Análisis y evaluación de ambientes acústicos mediante el uso de redes inalámbricas de sensores

Résumé

El creciente aumento del tamaño de las ciudades y de su población en las últimas décadas, ha generado una degradación de su medio ambiente. Los mayores niveles de contaminación en general, han fomentado la necesidad de la creación de entornos más sostenibles que proporcionen una mejor calidad de vida de sus ciudadanos. Uno de estos agentes contaminantes que ha despertado especial interés en los últimos años es el sonido, también conocido como contaminación acústica, que ha provocado que se ponga más atención en el ruido y sus efectos en las personas. Recientemente, tras el auge de la creación de las ciudades inteligentes basadas en el paradigma del Internet de las Cosas (IoT) y las tecnologías que lo soportan, se están creando nuevas herramientas de gestión y evaluación de la contaminación acústica. Bajo este grupo de tecnologías en desarrollo, surge esta tesis doctoral cuyo objetivo principal es la validación de la aplicación de una red inalámbrica de sensores acústicos formada por dispositivos de bajo coste en varios ambientes urbanos para el análisis y la evaluación del entorno acústico. En esta investigación, se han desarrollado varios casos de uso de una red de sensores acústicos mediante campañas de medición de larga duración. En concreto, se presentan tres experimentos de evaluación: interior de un coche durante desplazamiento in itinere, exterior de una urbanización y campus universitario. Para ello, se han diseñado y desplegado una serie de nodos acústicos mediante la aplicación de una metodología de diseño de redes propuesta para el ámbito de la contaminación acústica en concordancia con las legislaciones vigentes. Estas campañas han permitido la monitorización, en diferentes entornos urbanos, del campo acústico y un posterior análisis de la molestia acústica en los ciudadanos. Para conseguir evaluar la molestia acústica, en esta tesis se propone la utilización de parámetros psicoacústicos, como la sonoridad, combinados con índices acústicos más tradicionales. Los nodos acústicos utilizados son capaces de capturar el sonido, y, a través del algoritmo de procesado, calcular los parámetros psicoacústicos, tanto monoaurales como binaurales, ofreciendo información más cercana a la sensación de molestia en las personas que los índices acústicos aplicados habitualmente. Los nodos acústicos utilizados, han sido mejorados en los trabajos de esta tesis para permitir campañas de medición de manera remota y automática. Mediante el módulo de comunicaciones añadido, los parámetros obtenidos por los nodos son enviados a una plataforma software, donde son almacenados para su posterior análisis. La instalación de un grupo de nodos acústicos en una zona específica permite la aplicación de análisis estadístico espacial. En concreto, se propone el método de Kriging para realizar interpolación espacial de los datos acústicos. Además, al realizar campañas de larga duración, se han podido aplicar métodos de análisis estadístico de las series temporales, que han ofrecido otro punto de vista en la comprensión del entorno acústico. Estos análisis se complementan con encuestas subjetivas a los ciudadanos mediante una aplicación móvil desarrollada, permitiendo tomar decisiones más rápidas y completas en comparación con la metodología tradicional de creación de mapas de ruido. Tras los casos de uso presentados, se concluye que las redes de sensores acústicos son una herramienta útil para obtener mediciones a largo plazo que permiten analizar la evolución temporal y espacial de los índices acústicos, proporcionando una información valiosa para identificar la molestia subjetiva del ruido a través de parámetros psicoacústicos.