Clase 2 ok

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Que es el sonido

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Clase 2 ok

  1. 1. Sistemas Acústicos Clase 2 28-09-2013
  2. 2. Definición del Sonido  El sonido se puede definir de formas muy diversas. De todas ellas, las más habituales son las siguientes:  Vibración mecánica que se propaga a través de un medio material elástico y denso (habitualmente el aire), y que es capaz de producir una sensación auditiva. De dicha definición se desprende que, a diferencia de la luz, el sonido no se propaga a través del vacío y, además, se asocia con el concepto de estímulo físico.  Sensación auditiva producida por una vibración de carácter mecánico que se propaga a través de un medio elástico y denso
  3. 3. Generación y propagación del sonido  El elemento generador del sonido se denomina fuente sonora (tambor, cuerda de un violín, cuerdas vocales, etc.). La generación del sonido tiene lugar cuando dicha fuente entra en vibración. Dicha vibración es transmitida a las partículas de aire adyacentes a la misma que, a su vez, la transmiten a nuevas partículas contiguas.  Las partículas no se desplazan con la perturbación, sino que simplemente oscilan alrededor de su posición de equilibrio. La manera en que la perturbación se traslada de un lugar a otro se denomina propagación de la onda sonora
  4. 4. Generación y propagación del sonido  El elemento generador del sonido se denomina fuente sonora (tambor, cuerda de un violín, cuerdas vocales, etc.). La generación del sonido tiene lugar cuando dicha fuente entra en vibración. Dicha vibración es transmitida a las partículas de aire adyacentes a la misma que, a su vez, la transmiten a nuevas partículas contiguas.  Las partículas no se desplazan con la perturbación, sino que simplemente oscilan alrededor de su posición de equilibrio. La manera en que la perturbación se traslada de un lugar a otro se denomina propagación de la onda sonora
  5. 5. Generación y propagación del sonido  Si se considera como fuente sonora, por ejemplo, un tambor, un golpe sobre su membrana provoca una oscilación. Cuando la membrana se desplaza hacia fuera, las partículas de aire próximas a su superficie se acumulan creándose una zona de compresión, mientras que en el caso contrario, dichas partículas se separan, lo cual da lugar a una zona de enrarecimiento o dilatación (como se denota en las siguiente figura 1.1).
  6. 6. Generación y propagación del sonido
  7. 7. Generación y propagación del sonido
  8. 8. Generación y propagación del sonido 
  9. 9. Generación y propagación del sonido
  10. 10. Generación y propagación del sonido 
  11. 11. Generación y propagación del sonido 
  12. 12. Generación y propagación del sonido 
  13. 13. Espectro Frecuencial  La gran mayoría de los sonidos que percibimos no constan únicamente de una sola frecuencia, sino que están constituidos por múltiples frecuencias superpuestas. Incluso cada uno de los sonidos generados por un instrumento musical están formados por más de una frecuencia.  Se puede conocer qué frecuencias componen un sonido observando el denominado espectro frecuencial (o simplemente espectro) del mismo, entendiendo por tal la representación gráfica de las frecuencias que lo integran junto con su correspondiente nivel de presión sonora.
  14. 14. Clasificación de los sonidos  Los sonidos se dividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden representar siempre mediante una expresión matemática que indica la forma en que varía la correspondiente presión sonora en función del tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibraciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden describir mediante parámetros estadísticos.  A continuación se definen los sonidos más representativos pertenecientes a cada grupo.
  15. 15. Sonidos deterministas 
  16. 16. Sonidos deterministas
  17. 17. Sonidos deterministas 
  18. 18. Sonidos deterministas
  19. 19. Sonidos deterministas  Sonido transitorio  Sonido resultante de la brusca liberación de energía bajo la forma, por ejemplo, de explosiones o impactos. Es de aparición repentina y tiene una duración breve. A diferencia de los sonidos periódicos comentados anteriormente, contiene un gran número de componentes frecuenciales que no guardan una relación armónica entre sí, sino que forman un espectro continuo.  Una palmada constituye un ejemplo de este tipo de sonidos.  En la figura 1.6 se representa un sonido transitorio denominado pulso rectangular, así como su espectro frecuencial.
  20. 20. Sonidos deterministas
  21. 21. Sonidos deterministas  Sonidos aleatorios  Los sonidos aleatorios están formados por muchas frecuencias de valor impredecible. Habitualmente reciben el nombre de ruidos (ruido = sonido no deseado).  En este caso, en lugar de utilizar el espectro frecuencial, se hace uso de la llamada densidad espectral de potencia, es decir, de la potencia sonora por unidad de frecuencia.
  22. 22. Sonidos deterministas  Un sonido aleatorio característico es el ruido blanco. Se define como aquel ruido que presenta una densidad espectral de potencia constante. Un ejemplo de este tipo de ruido es el generado por una cascada de agua.  En la figura 1.7 se aprecia la evolución temporal de un sonido aleatorio y su correspondiente densidad espectral de potencia.
  23. 23. Sonidos deterministas
  24. 24. Banda de Frecuencias  Las notas inferior y superior de un piano de 88 teclas tienen unas frecuencias fundamentales de 27,5 Hz y 4.400 Hz, respectivamente. La primera corresponde a un sonido muy grave, mientras que la segunda va asociada a uno muy agudo. Por consiguiente, un sonido grave está caracterizado por una frecuencia baja, en tanto que uno agudo lo está por una frecuencia alta.  El conjunto de frecuencias situado entre ambos extremos se denomina banda o margen de frecuencias del piano. Dicha definición es válida para cualquier fuente sonora.  En la figura 1.8 se muestran las bandas de frecuencias asociadas a diversos instrumentos musicales y a la voz humana
