluido celuloespinal (100 a 150 cc) que rodea el cerebro y el cordón espinal y está también contenido en el interior del cerebro en las cavidades ventriculares; 3) el fluido intersticial encontrado por todo el cuerpo bañando todas las células y los tejidos, pero no en grandes cantidades, y 4) los líquidos contenidos irregularmente en el estómago, los intestinos y la vejiga. Los gases se presentan en la cavidad oronasal, la tráquea, los pulmones y, a menudo, en el estómago y los intestinos. Los últimos órganos contienen cantidades variables de materia sólida de cuando en cuando.

Propiedades mecánicas de las células y los tejidos. Las células son las unidades constituyentes de todos los organismos vivos. Las células animales (incluyendo las humanas) varían de tamaño, desde 0,0002 a 0,02 cm. Pueden ser de forma esférica, irregular, columnarias o planas, con una estructura interna compleja. Contienen 60 a 80 por 100 de agua mezclada con sales,

FIG. 11.7. Sección de un hueso (cabeza del fémur) mostrando los tipos de estructura ósea y disposición de las trabéculas para una resistencia óptima a la tensión a lo largo de la dirección de la carga.

carbohidratos y proteínas. Tienen un núcleo a base de nucleoproteínas; contienen enzimas, proteínas y sales. El resto del interior de la célula es una solución acuosa más que viscosa, pero a veces es un gel. Algunas células tienen largos y delgados filamentos que salen de ellas. Los tejidos suaves consisten en células densamente empaquetadas que se mantienen juntas por fibras entrelazantes de tejido conjuntivo y por uniones

351

intercelulares. La sangre es un líquido que contiene casi el 50 por 100 en volumen de células rojas con forma de disco de alrededor de 0,0008 cm de diámetro junto con, relativamente, pocas células blancas con formas irregulares, que son generalmente un poco mayores. Los huesos contienen muchas células, pero están embebidas en una matriz de sales de calcio que le dan su calidad de rigidez. La estructura del hueso es bastante compleja (Fig. 11.7). Existe una capa exterior de hueso compacto duro bajo la cual hay un hueso más blando, de apariencia esponjosa, colocada de tal manera que produzca un máximo de resistencia a las tensiones que se encuentran normalmente. La médula de algunos huesos contiene tejidos formados de sangre. En la tabla 11.1 se dan algunos valores representativos de las propiedades físicas, que pueden variar considerablemente. Han sido hechas pocas de estas mediciones. Los tejidos suaves exhiben una amplia variedad de estructuras. Los músculos estriados (voluntarios) consisten en haces paralelos de células largas y delgadas que pueden estar en un estado contraído o relajado. El control de las contracciones se suministra a través de las fibras nerviosas que operan sobre Tabla 11.1.

Propiedades físicas del hueso humano

Muestras separadas de un hueso duro

Fémur

Tibia

Fuente

Gravedad específica .,. ... . .. . Módulo de Young, kg/cm2 Compresibilidad a partir de los datos de velocidad del sonido ... Impedancia acústica . Fuerza a compresión, kg/cm2 •.• • .. Fuerza a tensión, kg/cm 2 ••• • •• Fuerza a torsión, kg/cm2 ... ••• •.. • •• • •.

1,96 0,189 X 106

1,98 0,196 X 106

14

5 X 10-6 por atm 6 X lOs unidades cgs, aprox.

15 15 14 14

1757

1546 31,6

I

1848

14

14

las fibras musculares en pequeños grupos. Así, un músculo entero puede exhibir diversos grados de contracción, incluso aunque las fibras individuales tengan solamente dos estados posibles. De aquí que la elasticidad del músculo pueda variar ampliamente sobre un rango considerable. Los músculos lisos (involuntarios) se presentan principalmente en las paredes de los órganos huecos, tales como el estómago, los intestinos, los vasos sanguíneos u otros órganos especializados. El corazón consiste en un tipo especializado de fibra muscular. Los tejidos nerviosos pueden ser primariamente células (materia grasa) o fibras (materia blanca). Las últimas tienen una cantidad apreciable de grasa contenida en sus fundas. La densidad de la mayoría de los tejidos suaves está entre 1 y 1,2, teniendo los tejidos grasos valores algo menores de 1. El tejido pulmonar es todavía más ligero a causa del contenido de aire. En la tabla 11.2 se relacionan unas pocas constantes elásticas para los tejidos suaves. La curva de la figura 11.8 es un ejemplo típico de la relación tesión-esfuerzo 352

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FIG. 11.8. Curva tensión-longitud de la aorta de un perro normal. (Según Pate y Sawyer.I 8) Las líneas horizontales son una desviación estándar a cada lado de la media.

50

O ~=....L---.L.--..L----l..-----l o 10 20 30 40 so

ELONGACION EN %

encontrada para los tejidos suaves. En la tabla 11.3 se dan algunos valores estimados de las propiedades mecánicas de los tejidos musculares suaves. Características dinámicas del cuerpo

Tratándose de una estructura tan complicada como el cuerpo humano, es muy útil tener modelos o analogías mecánicas que sean lo suficientemente simples para permitir una visualización sencilla de las principales propiedades. Sería agradable tener parámetros agrupados, pasivos y lineales. A causa de la complejidad del cuerpo es necesario tener casi tantos modelos como experiencias se quieran realizar o situaciones se deseen explorar. Las suposiciones de linealidad y pasividad son justificables únicamente a las amplitudes más bajas; el uso de parámetros sencillos es apropiado sólo a bajas frecuencias. La exposición de los seres humanos a las vibraciones de baja frecuencia se produce principalmente por contacto directo con sólidos vibrantes que se comTabla 11.2.

Módulos de Y oung para tejidos suaves a presiones pequeñas

Tejidos

Kg/cm2

Fuente

Músculo desnudo (rana) relajado ... ... ... ... Músculo desnudo (rana) contraído ... ... ... Fascia lata (muslo) (hombre) ... ... '" .. , ... Tabique aórtico (perro) (longitudinal) ... ...

0,07-0,14 0,35-0,49 2109 0,35-0,70

16 16 17 18

353 23

Tabla 11.3. Propiedades acústicas de los tejidos suaves Propiedad Velocidad del sonido Compresibilidad ... ... . .. Módulo cortadura . Viscosidad cortadura .

