Sonómetro multicanal IEC 61672-1 OpenTest

Este artículo presenta un sonómetro multicanal desarrollado sobre la plataforma OpenTest y diseñado para cumplir los requisitos técnicos de la norma IEC 61672-1.

Al integrar el sistema de adquisición de datos SonoDAQ con micrófonos de grado de medición, el sistema implementa las ponderaciones de frecuencia estándar A/C/Z, las ponderaciones de tiempo F/S/I y permite la medición precisa de magnitudes acústicas estándar como Lp, Leq y Ln.

La solución es aplicable a una amplia gama de escenarios, incluidos la monitorización de ruido ambiental, las pruebas de ruido de productos y las aplicaciones de NVH en automoción.

De sonómetros portátiles a plataformas de medición de nivel de sonido multicanal

En las pruebas de acústica y vibraciones, una pregunta fundamental aparece en casi todos los proyectos: «¿Qué tan ruidoso es?»

Desde equipos de oficina y electrodomésticos hasta NVH en automoción y maquinaria industrial, las normativas, normas y criterios internos de calidad dependen todos de la evaluación cuantitativa del nivel de presión sonora (SPL).

Tradicionalmente, esto se realiza utilizando un sonómetro portátil conforme a la norma IEC 61672, colocado en una posición especificada para leer un nivel sonoro ponderado A para comprobaciones de conformidad y verificación de calidad.

La norma IEC 61672 define requisitos detallados para los sonómetros en términos de ponderación en frecuencia, ponderación temporal, linealidad, ruido propio y rango dinámico, y clasifica los instrumentos en Clase 1 y Clase 2, siendo la Clase 1 la que tiene requisitos más estrictos y es adecuada para ensayos de laboratorio y de homologación de tipo.

A medida que evolucionan las estructuras de los productos y los requisitos de ensayo, los ingenieros esperan cada vez más de lo que puede ofrecer un único sonómetro portátil:

• Medir varias posiciones simultáneamente para comparar diferentes ubicaciones o puntos de funcionamiento
• Combinar los datos de nivel de sonido con espectros y análisis por bandas de octava para identificar rápidamente las regiones de frecuencia problemáticas
• Sincronizar la medición de nivel de sonido con velocidad, vibración, temperatura y otras magnitudes físicas para el diagnóstico NVH
• Integrar la medición de nivel de sonido en flujos de trabajo de ensayo automatizados y por lotes, en lugar de depender de verificaciones puntuales manuales

Esto conduce a la demanda de sonómetros multicanal: sistemas que no solo cumplen los requisitos de exactitud de Clase 1 de la norma IEC 61672-1, sino que también proporcionan capacidad multicanal, escalabilidad y automatización.

OpenTest, desarrollado por CRYSOUND, es una plataforma de nueva generación para ensayos de acústica y vibraciones. Su módulo de medición de nivel de sonido dedicado, combinado con el hardware de front-end CRY5820 SonoDAQ Pro y micrófonos de medición, permite mediciones de nivel de sonido multicanal coherentes con los sonómetros de Clase 1.

Figura 1. De sonómetros portátiles a plataformas de medición de nivel de sonido multicanal

IEC 61672: ¿Qué estamos midiendo realmente?

Significado del nivel de presión sonora (Lp)

El nivel de presión sonora (SPL) es una medida logarítmica de la presión sonora eficaz prms relativa a la presión de referencia p0, que es 20 μPa en aire, y se define como:

Cuando prms = 1 Pa, el SPL es aproximadamente 94 dB, por lo que 94 dB / 1 kHz se utiliza habitualmente como nivel de referencia para los calibradores acústicos.

Ponderación en frecuencia: A / C / Z

La sensibilidad del oído humano varía con la frecuencia. La norma IEC 61672 exige que todos los sonómetros admitan la ponderación A, mientras que los instrumentos de Clase 1 también deben admitir la ponderación C. La ponderación Z (ponderación cero, es decir, respuesta plana) es opcional.

• Ponderación A (dB(A))
  Basada en la curva de igual sonoridad de 40 fonios, con una atenuación significativa en las frecuencias bajas y muy altas. Se utiliza ampliamente en normativas y estándares como un indicador correlacionado con la sonoridad percibida.
• Ponderación C (dB(C))
  Mucho más plana que la ponderación A, con menor atenuación en bajas frecuencias. Es adecuada para evaluar niveles de pico, ruidos mecánicos y eventos de alto nivel.
• Ponderación Z (dB(Z))
  Esencialmente plana dentro del ancho de banda especificado, preserva la distribución original de energía espectral y es útil para análisis detallados.

