Desarrollo de una aplicación para la estimación de la incertidumbre en medidas de directividad de fuentes sonoras

Abstract

El objetivo principal de este proyecto es servir de ayuda a futuros alumnos ingenieros que vayan a realizar alguna investigación acerca de la directividad de una fuente de ruido. En primer lugar, tras realizar un estudio teórico acerca de la potencia sonora y la directividad, y desarrollar un programa en Matlab en el que se simulaban varios tipos de fuentes, se realizaron las medidas de tres fuentes de ruido distintas según la norma UNE-EN ISO 3745:2012 para medidas de laboratorio en la cámara anecoica del Campus Sur de la Universidad Politécnica de Madrid, de las que se obtuvieron los diagramas polares del factor de directividad de cada una en función de la frecuencia. Estas medidas se realizaron con un número elevado de puntos alrededor de la fuente en el plano horizontal, para así servir de referencia a futuras medidas realizadas con las mismas fuentes o con otras con características muy similares. Una vez completadas las medidas, el interés del proyecto se centra en la incertidumbre de una medida de directividad y de su dependencia con respecto a varios parámetros. Tras realizar un análisis exhaustivo de las medidas realizadas en la cámara anecoica, con previo análisis teórico de varias fuentes simuladas en un programa de Matlab, se llegó a la conclusión de que la incertidumbre de una medida de directividad está directamente relacionada con la frecuencia, con el número de puntos escogido alrededor de la fuente, y con la propia directividad de la fuente. Una vez llegado a este punto, y a partir de todos los datos y conclusiones recogidas durante la elaboración de los análisis, se creó una aplicación con la herramienta App Designer de Matlab con la que poder visualizar al instante los diagramas polares de todas las medidas realizadas para las tres fuentes, con un número de puntos y una banda de frecuencia de una octava a escoger, con sus respectivos valores de desviación y de incertidumbre, para así conseguir una visualización de los resultados inmediata, lo que facilitará el trabajo de proyectos o trabajos relacionados con este. Este proyecto surge como propuesta a una mejora de la calidad acústica en la vida de cualquier ciudadano. Hoy en día resulta muy común padecer alguna molestia relacionada con el ruido, por lo que con este proyecto queremos fomentar que se realice un mejor estudio de cualquier fuente de ruido, ya sea doméstica, procedente de la calle o del trabajo. A medida que se entiende correctamente cómo funciona la directividad de una fuente sonora, se pueden realizar estudios que traten de disminuir el ruido que esta produce. Sabiendo cómo se propaga el sonido emitido por una fuente, se puede llegar a saber cómo atenuarlo en cierta medida. En resumen, este proyecto tiene un gran interés tecnológico y también medioambiental. Se desea que el lector pueda comprender con exactitud los conceptos explicados a lo largo de la memoria y que pueda usar este proyecto de base para futuros proyectos relacionados con la directividad y su incertidumbre, y si es posible, que se incremente la investigación en este sector de la acústica ya que puede llegar a ser muy beneficioso para el conjunto de la sociedad.
Abstract:
The main objective of this project is to help future engineering students who are going to do some research about the directivity of a noise source. First, after a theoretical study about sound power and directivity, and the development of a Matlab program simulating various types of sources, three different noise sources were measured according to the UNE-EN ISO 3745:2012 standard for laboratory measurements in the anechoic chamber of the Campus Sur of the Polytechnic University of Madrid, from which polar diagrams of the directivity factor of each source as a function of frequency were obtained. These measurements were made with a large number of points around the source in the horizontal plane, in order to serve as a reference for future measurements made with the same sources or with others with very similar characteristics.
Once the measurements were completed, the interest of the project focuses on the uncertainty of a directivity measurement and its dependency with various parameters. After an exhaustive analysis of the measurements made in the anechoic chamber, with previous theoretical analysis of several sources simulated in a Matlab program, it was concluded that the uncertainty of a directivity measurement is directly related to the frequency, to the number of points chosen around the source, and to the directivity of the source itself. Once this point was reached, and from all the data and conclusions collected during the elaboration of the analysis, an application was created with the Matlab App Designer that allow the visualization of the polar diagrams of all the measurements made for the three sources, where the number of points and the octave frequency band can be chosen by the user, and also giving their respective deviation and uncertainty, allowing achieving an immediate visualization of the results, which will facilitate the work of future related to this topic. This project arises as a proposal to improve the acoustic quality in the life of any citizen. Nowadays it is very common to suffer from some noise-related annoyance, so with this project it is intended to encourage a better study of any noise source, whether domestic, from the street or from work. Once the directivity of a sound source is properly understood, studies can be carried out trying to reduce the noise it produces. If the way how the sound propagates around the source is known, it can be inferred how to attenuate it to some extent. In summary, this project is of great technological and environmental interest. It is hoped that the reader can accurately understand the concepts explained throughout the report and that this project can be used as a basis for future projects related to directivity and its uncertainty, and if possible, to increase research in this area of acoustics because it can be very beneficial for society as a whole.