Valor

Fuente

1500-1600 m/seg 4 X 10- 5 por atm 0,028 kg/cm 2 150 poises

19 19 20 20

portan lo suficientemente fuerte como para producir movimientos forzados del cuerpo. La maquinaria pesada y los vehículos, incluyendo tractores y aviación, son fuentes corrientes de tales vibraciones. Las herramientas manuales tales como martillos neumáticos y perforadoras producen fuerzas lo bastante grandes para golpear las manos, brazos e incluso el cuerpo de los operadores. Así tienen especial importancia los efectos de las superficies sólidas que vibran sobre las manos, los brazos, los pies o sobre el cuerpo entero en las posiciones de pie, sentado, prono o supino. A muy bajas frecuencias, el cuerpo se puede considerar como un sistema que tiene una estructura interna de elementos rígidos estrechamente acoplados, llamados los huesos. El acoplamiento es a través de las almohadillas del tejido conjuntivo y los cartílagos, reforzados por los ligamentos y los músculos. Los tejidos suaves sirven como, una derivación para la transmisión de la vibración y también como un medio de amortiguamiento. Se pueden esperar resonancias bastante bien amortiguadas donde existan masas de tejidos, todas unidas, que estén sostenidas todas de una forma semejante a un resorte. Un circuito mecánico simple valedero para un hombre de pie que soporte vibraciones verticales se muestra en la figura 11.9. La impedancia mecánica de un hombre de pie sobre una plataforma que

FIG. 11.9. Analogía mecánica simplificada para un hombre de pie sobre una plataforma que vibra verticalmente. mo es la masa del esqueleto y las partes rígidamente unidas a él. k o son la rigidez y resistencia de las estructuras de la planta del pie. Los otros valores, m, k y r, representan masas unidas con muelle y amortiguador a la estructura corporal, esto es, a la cabeza y el cuello, el brazo y el hombro, las vísceras abdominales, los glúteos y los músculos del muslo, etc.

354

vibra verticalmente se ha medido en el rango que va desde 0,5 a 100 eps (figura 11.10).21 La curva frecuencia-fase muestra que el cuerpo se comporta como una masa unitaria por debajo de los 3 cps. Existe también una inversi6n de fase que corresponde a un máximo de la amplitud de la impedancia e indica una resonancia. Este punto de resonancia es fácilmente observado sobre una máquina vibratoria y se puede relacionar al fen6meno de una inversión de la fase del movimiento de la cabeza con respecto al torso. Esto sugiere que posiblemente la cabeza y el cuello (o al menos la columna vertebral superior) actúa como una combinación masa-muelle. Se ha investigado también que la respuesta transitoria del cuerpo al impacto repentino producido durante los experimentos aéreos de eyecci6n del asiento del piloto muestran una oscilaci6n libre de la columna vertebral cerca de los 14 cps. El gráfico también muestra una segunda inversi6n de fase cerca de los 40 cps, pero no corresponde un pico en la curva de amplitud. En cualquier caso las masas y muelles efectivas aparentes debe esperarse que cambien de una parte del rango de frecuencias a otra. Estos datos están basados en, relativamente, pocas mediciones; y aunque las características generales son probablemente uniformes, los valores numéricos se puede probar que son bastante variables de un sujeto a otro. Se debe enfatizar también que los cambios en el modo de excitaci6n o en las posturas del cuerpo no necesitan necesariamente ser grandes para producir resultados apreciablemente diferentes. En el caso de un hombre sentado sobre una plataforma que vibra verticalmente, las características de impedancia no parecen ser muy diferentes de las de un hombre de pie, pero el primer cambio de fase ocurre a una frecuencia ligeramente más alta. 21 Se ha estudiado el comportamiento del t6rax aplicando presiones de aire oscilantes a la boca y midiendo el movimiento de las paredes abdominales y del t6rax y aplicando presiones alternativas al exterior de un cuerpo colocado en un respirador modificado Drinker y anotando las respuestas en la

5

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FIG. 11.10. Impedancia mecánica de un hombre de pie para la vibración vertical. (Según von Békésy.21)

355

boca. 22 Los datos indican, de momento, que existen respuestas resonantes. Para la excitación en la boca, las paredes del tórax y del abdomen se mueven en fase a 1 a 2 cps, con un retardo que se incrementa gradualmente de las áreas bajas conforme se incrementa la frecuencia. Cerca de los 4 cps, el movimiento del cuerpo entero, medido con un balistocardiógrafo, es máximo. La presión y el flujo están casi en fase cerca de los 6 cps. De 5 a 8 cps, la pared abdominal muestra respuesta máxima. En el rango de 7 a 11 cps, la velocidad de la pared torácica anterior está en fase con la presión del aire en la boca. La impedancia mecánica del área de la pared del tórax se ha determinado a partir de su respuesta a un pistón en vibración, aplicado a la superficie anterior. 23 •24 Parece ser cero la reactancia mecánica cerca de los 600 cps. Es dudoso que esta figura tenga alguna relación con las características internas de la cavidad del tórax. Posiblemente la curvatura de las costillas y los tejidos superficiales movidos de esta forma son los principales factores contribuyentes. Los valores de la resistencia obtenidos fueron del orden de 104 dinas-segundo por centímetro. 100.

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FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDO

FIG. ll.ll. Transmisión de vibración vertical a través del cuerpo de un hombre de pie, desde la plataforma a la cabeza. Pruebas en diez sujetos. (Según Coermann.7)

Como en la transmisión de vibraciones de baja frecuencia por el cuerpo, el movimiento de la cabeza de un hombre de pie sobre una plataforma que vibra verticalmente se ha comparado con el de la misma plataforma en el rango de frecuencias de 20 a 140 cps (Fig. 11.11).7 Las medidas a frecuencias más bajas muestran una resonancia en el rango de los 8 a 12 CpS.21.25 El pico probablemente corresponde al que se obtiene de las medidas de impedancia. La efectividad del tejido del cuerpo como un medio de amortiguamiento es evidentemente considerable. Esto se indicó también en los estudios sobre el uso de herramientas manuales vibrantes.26 Con una máqulina que opera a 40 y 50 cps, se encontró que había una reducción en la amplitud de la vibración 356