Aunque la ponderación A domina en las normativas, no es un modelo psicoacústico perfecto. En casos que implican un contenido fuerte de bajas frecuencias, modulación o componentes tonales, los niveles ponderados A pueden subestimar la molestia percibida.
Por tanto, para el diseño y el diagnóstico se recomienda combinar la ponderación C/Z, los espectros por bandas de octava y las métricas de calidad sonora.

Ponderación temporal: Fast / Slow / Impulse

La norma IEC 61672 define las siguientes ponderaciones temporales:

• F (Fast): constante de tiempo ≈ 125 ms, adecuada para niveles de sonido que fluctúan rápidamente
• S (Slow): constante de tiempo ≈ 1 s, adecuada para observar las tendencias generales
• I (Impulse): diseñada para señales impulsivas, más sensible a picos de corta duración

Los descriptores de nivel de sonido más habituales incluyen:

• LAF / LAS / LAI: niveles sonoros ponderados A con ponderación temporal Fast / Slow / Impulse
• LCpeak: nivel sonoro de pico ponderado C

Magnitudes energéticas y estadísticas: Leq, SEL, Ln

La norma IEC 61672 también define magnitudes acústicas de uso común:

• Leq,T / LAeq,T
  Nivel sonoro continuo equivalente sobre un periodo de tiempo T, ampliamente utilizado en la evaluación de ruido ambiental y de productos.
• Exposición sonora y nivel de exposición sonora: E, LE / LAE (SEL)
  Representan la energía sonora total de un evento, y se utilizan habitualmente para la evaluación de ruido de aeronaves, tráfico y eventos únicos.
• Lmax / Lmin: niveles sonoros máximo y mínimo bajo una ponderación temporal especificada
• Lpeak (normalmente LCpeak): nivel sonoro de pico basado en la presión sonora de pico
• Niveles estadísticos Ln (L10, L50, L90, etc.)
  Niveles superados durante n% del tiempo de medición, utilizados habitualmente en el análisis de ruido ambiental.

Niveles por banda: bandas de octava y de 1/3 de octava

Aunque los filtros por bandas de octava se especifican en la norma IEC 61260, la norma IEC 61672 está alineada con ellos en cuanto a la respuesta en frecuencia y las frecuencias centrales normalizadas. Los análisis más habituales incluyen:

• niveles por bandas de 1 octava (p. ej. 31,5 Hz-16 kHz)
• niveles por bandas de 1/3 de octava, que ofrecen una resolución en frecuencia más fina para identificar ruido de banda estrecha y resonancias estructurales

En conjunto, estas magnitudes definen el alcance completo de la medición de nivel de sonido, desde lecturas instantáneas hasta valores promediados en el tiempo, y desde niveles de banda ancha hasta análisis con resolución en frecuencia.

Medición de nivel de sonido con OpenTest

Configuración: creación de la cadena de señal desde la fuente hasta el software

Preparación del hardware

• Front-end de adquisición de datos
  Por ejemplo, CRY5820 SonoDAQ Pro, un sistema modular de adquisición de datos multicanal que admite de 4 a 24 canales por unidad y es escalable a miles de canales. Dispone de ADCs de 32 bits, hasta 170 dB de rango dinámico, aislamiento entre canales de 1000 V y precisión de sincronización PTP/GPS ≤100 ns, siendo adecuado tanto para ensayos acústicos y de vibración en laboratorio como en campo.
• Sensores
  Uno o más conjuntos de micrófonos de grado de medición (con preamplificadores), ubicados en posiciones representativas de medición o de escucha.
• Ordenador y software
  Un PC con OpenTest instalado y el módulo de medición de nivel de sonido con licencia.

Conexión de dispositivos y canales en OpenTest

1. Inicie OpenTest y cree un proyecto nuevo.
2. En Hardware Settings, haga clic en "+"; los dispositivos disponibles (incluidos los conectados mediante openDAQ o ASIO) se detectan automáticamente.
3. Seleccione los dispositivos de adquisición necesarios (por ejemplo, SonoDAQ) y añádalos al proyecto.
4. En Channel Settings, añada los canales de micrófono y configure la frecuencia de muestreo y el rango de entrada.

En este punto, la cadena de señal Fuente de sonido → Micrófono → DAQ → OpenTest queda completamente establecida.

Calibración: establecimiento de la referencia acústica

Para garantizar la exactitud absoluta, cada canal debe calibrarse utilizando un calibrador acústico de Clase 1.

1. Abra el cuadro de diálogo Calibration en OpenTest.
2. Seleccione los canales de micrófono que se van a calibrar.
3. Monte el calibrador en el micrófono e inicie la calibración.
4. Una vez que la lectura se estabilice, complete la calibración.

