Acustica
Dr. Juan Aguilar
1Dr. Juan Aguilar - Ingeniero Acústico
ContenidosContenidos
1. Introducción1.1 Que es la Ingeniería1.2 Que es la Acústica1.3 Que es la Ingeniería acústica1.4 Historia del desarrollo de la acústica
2. Introducción a las Ondas Acústicas2.1 Ondas acústicas.2.2 Tono puro, ruido, sonido musical.2.3 Atributos conmensurables de las onda sonoras.2.4 Valor RMS, valor medio2.5 Escala de Decibeles.
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3. Medición del Sonido3.1 El sonómetro.3.2 Tipos de sonómetros.3.3 Micrófonos de medición.3.4 Respuesta del instrumento (slow, fast, impulse).3.5 Ponderación de frecuencias (dBA, dBC).3.6 Ruido de fondo y rango dinámico.3.7 Filtros de frecuencia 1/1 octava y 1/3 octava.3.8 Otros instrumentos, analizadores de frecuencia FFT.
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ONDAS ACUSTICAS
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Ondas Acústicas
• Ondas mecánicas• Ondas de particulas de aire• Se propagan longitudinalmente• Velocidad de propagación c = 344 m/s• Velocidad de propagación no depende de la
amplitud de la onda• Velocidad de propagación no depende de la
frecuencia de la onda
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Atributos de las Ondas SonorasAtributos de las Ondas Sonoras
Presión Sonora Velocidad de Partículas
pp
u
u
Compresión Rarefacción6Dr. Juan Aguilar - Ingeniero Acústico
Ondas Planas
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Ondas Esféricas
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El paso de una onda sonora produce:
• Cambios locales en la densidad del aire• Cambios locales en la temperatura del aire• Cambios locales en la presión del aire
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Atributos medibles de las ondas sonoras
• Frecuencia• Amplitud• Período• Velocidad de partículas• Desplazamiento de partículas• Longitud de onda• Velocidad de propagación ( c = 344 m/s )
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EspectroRepresentación de una
señal en el dominio de las frecuencias.
Forma de OndaRepresentación de una
señal en el dominio del tiempo.
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Representación Tiempo Frecuencia
Tono Puro
Idealmente es un sonido compuesto por una sola frecuencia.
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Sonido Musical
Sonido compuesto por una “frecuencia fundamental” más una sucesión de armónicos* (múltiplos enteros de la frecuencia fundamental). Esta estructura define el timbre del sonido musical.
* Armónicos, parciales o sobretonos.
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Ruido
Componentes aleatorias.No posee una estructura armónica definida
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Sonidos CorrelacionadosSonidos Correlacionados
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Medición de sonido
• Por que usamos la escala de decibeles• Presión de referencia = 20µPa• Es la mínima presión audible de un tono de 1
kHz (umbral de audición de un tono de 1 kHz)• Es un promedio estadístico• Umbral de dolor = 120 dB ¿a que presión
corresponde?
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Valor R.M.S. (Root Mean Square)
Valor continuo que representa la energía de una señal alterna
Es siempre positivo
Valor instantáneoPeriodo
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Valor Medio
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Calculo de Nivel de Presion Sonora Decibeles
LP = 10 Log (prms / pref)2
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Suma EnergéticaSuma Energética
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Potencia Acústica de la FuentePotencia Acústica de la Fuente
refWWLogLw 10
Es la cantidad de energía acústica que la fuente puede generar en el tiempo.
Nivel de Potencia AcústicaNivel de Potencia Acústica
wattWref1210
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Propagación del Sonido
Intensidad AcústicaIntensidad Acústica
Flujo de la energía acústica por unidad área y unidad de tiempo en la dirección de propagación de la onda.
24 rWI
cpIo
2
Flujo de energía Flujo de energía
Fuente de Potencia Fuente de Potencia Acústica Acústica WW 25Dr. Juan Aguilar - Ingeniero Acústico
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24 rWI
cpIo
2
222
4 rCte
rcWp o
Considerando queConsiderando que
ee
EntoncesEntonces
Válido para ondas esféricasVálido para ondas esféricas
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Entonces el Nivel de Presión SonoraEntonces el Nivel de Presión Sonora
)(10)(10 22
2
rKLog
ppLogNPSref
Decae 6 dB cada vez que la distancia a la fuente se Decae 6 dB cada vez que la distancia a la fuente se duplica. duplica.
Esto se conoce como Ley del inverso del Esto se conoce como Ley del inverso del cuadrado de la distancia.cuadrado de la distancia.