de 1/3 a 2/3 entre la superficie de la herramienta en contacto con la palma, donde la amplitud fue cerca de 0,5 mm, y el reverso de la mano. Entre la mano y el codo tuvo lugar una pérdida adicional y no se detectó ninguna vibración en el hombro. Las medidas incluían observaciones sobre la transmisión de los armónicos de la velocidad de funcionamiento por encima de los 5000 cps, pero no fueron suficientemente precisas para detectar alguna tendencia especial con la variación de la frecuencia. Otro tipo de estudio sobre las propiedades mecánicas, a bajas frecuencias, del cuerpo se relacionan con el balistocardiógrafo. Esta es una máquina que registra los desplazamientos mecánicos del cuerpo como reacción a los latidos del corazón. Es de interés considerable para los médicos fisiólogos como un indicador del comportamiento mecánico del corazón y su expusión de sangre a la aorta. Con cada impulso cardíaco, el corazón se contrae, cambia de posición ligeramente y obliga a la sangre a introducirse en la aorta, que efectúa un giro de 1800 sobre el corazón para llevar la sangre arterial al dorso. Simultáneamente, la sangre es bombeada a través de la arteria pulmonar a los pulmones para la reoxigenación. El impulso mecánico cardíaco viaja por la estructura corporal hacia el exterior. Si el sujeto está tendido sobre una plataforma suspendida, su movimiento refleja el latido de su corazón. Sin embargo, existe una distorsión considerable del impulso entre el corazón y la superficie externa del cuerpo. La exposición de los individuos tumbados a vibraciones horizontales de baja frecuencia con la cabeza, brazos y piernas, sin entrar en contacto con la plataforma, ha llevado a la observación de que la masa corporal resuena a los tres cps, correspondiendo a una elasticidad a cortadura de la piel de la espalda de 25 kgjm para un hombre de 70 kg Y un «Q» mecánico alrededor de 3. 27 En suma, el diafragma, el hígado y otras vísceras abdominales juegan algún papel en la transmisión. Los registros del balistocardiógrafo son, en efecto, respuestas transitorias del sistema corporal al impulso interno. De aquí se deduce que los impulsos cardíacos no pueden ser vistos hasta que se conozcan los efectos de la red de transmisión. Usando una red equivalente, basada en una estimación del cuerpo y los órganos característicos, se puede obtener lo que sería un impulso cardfaco puro, que es casi una semionda sinusoidal. Los datos precedentes se refieren principalmente a la parte del rango de frecuencias más bajo. Conforme se incrementan las frecuencias, los modelos paramétricos aproximados se hacen menos satisfactorios y es preferible tratar el cuerpo como un medio continuo complejo para la propagación de la onda. Es evidentemente más conveniente en relación con la exposición del cuerpo al sonido aéreo. Medidas de impedancia mecánica se han hecho usando un pistón vibrante o un tubo de aire resonante aplicado a la superficie del cuerpo. Esto se ha hecho para diversas regiones, sobre un rango de frecuencias más amplio y con diversos pistones o diámetros de tubos. 20 La figura 11.12 muestra algunas resistencias y reactancias de la superficie del muslo; la figura 11.13 muestra datos similares para la superficie del estómago; la figura 11.14 da valores para la parte superior del brazo. La consistencia de los datos es bastante buena, considerando las dificultades de tales medidas. 357

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11.12. Impedancia mecánica de la superficie del muslo. Nótese el efecto del área del pistón de arrastre. (Según von Gierke y otros.20)

FIG.

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EN CICLOS POR SEGUNDO

FIG. H.B. Impedancia mecánica de la superficie del estómago para un área excitada de 2 cm2• (Según Franke. 24 )

Los coeficientes de absorción para las superficies de los tejidos suaves del cuerpo se pueden calcular fácilmente a p~rtir de las impedancias, pero tales cálculos dan solamente la fracción de energía absorbida cuando el área inducida es como se especifica. La absorción por unidad de área decrece marcadamente conforme aumenta el área inducida, y las indicaciones son que sólo un poco por ciento de la energía sonora incidente se absorbe en el cuerpo cuando

358

está expuesto entero al campo de frecuencias a bajas frecuencias, disminuyendo la absorci6n conforme se incrementa la frecuencia. Debe ser tenido en cuenta que estos valores se refieren a superficies del cuerpo descubierta. La presencia de los vestidos debe incrementar la energía absorbida. No debe olvidarse esto al evaluar los efectos de la exposici6n a sonidos muy intensos.

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FIG. 11.14. Impedancia mecánica de superficie de la parte superior del brazo para varias áreas excitadas y diversos métodos de medida. (Según von Gierke y otros,zO)

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200 400 1000 4000 10,000 FRECUENCIA EN CICLOS POR SEG.

El problema de la interpretación de estos datos de impedancia han tenido bastante éxito. Se han realizado cálculos de la impedancia mecánica de una esfera rígida oscilante embebida en un medio viscoelástico isotr6pico homogéneo. 2B Los resultados son aplicables a la excitación superficial del tipo deslOS , . - - - - ¡ - - - - , - - - - ¡ - - - - r - - - - - , I

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F~ECUENCIA EN CICLOS POR SEG.

FIG. 11.15. Impedancia ofrecida a una esfera vibrante de 1 cm de diámetro por un medio viscoelástico, con una elasticidad volumétrica de 2,6 X 1010 di· nasfcm2, una viscosidad volumétrica igual a O, una elasticidad cortadura de 2,4 X 104 dinasfcm2 y una viscosidad cortadura = 150 dinas-segfcm 2• Los valores marcados son medidas experimentales en la superficie del cuerpo. (Según Oestreicher. 28 )

crito sobre las bases de observaciones emplrlCaS en que la impedancia superficial de un pistón de área dada es la mitad de la de una esfera completamente embebida del mismo diámetro. 20 La coincidencia es bastante buena con res-

359

pecto a los valores y a las características de frecuencia sobre el rango de 20 a 20000 cps (Fig. 11.15). Los valores mejor ajustados de los parámetros de la piel coinciden bastante bien con las estimaciones basadas en otros métodos. La viscosidad y elasticidad a cortadura de los tejidos suaves dados en la tabla 11.3 se obtuvieron de esta manera. Como un recordatorio de la no linealidad y variabilidad de los tejidos vivos. se muestra en la figura 11.16 el efecto de la presión del elemento excitan-

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FIG. 11.16.

Efecto de la distorsión debido a la sobrecarga de la superficie del cuerpo sobre los valores de la impedancia medida en dos sujetos experimentales A y B. (Según Franke. 24 )

te (varilla o tubo) contra la piel, sobre las componentes de impedancia de dos sujetos diferentes. La forma general de las curvas es característica del músculo, tejido conjuntivo y muchos otros tipos de tejido. La impedancia de la cabeza en un campo sonoro es de importancia considerable en problemas de conducción ósea. De las observaciones de la vibración de la cabeza producida por un pequeño receptor se ha encontrado que las resonancias del cerebro tienen lugar entre los 500 y los 1000 cps, aunque las medidas de impedancia de sujetos intactos muestran primariamente los efectos de los tejidos suaves descansando sobre el hueso. La impedancia del mastoide humano, desde 100 a 1800 cps, se muestra en la figura 11.17. Los valores calculados para parámetros mecánicos equivalentes son de alrededor de una reactancia de 10-8 y una resistencia de alrededor de 104 unidades cgs, de acuerdo con los dibujos de otros autores.29.31.32 Sin embargo, la piel sobre el mastoide puede contribuir a la existencia de una serie de resonancias en el rango de frecuencias, desde 1200 a 4000 CpS.33 Los efectos no lineales que en este caso se refieren al uso de receptores de conducción ósea, son significativos aquí también (Fig. 11.18). Se presentan resonancias en las cavidades sinusoides y oronasales de la cabeza en el rango de los 1000 a los 1500 CpS.34 Las sanciones son inconfun360