OpenTest actualiza automáticamente la sensibilidad de los canales de forma que se alinee el punto de referencia de 94 dB SPL.

Para pruebas comparativas, se puede calibrar un sonómetro portátil (por ejemplo, CRY2851) utilizando el mismo calibrador (por ejemplo, CRY3018) para garantizar que ambos sistemas compartan la misma referencia acústica.

Medición: adquisición de historiales temporales de nivel de sonido

Cambie al módulo Sonómetro en OpenTest y seleccione:

• Canales de medición
• Magnitudes a calcular (Lp, Leq, Ln, etc.)
• Ponderación en frecuencia (A / C / Z, calculadas simultáneamente)

Las condiciones de funcionamiento típicas pueden incluir:

• Reposo
• Carga típica
• Carga máxima

Para cada condición:

1. Estabilice el DUT en el estado de funcionamiento objetivo.
2. Inicie la medición en OpenTest.
3. Supervise en tiempo real los historiales temporales de nivel de sonido, los gráficos por bandas de octava y los espectros FFT.
4. Detenga la medición tras una duración suficiente y asigne un nombre adecuado al conjunto de datos.

Cada medición se guarda automáticamente como un conjunto de datos para su comparación y análisis posteriores.

Figura 2. Medición de nivel de sonido multicanal con OpenTest

Generación de informes: de los datos a la documentación trazable

Después de las mediciones, se puede utilizar la función de generación de informes de OpenTest para crear informes estructurados:

• Información del proyecto, detalles del DUT, condiciones de funcionamiento
• Magnitudes acústicas seleccionadas (Leq, Lmax, LCpeak, Ln, etc.)
• Logotipo de la empresa e información del personal de ensayo

Las formas de onda brutas y los resultados de análisis también pueden exportarse para archivado o procesamiento posterior.

Figura 3. Informe de medición de nivel de sonido con OpenTest

Comparación con el sonómetro portátil CRY2851

El CRY2851 es un sonómetro de Clase 1 conforme a la norma IEC 61672-1:2013, que admite las ponderaciones A/C/Z, las ponderaciones temporales F/S/I y un conjunto completo de parámetros acústicos.

Procedimiento de comparación:

1. Entorno y condiciones de funcionamiento
   Laboratorio de bajo ruido de fondo o sala semi-anecoica; múltiples estados de funcionamiento.
2. Coherencia de la calibración
   Ambos sistemas calibrados con el mismo calibrador de Clase 1 (94 dB o 114 dB a 1 kHz).
3. Posicionamiento de sensores y adquisición
   Micrófonos colocados lo más cerca posible en el mismo punto de medición.
4. Comparación de resultados
   Comparar LAeq, LAF, LCpeak y otros parámetros clave bajo idénticas ponderaciones y ventanas temporales.

Figura 4. CRY2851 frente a medición de nivel de sonido multicanal con OpenTest

Aplicaciones típicas del módulo de medición de nivel de sonido

Electrónica de consumo / equipos informáticos

• Evaluar el impacto de las estrategias de refrigeración en LAeq y LAFmax
• Combinar los límites de nivel de sonido con mediciones de potencia sonora
• Integrar métricas de FFT, 1/3 de octava y calidad sonora

NVH en automoción / acústica interior

• Medición de nivel de sonido multiposición en el habitáculo
• Comparación entre condiciones de conducción
• Acoplamiento con módulos de análisis de órdenes y de calidad sonora

Electrodomésticos y maquinaria industrial

• Complementar las pruebas de potencia sonora con monitorización multipunto de nivel de sonido
• Integrar en líneas de producción mediante el modo de secuencia
• Identificar bandas de frecuencia problemáticas mediante análisis de 1/3 de octava

Monitorización ambiental y a largo plazo

• Evaluación estadística multipunto de nivel de sonido (L10, L50, L90)
• Registro de datos a largo plazo y acceso remoto

Si ya está familiarizado con los sonómetros portátiles, el módulo de medición de nivel de sonido OpenTest los convierte de forma eficaz en un sistema que es:

• Multicanal
• Trazable (datos brutos + análisis + informes)
• Ampliable, que funciona de forma fluida con los módulos de potencia sonora, calidad sonora, FFT y análisis por bandas de octava, y admite flujos de trabajo de ensayo automatizados.

Le invitamos a rellenar el siguiente formulario ↓ para ponerse en contacto con nosotros y reservar una demostración y prueba del módulo de sonómetro OpenTest. También puede visitar el sitio web de OpenTest en www.opentest.com para obtener más información sobre sus funciones y casos de aplicación.