SONIDO Y MEGAFONIA 1
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TEMA Nº1 SONORIZACIÓN Y MEGAFONÍA 1 CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 1 ¿QUÉ QUÉ VAMOS A ESTUDIAR? TPISE 2010-11 • Definició Definición. • Caracterí Características fí físicas del sonido. – Frecuencia f, longitud de onda λ, amplitud o intensidad, Timbre y Tono • Cuantificació Cuantificación del sonido. – Nivel de intensidad sonoro NSIL – Nivel de presión sonoro NSPL • Espectro de audio. – Subdivisión por tonos/octavas. • Comportamiento del sonido. – Tipos de fuentes sonoras. – Propagación en el aire. Prof. León Peláez Herrero 2 ¿Qué Qué es el sonido? • Podemos definir el sonido como la variació variación de presió presión en el aire que puede ser percibida por el oído humano, encontrá encontrándose entre los má márgenes de frecuencias comprendidas entre los 20 y 20.000 Hz. Hz. • Los sonidos que se encuentran por debajo de 20 Hz, no son perceptibles por el oí oído humano, aunque pueden ser detectados por el tacto, pasan a ser llamados infrasonidos. infrasonidos. • Por encima de los 20.000 Hz comienzan los llamados ultrasonidos, ultrasonidos, los cuales no percibe el hombre pero sí algunos animales. Son empleados en soldadura, limpiezas, ecografí ecografías, etc. TPISE 2010-11 3 Prof. León Peláez Herrero CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO: ESPECTRO DE AUDIO Gama de frecuencias audibles 20 Hz 400Hz 1’6 KHz Graves Medios 20 KHz Agudos PULSAR PARA ESCUCHAR Gama de frecuencias sonoras 20 Hz Infrasonidos TPISE 2010-11 20 KHz Sonidos audibles ~500 MHz Ultrasonidos (supersonidos) Prof. León Peláez Herrero ~103 GHz Pretesonidos o microsonidos (hipersonidos) 4 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS FISICAS DEL SONIDO: PERIODO (T) Unidad: Segundo (s) a Amplitud t Tiempo T Periodo TIEMPO QUE NECESITA UNA SEÑ SEÑAL PERIÓ PERIÓDICA PARA COMPLETARSE SIN PASAR DOS VECES CONSECUTIVAS POR EL MISMO PUNTO O REPETIRSE. REPETIRSE. TPISE 2010-11 5 Prof. León Peláez Herrero CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS FISICAS DEL SONIDO FRECUENCIA (f) a Amplitud f= t Tiempo 1 en Hertzios Hz T 1 = 50 Hz 0'02 T = 0'02 s = 20 ms Ejemplo : f = T Periodo NÚMERO DE VECES QUE SE REPITE UN CICLO EN 1 SEGUNDO. ES LA INVERSA DEL PERÍ PERÍODO, O TIEMPO QUE DURA UN CICLO. 50 Hz indica que en 1 segundo se repite un ciclo 50 veces. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 6 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS FISICAS DEL SONIDO AMPLITUD La amplitud es el grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda. Esta corresponde , en términos musicales, a aquello que llamamos INTENSIDAD. Cuanto más grande es la amplitud de la onda, más intensamente golpean las moléculas en el tímpano y más fuerte es el sonido percibido. A través de esta característica, podemos deducir entre sonidos: FUERTES Y DEBILES. En resumen, la amplitud de una onda, nos determina la escala de sonido. TPISE 2010-11 7 Prof. León Peláez Herrero CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS FISICAS DEL SONIDO LONGITUD DE ONDA - λ DISTANCIA O LONGITUD ENTRE 2 PUNTOS SEMEJANTES DE UN CICLO. ES INVERSAMENTE PROPORCIONAL A LA FRECUENCIA. ( medida en m ) Un sonido de 100 Hz tendrá tendrá una longitud de onda mucho mayor que 1KHz. Pa λ= e Espacio en sonido y en el aire : λ= 340 f VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN: 340 m/s en el aire 1.470 m/s en el agua 1.660 m/s en hormigón 5.100 m/s en el hierro λ Longitud de onda TPISE 2010-11 C f Prof. León Peláez Herrero 8 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS PERCEPTIVAS DEL SONIDO Además de por sus características físicas, que lógicamente, influyen en la percepción de un sonido u otro, distinguimos tres nuevas características perceptivas que son :INTENSIDAD, TONO Y TIMBRE. INTENSIDAD SONORA Para una dirección y un sentido de propagación especificados, cociente entre la potencia que atraviesa una superficie perpendicular a esa dirección y el área de dicha superficie. I= P S (W / m 2 ) : Cuando decimos que un altavoz tiene una potencia de 40W, significa que la vibración del altavoz produce una onda sonora, que al atravesar una superficie de 1m2 desarrolla 40 W de potencia en forma de vibración del aires. La intensidad disminuye proporcionalmente al cuadro de las distancias en el caso de ONDAS ESFERICAS. 