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2000

FRECUENCIA EN CICLOS POR SEGUNDOS

FIG. 11.17. Impedancia mecánica de la superficie mastoidea humana de varios sujetos. (Según Franke.3 1)

dibles y no particularmente agradables, pero parece que son significativas sólo a niveles sonoros de 150 db o más. En el rango de los ultrasonidos, casi no se han hecho estudios físicos 2XI0 4 , - - - - - - , - - - , - - - - , - - - . . i~ (,)

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~ FIG. 11.18. Efectos de la sobrecarga de la impedancia en el mastoideo. (Según Franke.31)

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200 400 600 800 1000 FUERZA APLICADA EN GRAMOS

sobre los tejidos vivos por debajo de varios cientos de kilociclos por segundo. Recientes desarrollos en el uso de ultrasonidos de alta frecuencia para diagnosis y terapia, han estimulado, sin embargo, a trabajar hacia la investigación de las propiedades físicas de los tejidos a frecuencias más altas. Aquí la longitud de onda del sonido es bastante pequeña, alrededor de 1,5 mm a un megaciclo. En este rango de frecuencias, la acústica geométrica es una aproxi361

mación mejor y la absorción de los tejidos es apreciable. Sin embargo, los cambios de medio, tejido suave, hueso y aire son importantes, ya que se crean ahí ondas estacionarias localizadas. Este rango de frecuencias es de poco interés en control de ruido, pero algunos de los estudios contribuyen a informar sobre las propiedades físicas generales de los tejidos. La velocidad del sonido y las medidas de impedancia acústica muestran que los tejidos suaves difieren relativamente poco del agua. Las medidas de absorción indican que en este rango de frecuencias los valores de la absorción aumentan lineal~ mente con la frecuencia. Este comportamiento es de interés teórico conside~ rabIe en relación con la estructura fundamental de los tejidos y se encuentra también en algunos polímetros altos, pero no se ha obtenido aún una expli~ cación satisfactoria. A frecuencias por encima de los 10 megaciclos por segundo, las pérdidas internas en los tejidos empiezan a ser muy altas. Las longitudes de onda se aproximan a las dimensiones celulares y la dispersión interna puede ser muy importante.

REFERENCIAS 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27.

362

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363

Capítulo 12 PRINCIPIOS DE CONTROL DE LA VIBRACION CHARLES

E.

CREDE

Barry Controls lnc.

DEFINICIONES

La siguiente lista de definiciones da el significado de los términos más frecuentemente usados, en éste y en los siguientes capítulos, en el control y medida de la vibración:

Vibración. Una partícula experimenta vibraciones mecánicas si tiene un cierto número de cambios de sentido de su velocidad con respecto a un sistema de referencia aplicable. Movimiento armónico simple. El movimiento armónico simple es la proyección sobre un diámetro de un punto P que se mueve sobre una circunferencia con velocidad angular uniforme. Frecuencia. La frecuencia de un movimiento es el número de veces que el movimiento se repite por unidad de tiempo. Período. Al tiempo requerido para que el movimiento complete un ciclo se le llama período; es el recíproco de la frecuencia. Desplazamiento. Con referencia a la anterior definición de movimiento armónico simple, el desplazamiento es el valor instantáneo de la distancia desde el centro del círculo a la posición proyectada del punto P sobre el diámetro. Velocidad. En el movimiento armónico simple, la velocidad es el valor instantáneo de la velocidad del punto P a lo largo del diámetro. Esto es, la derivada del desplazamiento con respecto al tiempo. Aceleración. En el movimiento armónico simple, la aceleración es el valor instantáneo de la aceleración del punto P a lo largo del diámetro. Esto es, la derivada de la velocidad con respecto al tiempo, o la derivada segunda del desplazamiento con respecto al tiempo. Amplitud. El valor máximo del ración en el movimiento armónico referencia a la definición anterior de de desplazamiento es el radio del

desplazamiento, la velocidad o la acelesimple se designa como amplitud. Con movimiento armónico simple, la amplitud círculo, la amplitud de velocidad es la

365

velocidad tangencial del punto P sobre el círculo y la amplitud de aceleración es la aceleración centrípeta asociada al movimiento del punto P sobre la circunferencia..

Excursión. En la definición de movimiento armónico simple se designa a veces excursión al diámetro de la circunferencia. Es dos veces la amplitud de desplazamiento y se le denomina a veces la amplitud de desplazamiento doble, o pico a pico para distinguirla de la amplitud de desplazamiento. Vibración libre. Vibración libre es el movimiento vibratorio que ocurre cuando un sistema elástico es desplazado de su posición de equilibrio y es abandonado. Vibración forzada. Cuando la vibración resulta de la aplicación de una fuerza externa periódica, se le llama vibración forzada. Vibración transitoria. Se llama vibración transitoria a cualquier vibración en un sistema vibrante que tiene lugar durante el tiempo requerido para que el sistema se adapte por sí mismo desde unas condiciones de las fuerzas a otras distintas. Vibración permanente. Después de que sobre un sistema ha actuado un definido tipo de fuerzas durante. un tiempo suficiente, éste se comportará según un ciclo definido. Se le llama vibración permanente. Frecuencia natural.

Es la frecuencia de la vibración libre.

Frecuencia forzada. Es la frecuencia asociada con un movimiento o una fuerza que varía armónicamente sobre un sistema. Resonancia. Cuando sobre un sistema actúa una fuerza externa de tipo armónico, cuya frecuencia iguala la frecuencia natural del sistema, la amplitud crece y se dice que el sistema está en un estado de resonancia. Amortiguación. Se conoce como tal a cualquier influencia que extrae energía de un sistema vibrante. Angulo de fase. Si se representa el movimiento armónico simple por la rotación de un vector que pasa por el punto P, el ángulo de fase de dos movimientos es el ángulo, menor que 180°, entre dos vectores rotando a la misma frecuencia angular. Transmisibilidad. Transmisibilidad se define como la relación entre el desplazamiento o amplitud de fuerza resultante y el desplazamiento o amplitud de fuerza aplicada. Deflexión estática. La deflexión del muelle o un sistema elástico, resultante del peso muerto de la carga soportada.

