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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
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)
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
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
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
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
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)
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
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
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
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.
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
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
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