1 2 R=distancia. 2 1 2 I =I ( TPISE 2010-11 R ) R Prof. León Peláez Herrero 9 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS PERCEPTIVAS DEL SONIDO Para el caso de ONDAD CILINDRICAS: I 2= I 1 ( R1 ) R2 Ejemplo: Si a un metro del foco sonoro, la intensidad es de 5 W/m2. ¿Cuánto es a 10 m?.Caso de ondas esféricas y cilíndricas. R1 2 1 ) = 5 .( ) 2 = 0 . 05W / m 2 R2 10 R 1 I 2= I 1 ( 1 ) = 5 .( ) = 0 . 5W / m 2 R2 10 I 2 = I1 ( TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 10 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS PERCEPTIVAS DEL SONIDO ¿Qué entendemos por Sensación sonora o sonoridad? Es la impresión o sensación psicológica que un sonido de una determinada intensidad física sonora produce en nuestro oído. Se mide en dB. Depende de la FRECUENCIA Y DE LA INTENSIDAD SONORA. Así el umbral de audición para 1000 Hz está en 0 dB, mientras que a 400 Hz se sitúa en 8,57 dB. La sonoridad es una medida subjetiva de la intensidad con la que un sonido es percibido por el oído humano. Es decir, la sonoridad es el atributo que nos permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte al más débil. La sensación sonora de intensidad (sonoridad) se agudiza para sonidos débiles, y disminuye para sonidos fuertes, lo que se debe a que la audición humana no es lineal, sino logarítmica TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 11 MEDICIÓ MEDICIÓN DEL SONIDO: NIVEL DE PRESIÓ PRESIÓN SONORO NSPL ES INCÓ INCÓMODO UTILIZAR LAS UNIDADES DE PRESIÓ PRESIÓN Pa. Pa. SE UTILIZA UNA MEDIDA RELATIVA DENOMINADA "DECIBELIO" dB. 0 dB CORRESPONDE AL UMBRAL DE AUDICIÓ AUDICIÓN Y 20 µPa. Pa. 120 dB CORRESPONDE A 20 Pa Y ES EL UMBRAL DEL DOLOR. EL OIDO HUMANO PUEDE PERCIBIR CAMBIOS DE AMPLITUD CON UNA PRECISIÓ PRECISIÓN DE 2,5 dB POR CADA AUMENTO. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 12 MEDICIÓ MEDICIÓN DEL SONIDO: NIVEL DE PRESIÓ PRESIÓN SONORO NSPL Esta tabla permite conocer la relació relación matemá matemática que expresa el nivel de presió presión sonora (SPL). SPL=20 Log. P/20µ P/20µPa en dB. dB. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 13 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO: Tono El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los AGUDOS Y GRAVES. Los sonidos de una única frecuencia, se llaman TONOS PUROS. Un tono puro se escucha como un “pitido” y a medida que aumentamos la frecuencia ese tono se hace más agudo. El sonido que se escucha en el teléfono antes de marcar, por ejemplo, corresponde a un tono puro de frecuencia cercana a 400 Hz. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 14 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO: Timbre Los sonidos que normalmente escuchamos, están compuestos por multitud de ondas acústicas de diferentes frecuencias y amplitudes que alcanzan nuestro oído simultáneamente, y es precisamente esta variedad de componentes lo que caracteriza y distingue a cada sonido. De la frecuencia de la onda de mayor amplitud, decimos que es la frecuencia "fundamental" de un determinado sonido, mientras que las frecuencias que son múltiplos de la fundamental se les denomina "armónicos". Por ejemplo la nota "La" de la tercera octava de la escala musical tiene una frecuencia fundamental de 440 Hz. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 15 CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO: Timbre Cualquier instrumento musical que produzca esta nota proporcionará un sonido cuya onda de mayor amplitud será de 440 Hz, mientras que según la calidad y amplitud de las frecuencias armónicas que produzca nos permitirá identificar el tipo de instrumento. A esta diferente sonoridad de un mismo tono se le denomina "timbre" del sonido. Las frecuencias armónicas de la nota "La" serán: 440 x 2 = 880 Hz (2º armónico) 440 x 3 = 1320 Hz (3º armónico)... y así sucesivamente. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 16 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO: Propagació Propagación Fuente Sonora Puntual: En este caso se aleja de la fuente en forma de ondas esféricas a una velocidad de 340 m/s, cuyo centro es el de la propia fuente sonora que lo origina. HELICÓPTERO: FUENTE SONORA PUNTUAL El sonido se atenúa rápidamente (-6 dB al duplicar la distancia) TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 17 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO: Propagació Propagación Fuente Sonora Lineal: En este caso se aleja de la fuente en forma de ondas cilíndricas a una velocidad de 340 m/s. TRÁFICO DE AUTOPISTA: FUENTE SONORA LINEAL El sonido se atenúa lentamente (-3 dB al duplicar la distancia) TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 18 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO: Atenuació Atenuación con la distancia 10 log d 20 log d TPISE 2010-11 19 Prof. León Peláez Herrero COMPORTAMIENTO DEL SONIDO: Atenuació Atenuación con la distancia L a regla básica y fundamental en Electroacústica, es que el sonido se atenúa gradualmente, conforme nos alejamos de la fuente sonora, a razón de - 6 dB cada vez que la distancia se duplica. Esto es válido sólo para fuentes sonoras puntuales (p. ej. un altavoz en el techo o un exponencial), ya que el sonido procedente de fuentes lineales (p. ej. columna de altavoces) se atenúa sólo -3 dB cada vez que duplicamos la distancia a la fuente. En el caso de un altavoz cuyas ondas sonoras se dispersan de forma esférica, la potencia se reparte en superficies que crecen con el cuadrado de su distancia al centro por lo que la intensidad sonora decrece rápidamente (-6 dB) cada vez que duplicamos la distancia. S2 d = ( 2 )2 S1 d1 S2 d =( 2) S1 d1 Sin embargo, en las fuentes sonoras lineales (columna), la potencia acústica atraviesa superficies cilíndricas de sección creciente con la distancia al centro por lo que la intensidad acústica en ellas decrece de forma más lenta (-3 dB) al duplicar la distancia. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 20 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO: Atenuació Atenuación con la distancia En el ejemplo práctico se compara un altavoz convencional (fuente puntual) con una columna de altavoces (fuente lineal), pudiendo observarse como para obtener 70 dB en el oyente, se precisa un altavoz que produzca 88 dB a 1 m. o una columna que proporcione 79 dB a la misma distancia. Puede deducirse fácilmente que los oyentes situados cerca de la columna, se sentirán más cómodos que los próximos al altavoz, y todo esto con el mismo alcance en ambos casos. La expresión matemática que nos permite obtener este valor de atenuación es: Fuentes Puntuales: Fuentes Lineal: TPISE 2010-11 At = 20 log At = 10 log d2 d1 d2 d1 Prof. León Peláez Herrero 21 ATENUACIÓ Atenuación ATENUACIÓN DEL SONIDO :Atenuació Cuanto mas baja sea la humedad relativa del aire, mayor absorción de sonido ocasionará, se sumará a la atenuación por la distancia que acabamos de ver. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 22 INFLUENCIAS METEREOLÓ METEREOLÓGICAS EN LA PROPAGACIÓ PROPAGACIÓN: EL VIENTO Cuando una onda sonora recorre distancias considerables en el aire, a la atenuación por la distancia que acabamos de ver, hay que añadir la producida por la absorción acústica del aire. Esta atenuación depende de la frecuencia del sonido por lo que conviene tenerla en cuenta cuando intentamos hacer llegar el sonido de un altavoz (p.ej. una bocina) a gran distancia (más de 100 m), ya que observaremos una pérdida más acusada en las frecuencias más altas (agudos). TPISE 2010-11 23 Prof. León Peláez Herrero INFLUENCIAS METEREOLÓ METEREOLÓGICAS EN LA PROPAGACIÓ PROPAGACIÓN: EL VIENTO Ocasiona concentració concentración de las ondas sonoras en el