366

LISTA DE SIMBOLOS a = radio b = coeficiente de amortiguación bc = coeficiente de amortiguamiento crítico d = def1exión estática f = frecuencia, cps fn = frecuencia natural no amortiguada, cps fn = frecuencia natural no amortiguada en un modo acoplado, cps F = fuerza F f = fuerza de rozamiento de Coulomb F r = fuerza resultante g = aceleración de la gravedad G = módulo de elasticidad a cortadura h = altura 1 = momento de inercia 1 = impulso K = rigidez lineal K r = rigidez de rotación l = longitud m = masa mu = masa desequilibrada mc = masa de la biela m p = masa del pistón n = número de arrollamientos, soportes, etc. t = espesor, tiempo T = transmisibilidad w = anchura

W = peso x = desplazamiento lineal y = desplazamiento lineal y = módulo de elasticidad a tensión (módulo de Young) y = relación de amortiguación = b/b c 8 = distancia ~ = decremento logarítmico, sin dimensiones ~d = decremento, db/seg € = excentricidad 'YJ = relación de la amortiguación horizontal a la vertical A = relación de altura a anchura g = factor de corrección, como se define en el texto p = radio de giro T = tensión de cortadura cf> = desplazamiento angular w = frecuencia de la fuerza, radianes por segundo El subínce O indica amplitud; esto es, valor máximo de un parámetro variable Los subíndices x, y, z indican asociación con el eje coordenado de la misma designación Un acento simple indica la derivada primera con respecto al tiempo Un acento doble indica la derivada segunda con respecto al tiempo

VIBRACIONES PERMANENTES V TRANSITORIAS

En vibraciones permanentes, el desplazamiento es la distancia desde el centro O a la proyección del punto P sobre el diámetro aa, como se muestra en la figura 12.1a. La representación del desplazamiento en función del tiempo se obtiene llevando esta proyección a la ordenada de un gráfico, estando la coordenada tiempo en abscisas, y se define por la ecuación siguiente: x

= Xo sen wt = Xo sen 2'1Tft

(12.1)

donde Xo es la amplitud del desplazamiento. La velocidad angular w del punto P se expresa en radianes por segundo, donde w = 21Tf y f es la frecuencia en ciclos por segundo.

367

~-f\Mt (a)

I

I

f~ ~t (b)

I

-·_·~t I

(e)

FIG. 12.1. Ejemplos típicos de vibraciones permanentes y transitorias: (a) Vibración permanente con una frecuencia simple; (b) vibración transitoria amortiguada a una frecuencia simple, y (e) vibración transitoria no periódica irregular.

Las expresiones para la velocidad x y la aceleración x se obtienen derivando por primera y segunda vez la ecuación (12.1) con respecto al tiempo, deduciéndose las siguientes expresiones para las amplitudes de velocidad y aceleración: xo=2'1TXof

(12.2)

En la práctica, Xo está medido en centímetros, Xo en centímetros por segundo y Xo en centímetros por segundo por segundo. Este último se le divide normalmente por la aceleración de la gravedad en idénticas unidades y, por tanto, se expresa adimensionalmente. Las relaciones entre estas amplitudes y la frecuencia en el movimiento armónico permanente se muestra gráficamente en la figura 12.2. . Si la amplitud del desplazamiento no sigue un comportamiento repetitivo a lo largo de intervalos consecutivos de tiempo, el movimiento es transitorio. Se puede describir por medio de un punto que se mueve a lo largo de un contorno no circular. Por ejemplo, existen con frecuencia movimientos con un decrecimiento continuo de la amplitud del desplazamiento, que se pueden definir mediante un punto que se mueve a lo largo de una espiral convergente, como se ilustra en la figura 12.1h. La forma del decrecimiento es función del tipo de amortiguamiento y se trata en detalle en este capítulo en el apartado que habla de vibraciones libres de sistemas de un solo grado de libertad. En muchos casos, tal vibración se puede describir mediante parámetros numéricos, como la amplitud, la frecuencia y la forma del decrecimiento. En muchos problemas de ingeniería, las vibraciones transitorias im368

10 FRECUENCIA

lOO

1,000

(f >. C.P. s. FIG. 12.2. Diagrama para el movimiento armónico, mostrando la relación entre la frecuencia y las amplitudes de desplazamiento, velocidad y aceleración. (Crede.I)

plican comportamientos no regulares, como se ilustra en la figura 12.1c. Cuando esto ocurre, no es posible describir la vibración mediante parámetros numéricos, y es necesario plasmar gráficamente el desplazamiento, la velocidad o la aceleración en función del tiempo.

SISTEMA DE UN GRADO DE LIBERTAD Vibración libre

La vibración se ongma generalmente al aplicar a un sistema elástico una fuerza fluctuante o un par. En la discusión siguiente, el sistema elástico se representa esquemáticamente por el sistema amortiguado de un simple grado de libertad, ilustrado en la figura 12.3. Este sistema consiste en un cuerpo

369 24

rígido, obligado por dos guías sin rozamiento, a moverse sólo en dirección vertical, un muelle sin masa (véase el apartado sobre Ondas permanentes, en el Cap. 13, para conocer los efectos en la onda cuando se considera la masa del muelle) y un amortiguador sin masa, cuyas propiedades se discutirán en detalle más tarde. Este sistema se conoce como sistema de un solo grado de libertad, porque su situación puede ser definida en cualquier instante por una única coordenada, la altura del cuerpo con respecto a cualquier plano de

CUERPO RIGIDO

I.J;,

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GUÁDOR FIG. 12.3. Sistema de un solo grado de libertad, amortiguado viscosamente.

....-V/SCOSO

7777/7/7'}';~Y/7Zi~77//7-f s

referencia. Es conveniente para la resolución matemática suponer que el amortiguamiento es viscoso; es decir, la fuerza aplicada por el amortiguador al cuerpo es directamente proporcional a la velocidad de cuerpo con respecto a su soporte y está desfasada 1800 con ella.

Frecuencia natural. En general, un sistema tiene una frecuencia natural por cada grado de libertad; el sistema de un solo grado de libertad, representado en la figura 12.3, tiene, por tanto, una frecuencia natural. La frecuencia natural puede definirse como el número de oscilaciones verticales que el sistema realizará en la unidad de tiempo cuando se le desplaza de su equilibrio y se le permite vibrar libremente. La expresión para la frecuencia natural del sistema de la figura 12.3 expresada en ciclos por segundo, es:

donde K es la rigidez del muelle en kilogramos por centímetro, W = mg es el peso del cuerpo en kilogramos, g es la aceleración de la. gravedad en centímetros por segundo al cuadrado, b es el coeficiente de amortiguación a kilogramos por centímetro por segundo y b c =2(KW/g)1/2 es el valor de b para el cual el amortiguamiento es crítico. Un sistema con amortiguamiento crítico

30 I 0.02

25 iI

FRECUENCIA NATURAL EN CPS 15 10 9 8 7 6 5

20

I 0.05

I

I 11

i

I

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Ii

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4

3

I ,,----L.----r-.L..,i-~I I I I

0.1 0.2 0.5 1.0 DESVIACION ESTATlCA EN CM

2.0

5

12.4. Relación entre la frecuencia natural y desviación estática para un sistema lineal de un solo grado de libertad.

FIG.