  25. 25. Banda de Frecuencias
  26. 26. Banda de Frecuencias  En el caso de la audición humana, la banda de frecuencias audibles para una persona joven y sana se extiende, aproximadamente, de 20 Hz a 20.000 Hz (o bien 20 kHz). Las frecuencias inferiores a 20 Hz se llaman subsónicas y las superiores a 20 kHz ultrasónicas, dando lugar a los infrasonidos y ultrasonidos, respectivamente.
  27. 27. Velocidad de Propagación del Sonido 
  28. 28. Velocidad de Propagación del Sonido  Si bien el aire constituye el medio habitual de propagación de las ondas sonoras, conviene tener presente que el sonido puede propagarse a través de cualquier otro medio elástico y denso.  Cuanto más denso y menos elástico sea el medio, mayor será la velocidad del sonido. Por ejemplo, la velocidad de propagación del sonido generado por un tren a través de los rieles es mucho mayor que a través del aire, por lo que la vibración del riel se percibirá mucho antes que el sonido aéreo debido a dicho tren.
  29. 29.
  30. 30.
  31. 31.
  32. 32. Nivel de presión sonora (SPL) 
  33. 33. Nivel de presión sonora (SPL)  Ahora bien, la utilización de dicho valor eficaz da lugar a una serie de problemas cuyo origen se halla en el comportamiento del oído humano y que a continuación se exponen:  La gama de presiones a las que responde el oído, desde el valor umbral de audición hasta el que causa dolor, es extraordinariamente amplia.
  34. 34. Nivel de presión sonora (SPL) 
  35. 35. Nivel de presión sonora (SPL)
  36. 36. Nivel de presión sonora (SPL)  Nuestro sistema auditivo no responde linealmente a los estímulos que recibe, sino que más bien lo hace de forma logarítmica.  Por ejemplo, si la presión de un tono puro de 1 kHz se dobla, la sonoridad, o sensación subjetiva producida por el mismo, no llegará a ser el doble. De hecho, para obtener una sonoridad doble, es necesario multiplicar la presión sonora por un factor de 3.16.
  37. 37. Nivel de presión sonora (SPL)
  38. 38. Nivel de presión sonora (SPL) 
  39. 39. Nivel de presión sonora (SPL) 
  40. 40. Nivel de presión sonora (SPL) Fuente Sonora Nivel de presión Sonora (dB) Valoración Subjetiva del Nivel Despegue avión (a 60m) 120 Muy elevado Edificio en construcción 110 Martillo neumático 100 Camión Pesado (a 15m) 90 Calle (ciudad) 80 Elevado Interior automóvil 70
  41. 41. Nivel de presión sonora (SPL) Tabla 1.1 Niveles de presión sonora correspondientes a sonidos y ruidos típicos, y valoración subjetiva asociada Fuente Sonora Nivel de presión Sonora (dB) Valoración Subjetiva del Nivel Conversación normal (a 1m) 60 Moderado Oficina, aula 50 Sala de estar 40 Dormitorio (noche) 30 Bajo Estudio de radiodifusión 20
  42. 42. Nivel de presión sonora (SPL)  En la figura 1.11 se representan los niveles medios de presión sonora a 1m de distancia producidos por una persona hablando con diferentes intensidades de voz.
  43. 43. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)  Como se ha comentado anteriormente, la banda de frecuencias audibles para una persona joven con una audición normal, va desde 20 Hz (sonidos más graves) hasta 20.000 Hz o 20 kHz (sonidos más agudos).  Ahora bien, el oído humano no tiene la misma sensibilidad para todo este margen de frecuencias.  En la figura 1.12 se observa la variación de los umbrales de audición y de dolor en función de la frecuencia.
  44. 44. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f) Figura 1.12 Niveles audibles en función de la frecuencia
  45. 45. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)  A partir de la observación de la figura 1.12, se extraen las siguientes conclusiones:  Para niveles bajos de presión sonora, el oído es muy insensible a bajas frecuencias, es decir, el nivel de presión sonora de un sonido grave tiene que ser mucho más elevado que el correspondiente a un sonido de frecuencias medias para que ambos produzcan la misma sonoridad.  Por ejemplo, un nivel SPL = 70 dB, a 20 Hz, produce la misma sonoridad que un nivel SPL = 5 dB, a 1 kHz (sonoridad = sensación subjetiva de nivel sonoro).
  46. 46. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)  Para dichos niveles bajos, el oído también presenta una cierta atenuación a altas frecuencias.  A medida que los niveles aumentan, el oído tiende a responder de forma más homogénea en toda la banda de frecuencias audibles, hasta el punto de que cuando son muy elevados, la sonoridad asociada a tonos puros de diferente frecuencia es muy parecida.
  47. 47. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)  Este cambio de comportamiento del oído en función del nivel de señal explica el hecho de que al subir el volumen del amplificador de un equipo de música, se percibe un mayor contenido de graves y agudos del pasaje musical reproducido.  Igualmente pone de manifiesto la confusión que puede surgir al seleccionar unas cajas acústicas de parecida calidad: las de mayor rendimiento, y que por tanto radian más potencia sonora para la misma potencia eléctrica aplicada, pueden producir la sensación de que suenan mejor, exclusivamente debido a que la percepción de graves y agudos es mayor.
  48. 48. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)  Una vez descrito el comportamiento del oído humano desde el punto de vista de la percepción de niveles en función de la frecuencia, es conveniente establecer una comparación entre los mismos y las zonas representativas de generación sonora asociada a la voz humana y a los instrumentos musicales convencionales (figura 1.13).
  49. 49. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)
  50. 50. Percepción del sonido en función de la frecuencia Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia (f)  Según se puede apreciar, la capacidad de la persona como receptora del sonido es mucho mayor que como emisora.

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