sentido en el que sopla y disminució disminución en el sentido contrario TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 24 INFLUENCIAS METEREOLÓ METEREOLÓGICAS EN LA PROPAGACIÓ PROPAGACIÓN: LA TEMPERATURA DEL AIRE DÍA NOCHE t° t° Aire frío Aire caliente Aire caliente Aire frío Suelo TPISE 2010-11 25 Prof. León Peláez Herrero INFLUENCIAS METEREOLÓ METEREOLÓGICAS EN LA PROPAGACIÓ PROPAGACIÓN: LA HUMEDAD DEL AMBIENTE MÁS humedad menos humedad MAYOR absorción menor absorción MEJOR PROPAGACIÓ PROPAGACIÓN TPISE 2010-11 Suelo Prof. León Peláez Herrero peor propagació propagación 26 Medició Medición de Sonido: Nivel de Intensidad Sonora. NSIL Es la intensidad sonora medida en unidades logarítmicas. Para el caso de ONDAD CILINDRICAS: R I 2= I1( 1 ) R2 SIL(NIS)=S=10 log (I2/I1) Siendo I1 el valor de la intensidad sonora correspondiente al umbral de audición y equivale a 10-12 W/m2(a 1000 Hz). La anterior relación la podemos poner también en funció función de la distancia, distancia quedando: S=20 log (Ro/R) Siendo Ro la distancia a la que no se percibe el sonido emitido por una fuente sonora. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 27 Medició Medición de Sonido: Nivel de Intensidad Sonora. NSIL Ejemplo: Si a una distancia de 40 m no se percibe ningún tipo de sonido. ¿Qué valor de sensación sonora tendremos a 5 m? S=20 log (Ro/R)= 20 log(40/5)= 18.05 dB. Si analizamos el ejemplo podemos comprobar que la sensación sonora disminuye -6dB, al duplicar la distancia del foco emisor. Esto es lo que entendemos como atenuación y viene dada por la expresión:. Atenuación (dB)=20 log (R2/R1) Donde R2 es la distancia del foco a la cual se calcula la atenuación y R1 se toma como referencia, y suele ser de 1 m. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 28 ATENUACIÓ ATENUACIÓN DEBIDA A LA DISTANCIA • ¿QUÉ QUÉ NIVEL SPL LLEGARÁ LLEGARÁ A UN OYENTE SITUADO A 18 m DEL ALTAVOZ QUE EMITÍ EMITÍA 110 dB? – 1º CALCULAMOS LA ATENUACIÓN DEBIDA A LA DISTANCIA: Atenuación (dB)=20 log (R2/R1)=20 lo (18/1)= y – 2º RESTARLE AL NIVEL SPL LA ATENUACIÓN CALCULADA: SPL=110 dB- y= X TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 29 Medició Medición de Sonido: Nivel de Presió Presión Sonora. NSPL El nivel de presión sonora expresa el nivel de un sonido medido por un sonómetro, en dB. Dada la incomodidad de trabajar con Pascales (Pa) debido a que los niveles de presión son pequeños se usa como unidad el dB, que es la décima parte del BELIO. •0 dB. Corresponde al Umbral de audición y equivale a una presión sonora de 20 microPascales. •120 dB. Corresponde al Umbral de dolor y equivale a una presión sonora de 20 Pascales. Estos umbrales están definidos para una frecuencia de 1KHz. El oido humano puede percibir cambios de amplitud o intensidad con un precición de 2.5 dB por cada aumento. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 30 Medició Medición de Sonido: Nivel de Presió Presión Sonora. NSPL Definimos el aumento de nivel de presión sonora, referido por ejemplo, a los altavoces, como: NSPL=10 LOG P2/P1 P1= LA POTENCIA DE REFERENCIA (NORMALMENTE 1 W) P2= LA POTENCIA DE ENTRADA SUMINISTRADA A UN ALTAVOZ. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 31 RELACIÓ RELACIÓN ENTRE POTENCIAS: NSPL cálculo con POTENCIAS • CALCULAR EL NIVEL DE PRESIÓ PRESIÓN SONORA HIPOTÉ HIPOTÉTICO QUE OBTENDREMOS EN LA SALIDA DE UN AMPLIFICADOR: – 1º.- DE 50 W. – 2º.- DE 100 W. • • • TPISE 2010-11 NSPL = 10 log P2 50 = 10 log ≅ 17 dB P1 1 NSPL = 10 log P2 100 = 10 log = 20 dB P1 1 Vemos que con el doble de potencia no le corresponde el doble de NSPL, tan sólo una diferencia de 3 dB. dB Aparece la palabra “HIPOTÉTICO” , porque en la salida de un amplificador sólo habrá tensión, y no decibelios; la operación sólo convierte una relación de potencias en otra unidad relativa, el dB. P2 es el nuevo valor y P1 el valor de referencia. Prof. León Peláez Herrero 32 NIVEL SPL PRODUCIDO POR UN ALTAVOZ • ALTAVOZ DE 90 dB DE SENSIBILIDAD, ACOPLADO A: – AMPLIFICADOR DE 50 W: NSPL altavoz = 17 dB + 90 dB = 107 dB , a 1 m – AMPLIFICADOR DE 100W: NSPL altavoz = 20 dB + 90 dB = 110 dB , a 1 m TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 33 Medició Medición de Sonido: Nivel de Presió Presión Sonora. NSPL Ejemplo 2: El nivel de presión sonora de referencia de un altavoz es de 90 dB (Cuando se le suministra un 1W de potencia) medido a 1 m de distancia.