370

vuelve al equilibrio sin oscilación cuando se le desplaza; es decir, no tiene frecuencia natural, como puede verse sustituyendo b = be en la expresión anterior. Excepto en circunstancias especiales, el amortiguamiento es relativamente pequeño y su influencia sobre la frecuencia natural puede ser despreciada. Haciendo el coeficiente de amortiguamiento b igual a cero, el sistema se transforma en un sistema de un solo grado de libertad no amortiguado, cuya frecuencia natural viene dada por las siguientes expresiones:

tn=

¡Kg '\ ¡1 VW=4,98 Vd

1 '\

2-rr·

(12.3)

cps

donde d es la desviación estática del muelle, en centímetros, bajo el peso del cuerpo. La relación entre la frecuencia y la desviación estática dada por la ecuación (12.3), se muestra gráficamente en la figura 12.4. Esta relación es válida sólo si el muelle K es lineal y sus rigideces estáticas y dinámicas son iguales. El efecto de un muelle no lineal se discute en el apartado que trata sobre

FIG. 12.5. Típico sistema de un solo grado de libertad, que puede girar alrededor de un eje perpendicular al papel.

(a)

(b)

vibración libre de un sistema de un solo grado de libertad; las diferencias entre las rigideces estáticas y dinámicas aparecen principalmente en ciertos materiales orgánicos que se estudian en la sección Propiedades generales de los materiales, en el capítulo 3. . Un sistema de un solo grado de libertad puede tenerlo en rotación alrededor de un eje que pasa por el centro de gravedad de la masa del sistema. Por ejemplo, el disco o cilindro mostrado en la figura 12.5a puede estar obligado a girar sólo alrededor de su eje de simetría normal al papel. Si la rotación sobre este eje está contrarrestada elásticamente por un muelle torsional con un coeficiente K" la frecuencia natural no amortiguada del giro es:

1 '\ I K r

tn= 27T

VT

cps

(12.4)

donde K r está en kilogramos por centímetro por radián e 1 está en kilogramos por centímetro por segundo al cuadrado. Si el muelle torsional de la figura 12.5a se reemplaza por dos muelles 371

lineales K/2 colocados como se muestra en la figura 12.5b, la frecuencia natural no amortiguada de giro está dada por la ecuación siguiente: fn=_l_'\ I K8 =_l_~'\ I Kg cps 21T V mp2 2m' p V W 2

(12.5)

donde K está en unidades de kilogramos por centímetro y p es el radio de giro en centímetros. La comparación de las ecuaciones (12.3) y (12.5) muestra que la frecuencia natural de giro del sistema de la figura 12.5b es la frecuencia natural qe la traslación vertical multiplicada por 8/p.

Rigidez no lineal. En la expresión de la frecuencia natural, ecuación (12.3), la rigidez K es la pendiente de la curva desviación-fuerza. Cuando la curva desviación-fuerza es la línea recta a de la figura 12.6, la rigidez K es constante. La curva desviación-fuerza puede ser no lineal, como se ve en b; un peso W 1

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b

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68,0


a:

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4,5

9,1

13,6 18,1 27,2

45,4

68,0

PESO SOPORTADO POR EL MUELLE (W), KG

K,

L

0,25 0,50 0,76 1,02 DESVIACION (X), CM

1,27

12.6. Curvas fuerza-desviación para un sistema lineal (a) y un sistema no lineal (h). FIG.

:,.....-

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a::

11, 3

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Ü

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I

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O+-

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I

o

FIG. 12.7. Curvas que muestran la relación entre la frecuencia natural y el peso soportado para las curvas frecuencia-desviación: (a) lineal y (h) no lineal, mostrados en la figura 12.6. (Crede.I)

aplicado al muelle causa entonces una desviación Xl' Si se hace vibrar ahora el sistema con una amplitud relativamente pequeña, puede considerarse que la vibración consiste en el movimiento de oscilación de un punto a lo largo de la curva fuerza-desviavión una pequeña distancia a cada lado de una línea vertical que pasa por Xl' La pendiente K I de una línea recta tangente a la curva fuerza-desviación en un punto de desviación Xl y peso Wh puede entonces sustituirse en la ecuación (12.3) para obtener la frecuencia natural. Este valor de la frecuencia natural es aplicable sólo para vibraciones de pequeña amplitud. Si se incrementa la carga aplicada al muelle lineal, se incrementa el valor 372

de W en la ecuaClOn (12.3), mientras que el valor de K permanece constante. La frecuencia natural del sistema disminuye, por tanto, con un incremento de la carga soportada, como se indica en la curva a de la figura 12.7. Para cargas relativamente pequeñas, aplicadas al sistema b de la figura 12.6, se obtiene un resultado similar. Para cargas mayores, la rigidez aumenta más deprisa que la carga y la frecuencia natural aumenta con cada adición de carga, como se indica en la curva b de la figura 12.7. La frecuencia natural corresponde al valle de la curva b, es el mínimo que se puede alcanzar en un sistema cuya curva b fuerza-desviación tiene las características mostradas en la figura 12.6. Cuando se determina la frecuencia natural de un sistema no lineal, es importante señalar si toda la carga proviene del peso muerto del cuerpo. Si la carga W 1 representa el peso del cuerpo soportado, el cálculo anterior de la frecuencia natural es válido para pequeñas amplitudes. El peso de la carga puede ser solamente W o, como se indica en la figura 12.6, y el incremento de carga entre W o y W1 puede ser el resultado de una correa motriz, por ejemplo. Puesto que existe una desviación x., el valor apropiado para la rigidez es la pendiente K 1• La carga debida sólo a la masa en el sistema, sin embargo, se representa por W o• Al usar la ecuación (12.3), el valor de W se debe sustituir por W o y el valor de K por K 1• Efecto de amortiguamiento. Si un sistema amortiguado por viscosidad con amortiguamiento inferior al crítico es desplazado de su posición de equilibrio y se le permite vibrar libremente, la amplitud de la vibración decrece conti-

r-

I

I

I

~-------

PlG. 12.8. Curvas típicas de decrecimiento de la amplitud para: (a) sistema con amortiguamiento viscoso y (b) sistema con amortiguamiento de Coulomb.

.

-

(a)

(b)

nuamente, como se demuestra en la figura 12.8a, y se aproxima asintóticamente a cero. Si el amortiguamiento es superior al crítico, el sistema no oscila, pero retorna antes a la posición de equilibrio. El valor del amortiguamiento que separa estas dos condiciones, esto es, 373

el valor mínimo del coeficiente de amortiguamiento b que puede causar un retorno gradual sin oscilación, es el amortiguamiento crítico del sistema. Se relaciona con otra característica física del sistema mediante b c =4Trmlm donde b c se expresa en kilogramos por centímetro por segundo, m en kilogramos por segundo al cuadrado por centímetro y In en ciclos por segundo. Desde un punto de vista matemático, es conveniente definir el amortiguamiento referido al amortiguamiento crítico bc. Esto da la relación adimensional de amortiguamiento b/b c• En sentido físico, el amortiguamiento de un sistema se evalúa observando la forma de decaer la vibración libre. Utilizando las amplitudes de vibración en dos ciclos sucesivos de la vibración, el amortiguamiento del sistema se puede definir mediante el decremento logarítmico. El decremento logarítmico es el logaritmo natural de la relación entre la amplitud en cualquier ciclo dado de la vibración y la amplitud en el ciclo siguiente. El decremento logarítmico ~ se relaciona con la relación adimensional de amortiguación b/bc mediante la siguiente ecuación: (12.6) En un sistema ligeramente amortiguado, el decremento de amplitud entre dos ciclos sucesivos de vibración puede ser demasiado pequeño para medirlo convenientemente. La relación de amplitudes tomada sobre un intervalo de varios ciclos y expresada en decibelios, se puede referir a la relación adimensional de amortiguación b/b c• Aquí interviene la frecuencia natural del sistema y se expresa por la ecuación: ~d = 54,51n