O divergencia esféricaO divergencia esférica
FuenteFuente
Incremento de la Intensidad Acústica al Ubicar un fuente en un Incremento de la Intensidad Acústica al Ubicar un fuente en un plano reflectanteplano reflectante
Plano ReflectantePlano Reflectante
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2
2
4 rW
cpIo
Recordemos queRecordemos que
Para el caso b) al ubicar la fuente en un plano reflectante Para el caso b) al ubicar la fuente en un plano reflectante solo consideramos la mitad de la esfera por lo tanto la solo consideramos la mitad de la esfera por lo tanto la intensidad aumenta aintensidad aumenta a
2
2
2 rW
cpIo
b
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Para el caso c) al ubicar la fuente en la intersección de dos Para el caso c) al ubicar la fuente en la intersección de dos planos reflectantes solo consideramos la cuarta parte de la planos reflectantes solo consideramos la cuarta parte de la esfera por lo tanto la intensidad aumenta aesfera por lo tanto la intensidad aumenta a
2
2
rW
cpIo
c
Para el caso d) al ubicar la fuente en la intersección de tres Para el caso d) al ubicar la fuente en la intersección de tres planos reflectantes solo consideramos la octava parte de la planos reflectantes solo consideramos la octava parte de la esfera por lo tanto la intensidad aumenta aesfera por lo tanto la intensidad aumenta a
2
2 2rW
cpIo
d
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)2(10)(10 2
2
2
2
refrefb p
pLog
pp
LogNPS ab
Si calculamos en cuanto se incrementa el NPS al pasar del Si calculamos en cuanto se incrementa el NPS al pasar del caso a) al caso b) debemos considerarcaso a) al caso b) debemos considerar
22
2 22
ab prcWp o
22
4 rcWp o
a
)2(10)(10 2
2
Logpp
LogNPSref
ba
dBNPSNPS ab 3
Variación del Nivel de Presión Sonora en función de la Variación del Nivel de Presión Sonora en función de la distancia desde la fuente...distancia desde la fuente...
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Campo LibreCampo LibreEs el campo acústico donde el sonido se propaga libremente (sin la presencia de obstáculos) se verifica la ley del inverso del cuadrado de la distancia.
Campo CercanoCampo CercanoEs el campo acústico en las cercanías de la fuente sonora r < λ usualmente no se cumple la ley del inverso del cuadrado de la distancia.
Campo LejanoCampo LejanoEs el campo acústico en las lejanías de la fuente sonora r > λ usualmente no se cumple la ley del inverso del cuadrado de la distancia.
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Campo Sonoro DirectoCampo Sonoro DirectoDentro de un recinto, es el campo acústico producido por la sola radiación acústica de la fuente sonora. Este decae 6 dB por cada duplicación de la distancia a la fuente.
Campo Sonoro ReverberanteCampo Sonoro ReverberanteEs el campo acústico producido solo por las múltiples y sucesivas reflexiones del sonido en las paredes interiores de un recinto. Teóricamente (estadísticamente) se asume que éste es uniforme dentro de la sala (no varía con la distancia)
Campo DifusoCampo DifusoEs el campo acústico donde se cumple que en un punto del espacio arriban reflexiones que provienen igualmente desde todas direcciones, con la misma amplitud, y que la distribución de los desfases es plana en el intervalo [0 2π].
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Coeficiente de Coeficiente de AbsorciónAbsorción
Coeficiente de Coeficiente de TransmisiónTransmisión
Coeficiente de Coeficiente de ReflexiónReflexión
inc
abs
II
1inc
ref
II
R
inc
trans
II
Intensidad Intensidad IncidenteIncidente
Intensidad Intensidad TransmitidaTransmitida
Intensidad Intensidad ReflejadaReflejada
Intensidad Intensidad AbsorbidaAbsorbida
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Transmisión, Reflexión, AbsorciónTransmisión, Reflexión, Absorción
Reflexión DifusaReflexión Difusa
Reflexión EspecularReflexión Especular
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Tipos de ReflexiónTipos de Reflexión
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Acoustic MultipathAcoustic Multipath
Comb Filtering (Filtro Peine)Comb Filtering (Filtro Peine)
DifracciónDifracción
Si la longitud de onda es pequeña en comparación con el tamaño del objeto se produce difracción.
Si la longitud de onda es mayor que el tamaño del objeto la sondas rodean el objeto sin producir sombra.
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DifracciónDifracción