Principios Básicos de Acústica -...

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Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica Tecnologías de la Voz Principios Básicos de Acústica 1. Sonido y ruido 2. Medida objetiva del sonido 3. Medidas de ruido 4. Propagación del sonido 5. Ondas planas senoidales 6. Tubo de kundt 7. Circuitos acústicos

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Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica

Tecnologías de la Voz

Principios Básicos de Acústica

1. Sonido y ruido2. Medida objetiva del sonido3. Medidas de ruido4. Propagación del sonido5. Ondas planas senoidales6. Tubo de kundt7. Circuitos acústicos

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Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica

Principios básicos de acústica: Sonido y Ruido

Definiciones:

AcústicaGeneración, transmisión y recepción de energía

en forma de ondas producidas por vibracionesen la materia.

Sonido ...... Naturaleza dual1. vibración mecánica que se propaga a través

de un medio material elástico y denso.Fenómeno Físico

2. sensación auditiva producida por una vibraciónde caracter mecánico. Percepción Psicofísico

Ruido ...... Sonido no agradable (subjetivo)

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Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica

Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido

El oido responde a variación de presión

Valores eficaces (RMS)

2

0

1lim ( )T

ef iTP p t

T→∞= ∫

Límites:Límite de audición ..... 20µP a 1 kHzLímite de dolor .......... 200 P a 1 kHz

dt N/m2 = Pascal

Nivel de Presión Sonora

1020 log efSPL

ref

PL

P=

Nivel de Potencia Sonora

Pref= 20 µP

1010 logWref

WLW

= Wref= 10-12 W

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Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido

Intensidad de SonidoPotencia promedio que se transmite por unidad de

superficie perpendicular a la dirección considerada (magnitud direccional)

[I] = W/m2

Importante por:

1. En el espacio libre está relacionada con la potencia radiada.

En ondas esféricas

2. En un punto del espacio tiene una relación fija con la presión.

2( ) 4rWI r rπ=

Nivel de Intensidad Sonora1010 log

ref

IILI

= Iref= 10-12 W/m2

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Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido

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Diagrama Simplificado de un Sonómetro

micrófonoPream-

plificador

DetectorSobrecarga

RedesPonderación

Filtros

Amplifi-cador

DetectorRMS Indicador

Redes de Ponderación

Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido

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Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido

Efectos producidos por el ruido

De menor a mayor importancia:Nerviosismo y ansiedadInterrupción del sueño y la consiguiente falta de concentración e irritabilidadInterferencia en la comunicación habladaPérdida temporal de audición con recuperación gradual de la misma (exposición breve a niveles altos de ruidoPérdida permanente de audición (exposiciones prolongadas a niveles altos de ruido o ruidos impulsionales muy intensos)

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Medidas estadísticasLA10: dB(A) que se exceden durante el 10% del tiempoLA50: dB(A) que se exceden durante el 50% del tiempoLA90: dB(A) que se exceden durante el 90% del tiempo

LA10 es una medida de picoLA90 es una medida de fondo

Nivel de ruido continuo equivalente LeqNivel SPL de un sonido estacionario que tiene, sobre un periodo dado, la misma energía que el sonido variante

10

110

1

1010 log

iN L

ii

eq N

ii

tL

t

=

=

⎡ ⎤⎛ ⎞⎢ ⎥⎜ ⎟

⎝ ⎠⎢ ⎥=⎢ ⎥⎢ ⎥⎣ ⎦

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Leq durante 8 horas:Nivel de exposición de ruido diario personal < 85 dBA

Ejemplo ruido comunitario

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Ejemplo ruido comunitario (cont.)

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Ejemplo ruido comunitario (cont.)

< 45 dBANo hay reacción

45<dBA<55Quejas esporádicas

50<dBA<60Quejas

55<dBA<65Reacción comunidad

>65 dBAReacción contundente

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Ejemplo ruido comunitario (cont.)

Algunos valores típicos:

Banda de Rock-n-Roll de 108 a 114 dBA

Segadora ........... 96 dBA

Motocicleta a 7.6 metros ... 90 dBA

Estación de metro de 70 a 100 dBA

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Ruido de autopistas

A 15 metros con alta densidad (v en km/h)Coches

Motocicletas

Camiones

1071 32log88AvL = +

1078 25log88AvL = +

10

84 48 /

88 20log 48 /88

A

A

L v km hvL v km h

= ≤

= + >

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido

Autovía con tráfico predominantemente de coche a 15 metros

10 1039 10log 22log88AvL Q= + +

Q es el caudal de vehículos #vehículos/hora

Como la propagación es cilíndrica, corrección de distancia

2

1015log

15 75d dL a

⎡ ⎤−⎛ ⎞∆ = − +⎢ ⎥⎜ ⎟⎝ ⎠⎢ ⎥⎣ ⎦

a=13,3 sobre la tierraa=10.0 ángulo > 10º sobre la superficie de la carretera

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

Propagación del sonidoModelo válido para fluidos no viscosos, homogeneos,isotrópicos y elásticos-> Ondas longitudinales

-> Una partícula del fluido queda afectada en

Presión ................. p=po+p’

Densidad ............... ρ = ρο+ρ’

Velocidad .............. u

-> p’, ρ’ y u son variaciones muy pequeñas .... relaciones lineales

-> Proceso adiabático .... entropía del fluido permanece constante ( no hay transferencia de temperatura ). En el caso contrario el proceso es isotérmico.

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

Ecuación de onda lineal para la propagación de sonidosen fluidos sin pérdidas

c ... velocidad de propagaciónRecordad que en ondas electromagnéticas la ecuación

de onda es

∇ =22

2

21p

cp

t∂∂

∇ =22

2

21E

cE

t∂∂

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

Velocidad de propagación

donde, γ es 1.4 para un proceso adiabático,

a una temperatura de 22 ºC y presión po= 105 P, la densidad del

aire ρo vale 1,18 kg/m3 ........ c=345 m/s

Las variaciones de temperatura modifican la densidad del aire

con T en ºC

c po

o=

γρ

c T= +331 4 0 6, , m/s

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

Influencia de los fenómenos atmosféricos sobre la propagación del sonido

1. Efecto del vientoLa presión sonora en la dirección del viento, a una cierta distancia de la fuente, será varias veces mayor que la presión a la misma distancia, pero en la dirección contraria

2. Efecto de los gradientes de temperaturaEfecto de refracción al variar la temperatura con la distancia al sueloHabitualmente la temperatura disminuye con la distancia la suelo

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

3. Efecto de la humedadLa absorción del sonido en el aire varía con la frecuencia, humedad y temperatura de una manera muy compleja. La característica más importante es que es mayor a altas frecuencias y que tiende a decrecer a medida que la humedad aumenta.

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

Longitudes de Onda

Suponiendo que la temperatura del aire es 22 ºC

f (Hz) 20 300 1000 4000 20000λ (m) 17,25 1,15 0,34 0,0862 0,017

Ondas Acústicas

f (MHz) 1,7 260 882 3480 17000λ (m) 17,25 1,15 0,34 0,0862 0,017

Ondas Electromagnéticas

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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido

Velocidad de propagación del sonido en diversos materiales

Medio Velocidad m/sAire 21 ºC 344

Agua fresca 1480Agua salada (3,5%) 21 ºC 1520

Madera 3350Hormigón 3400Aluminio 5150

Vidrio 5200