b

b

db/seg

(12.7)

c

donde f n es la frecuencia natural no amortiguada en ciclos por segundo. En un sistema viscosamente amortiguado, la fuerza de amortiguación es directamente proporcional a la velocidad a través del amortiguador y actúa en sentido opuesto a esta velocidad. Esto da envolvente exponencial a la curva de decaimiento a la figura 12.8. Puesto que este envolvente se aproxima a cero asintóticamente, teóricamente la vibración nunca deja de existir. En un sistema coulombiano amortiguado por fricción, la fuerza amortiguante es una constante independiente de la velocidad y actúa en sentido opuesto a la velocidad. En vibraciones libres, la amplitud decrece con un incremento constante en cada ciclo. La envolvente de los picos del movimiento vibratorio es, por tanto, una línea recta, como se ilustra en la figura 12.8b, y encuentra el cero después de un tiempo finito.

374

VIBRACIONES FORZADAS

Excitación por una fuerza

El sistema viscosamente amortiguado de un solo grado de libertad, mostrado en la figura 12.3, puede realizar vibraciones forzadas aplicando una perturbación que varía periódicamente, bien una fuerza que actúa sobre el cuerpo rígido o bien un movimiento de soporte. Si la vibración forzada es consecuencia de una fuerza periódica F = Fo cos 2trft aplicada al cuerpo, la ecuación diferencial del movimiento se obtiene igualando 10

%c=O

8

0.05

6

5

~0.10

4

lA

/J¡~V' r\ro.2O

2

~~~ ~50

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1.0 .

1.0

ft-...

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........

\\.

o

l\ '\.

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X %c=I.O/ ~/ ~ ~

0.3

~ 0.10 0.05, ~ 0.50 0.20

~

~ 0.2 a:

....

O,

0.1

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0.04

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0.06 0.05

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"

'\ \1\

0.03

\\ "

0.02

\

1\

r\ 0.01

r\ 0.01

0.2

COCIEN TE

0.3

0.5

1

2

3

5

FRECUENCIA FORZADA ( FRECUENCIA NATURAL NO AMORTIGUADA

10

f ) fn

FIG. 12.9. Curvas que muestran el cociente entre la amplitud de vibración y la desviación estática equivalente, en función del cociente de las frecuencias forzada y natural no amortiguada. Estas curvas se aplican al sistema viscosamente amortiguado de un solo grado de libertad, que se muestra en la figura 12.3, cuando es excitado por una fuerza F=Fo cos 2'TTft aplicada al cuerpo rígido.

375

la fuerza de inercia a la suma de las fuerzas externas aplicadas. Véase ecuación (4.43) de referencia 1. La amplitud del desplazamiento Yo del sistema viscosamente amortiguado, se expresa convenientemente en función de números adimensionales como sigue:

PolK

Yo

cm

[12.8]

donde Po está en kilogramos, K en kilogramos por centímetro y las relaciones de frecuencia de amortiguamiento tltm blbc son adimensionales. La rela10

In

-l-~

8

11

I

6

5

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4

-

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3

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0.6 0.5

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0.4 0.3

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0.1

0.04

\\\

f.O

\\\

~

I'~

11.'\'\

'\\\

0.08

g

\\\ ~

,

~

~

<.>

0.03

'\~

0.02

0.01 0.1

~~ 0.2 COCIENTE

FIG. 12.10.

1-

050

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~

....
l1J

e-

\\\ \ \\

.......

0.2

0.06 0.05

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1-

I

m

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~

~.~~

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Q.Ul

l1J

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~005

I ~020-

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1

I

~O.lO

l1J
OZ o ~

I

"'" ::----"b/bc=O'

0.3

0.5

1

2

3

5

FRECUENCIA FORZADA FRECUENCIA NATURAL NO AMORTIGUADA

~ 10

(f 1 fn!

Curvas de transmisibilidad de desplazamiento y fuerza para un sistema de un solo grado de libertad viscosamente amortiguado. Con referencia a la figura 12.3, la transmisibilidad de la fuerza es la relación de la fuerza máxima transmitida a la fuerza máxima aplicada F o• La transmisibilidad de desplazamiento es la relación de la amplitud de desplazamiento Yo a la amplitud del desplazamiento aplicado So.

376

ci6n definida por la ecuaci6n 12.8 se muestra gráficamente en la figura 12.9. Estas curvas no son las de transmisibilidad en el sentido usual, sino curvas que muestran la amplitud de desplazamiento Yo asociada con la vibraci6n forzada de sistema. El movimiento del cuerpo rígido a menudo es menos importante que la proporci6n de la fuerza que se transmite, a partir del muelle del amortiguador, al soporte. Las dos partes de la fuerza transmitida no están en fase y, por tanto, deben sumarse vectorialmente. La transmisibilidad se define como el valor absoluto de la relaci6n de la suma vectorial de las amplitudes de la fuerza transmitida a la amplitud de la fuerza aplicada Fo: (12.9)

La figura 12.10 muestra gráficamente la transmisibilidad. Excitación por movimiento

La vibraci6n forzada del sistema mostrado en la figura 13.3 puede provocarse también por un movimiento peri6dico del soporte definido por s = s cos 27Tft. En este caso, sobre el cuerpo rígido s610 actúan las fuerzas aplicadas en el muelle y en el amortiguador. Llamando Yo a la amplitud de desplazamiento del cuerpo, la transmisibilidad del desplazamiento se define como el valor absoluto de la relaci6n Yo/so. La expresi6n matemática de la transmisibilidad del desplazamiento es idéntica a la expresi6n correspondiente a la transmisibilidad de una fuerza, de la ecuación (12.9). La familia de curvas de la figura 12.10, por tanto, expresa la transmisibilidad de desplazamiento tanto como la transmisibilidad de una fuerza. La transmisibilidad dada por la ecuaci6n (12.9) y mostrada en la figura 12.10 es funci6n s6lo de la relaci6n f/f n de la frecuencia forzada a la frecuencia natural no amortiguada y la relaci6n de amortiguamiento b/bc • La transmisibilidad alcanza un máximo para una relaci6n de frecuencia igual a la unidad X 50 el

:21 ~

1"

"-



i'-. [\..

x

'\ I

l'

4

" t".

iñ 3 ¡¡;

ien

12.n. Transmisibilidad en función de la relación de guamiento viscoso para un viscosamente amortiguado de grado de libertad. (Crede.t) FIG.


máxima amortisistema un solo

i

................

a::

~

10.01

0.05

0,1

,0,,5,

+

1.0

RELACION DE AMORTIGUAMIENTO VISCOSO

( ~c) 377

cuando b/bc es igual a cero, y para una relación de frecuencia siempre menor que la unidad, cuando la relación de amortiguamiento es mayor que cero. El valor numérico de la transmisibilidad máxima y la relación de frecuen~ cias, a la cual tiene lugar la transmisibilidad máxima, depende sólo de la re~ lación de amortiguamiento b/bc- La transmisibilidad máxima ocurre cuando

f

-1 +

In

,,¡ 1 + 8(b/bc)2 4(b/b c)2

(12.10)

El valor maxlmo de la transmisibilidad se halla sustituyendo en la ecua~ ción (12.9) la expresión para la relación de frecuencias dada por la ecua~ ción (12.10). Esto da la siguiente expresión para la transmisibilidad máxima: 4(b/bcf

T máx =

-vi 16(b/bc)4 -

8(b/b cf

(12.11)

- 2 + 2"¡ 1 + 8(b/bc )2

La transmisibilidad máxima es así solamente función de la relación de amortiguamiento b/bc , como se ilustra en la figura 12.11. Cuando la relación de amortiguamiento es igual o menor que 0,1, la transmisibilidad máxima se define aproximadamente por la siguiente expresión: 1 T máx::::::: 2(b/bc )

(12.12)

SISTEMA DE VARIOS GRADOS DE LIBERTAD

El sistema de un solo grado de libertad, mostrado en la figura 12.3, es adecuado para ilustrar los principios fundamentales de la vibración, pero es de demasiada simplicidad para las aplicaciones prácticas. Las guías rígidas para constreñir el movimiento de una masa elástica no son consistentes con los re~ querimientos en muchas aplicaciones. Es necesario normalmente considerar la existencia de la libertad de movimiento en todas direcciones, debido a la existencia de fuerzas y movimientos y debido a la elasticidad de las restric~ ciones. Modos naturales de vibración

Considérese ahora un cuerpo simétrico soportado por los muelles idénticos en cada una de las ocho esquinas y libre de guías rígidas, como se muestra en la figura 12.2a. Este es un sistema de seis grados de libertad. Es libre de moverse horizontal y verticalmente en el plano del papel y rotacionalmente con respecto a un eje normal al papel. Además, si se ve en un plano vertical normal al plano del papel, tiene libertad similar de movimiento horizontal y rotacional. Cuando se mira desde arriba, es libre de girar con respecto a un eje vertical. El sistema tiene una frecuencia natural en cada uno de estos seis modos naturales de vibración, tres en los modos translatorios a lo largo de 378

tres ejes perpendiculares entre sí y tres en los modos rotacionales con respecto a estos tres mismos ejes. Cualquier vibración puede resolverse en componentes de estos modos. Cuando los soportes resilientes se localizan asimétricamente con respecto al eje de gravedad del cuerpo, pueden aparecer acoplados ciertos modos de vibración translatorios y rotacionales. Un modo acoplado de vibración puede estar compuesto, por ejemplo, por un componente translatorio y una componente rotacional sobre un eje que no pase por el centro de gravedad. Si los soportes se colocan en la parte inferior, como se muestra en la figura 12.21b, la vibración en el modo translatorio horizontal se acopla a la vibración en el

FIG.

12.12.

Diagrama esquemático de:

(a) sistema con varios grados de liber-

tad, que tiene modos naturales desacoplados de vibración; (b) sistema de varios grados de libertad, que tiene modos naturales acoplados de vibración.

(a)

(b)

modo rotacional, en el cual el cuerpo vibra en rotación con respecto a un eje por debajo del centro de gravedad del cuerpo. Además, la vibración rotacional de la figura 12.12a se acopla a la vibración del modo translatorio horizontal, por lo que el cuerpo vibra con respecto a un eje situado por encima del eje de gravedad. Un cuerpo sobre soportes resilientes puede vibrar en un modo natural simultáneamente con, pero independientemente de, su vibración en otros modos naturales, si los respectivos modos están desacoplados. Si los modos están acoplados, la vibración en un modo acoplado no puede tener lugar independientemente de su vibración en otros modos naturales que estén acoplados a él. El acoplamiento depende de la rigidez y situación de los soportes resilientes y de la distribución de masa del cuerpo soportado. Se pueden aplicar las siguientes pruebas a un cuerpo que esté sobre soportes flexibles: Si se desea determinar si es desacoplada la vibración translatoria en una dirección determinada, se aplica una fuerza constante que pase por el centro de gravedad y en la dirección especificada. Si el cuerpo se mueve en la dirección de la fuerza sin rotación, la vibración translatoria en la dirección de la fuerza es desacoplada de la vibración en otros modos. El significado de este test se puede ilustrar con referencia a la figura 12.12b. Cuando se le aplica al cuerpo una fuerza vertical a lo largo de una línea que pasa por el centro de gravedad, el cuerpo se mueve verticalmente sin rotación. El modo translatorio vertical es, por tanto, desacoplado. Sin embargo, una fuerza horizontal a través del centro de gravedad, no sólo desplaza el cuerpo horizontalmente, sino que lo obliga a girar sobre un eje situado por debajo del cuerpo. Los modos horizontal y rotacional son, así, acoplados y la vibración en uno de estos modos no puede existir independientemente de la vibración en el otro modo.

379

Vibración forzada; dos planos de simetría

Uno de los casos más comunes de vibración en los modos acoplados de un cuerpo rígido sobre soportes elásticos es el del sistema mostrado en la figura 12.13. Es un sistema no amortiguado compuesto por un cuboide rígido, soportado por cuatro muelles situados cerca de las cuatro esquinas inferiores. Es simétrico con respecto a dos planos verticales coordenados que pasan por el centro de gravedad, siendo uno de ellos paralelo al plano del papel. A causa de esta simetría, la vibración en el modo translatorio vertical es desacoplada de la vibración en los modos horizontales y rotacional. La frecuencia natural en el modo translatorio vertical está dada, por tanto, por la ecuación (12.3), donde la rigidez K es la suma de las rigideces K y de la figura 12.13, y se aplica el análisis de vibración forzada de un sistema de un solo grado de libertad del apartado de Vibraciones forzadas de este capítulo. La vibración del sistema está forzada por la fuerza F=Fx cos 27Tlt, aplicada en la dirección del eje X a una distancia € sobre el centro de gravedad y en uno de los planos de simetría. Las ecuaciones diferenciales del movimiento para el cuerpo en los modos acoplados translatorio horizontal son como sigue:

mx = - 4K x + 4K a ep + F cos 2'1Tft lep =4K a x - 4K 8;ep - 4K a