¿Cuál será el NSPLcuando aplicamos 5W de potencia? ∆NSPL=10 log.P2/P1= Por lo tanto el Nivel de presión sonora del altavoz cuando aplicamos 5W de potencia será: NSPL= TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 34 Ejercicios de Cuantificació Cuantificación de Sonido: Pascales a dB(decibelio) Ej 1: Para calcular el nivel de presión sonora (SPL) en db, que se corresponde con 1 Pa de presión acústica, aplicaremos la formula anterior de la siguiente forma: TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero RELACIÓ RELACIÓN ENTRE TENSIONES: NSPL cálculo con TENSIONES • CALCULAR EL NIVEL DE PRESIÓ PRESIÓN SONORA QUE OBTENDREMOS EN LA SALIDA DE UN AMPLIFICADOR: – 1º.- DE 50V. – 2º.- DE 100V. • TPISE 2010-11 NSPL = 20 log UOUT 50 = 20 log ≅ 34 dB UIN 1 NSPL = 20 log UOUT 100 = 20 log = 40 dB UIN 1 Vemos que con el doble de tensión no le corresponde el doble de NSPL, si no 6 dB Prof. León Peláez Herrero 36 DIFERENTES TIPOS DE SONIDO: SONIDO: VOZ, MUSICA Y RUIDO Los sonidos se diferencian por su amplitud o intensidad, frecuencia y contenido de armónicos, y a veces también por la presencia de otras frecuencias, no relacionadas con la fundamental, como es el caso del ruido. VOZ. - La voz humana, por ejemplo, puede tener variaciones de amplitud tremendas, desde el susurro hasta el grito y que a 1 m de distancia alcanzan unos niveles acústicos aproximados a los que muestra la tabla siguiente: Por otra parte, las frecuencias que intervienen en la voz humana comprenden desde los 80/100Hz en el hombre y los 140Hz en la mujer hasta los 8 Khz. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 37 DIFERENTES TIPOS DE SONIDO: SONIDO: VOZ, MUSICA Y RUIDO MUSICA. - Los diferentes instrumentos musicales poseen una gran variedad de características tanto de intensidad como de frecuencias en el sonido que producen. En cuanto a gama de intensidad, podemos comparar las producidas por un solo instrumento de viento, por ejemplo la flauta: 49 dB, y los 95/100 dB que produce una gran orquesta en un pasaje "fortísimo". La gama de frecuencias que abarcan los instrumentos musicales es tan amplia como es capaz de escuchar el oído humano. Pondremos algunos ejemplos: TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 38 DIFERENTES TIPOS DE SONIDO: SONIDO: VOZ, MUSICA Y RUIDO RUIDO. - Se dice de todo aquel sonido molesto o indeseado. En la vida diaria los sufrimos permanentemente (tráfico, sirenas, electrodomésticos, aviones, etc). Su gama de frecuencias y de niveles acústicos son variadísimos así como sus efectos dañinos en nuestros oídos y cerebro. Puede considerarse ruido, tanto el producido por el despegue de un avión, como el producido por el motor del frigorífico, como la música procedente del piso de al lado; si nos molesta es ruido. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 39 EL OIDO HUMANO. Nuestro aparato auditivo es un delicado instrumento que transforma las variaciones de presión del aire que son las ondas sonoras, en pequeñísimas señales eléctricas que son conducidas hasta el cerebro por el nervio auditivo. La variedad de sonidos que puede diferenciar el oído tanto en frecuencia como en amplitud es asombrosa, por ejemplo la frecuencia más alta que puede percibir, 20 Khz, es 1.000 veces superior a la más baja, 20 Hz, mientras que la relación entre la máxima y la mínima presión acústica para las que está preparado supera 1.000.000 de veces (120 dB). TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 40 EL OIDO HUMANO. LOCALIZACION DE LA PROCEDENCIA DEL SONIDO El oído y el cerebro utilizan dos mecanismos para la localización de la procedencia del sonido; en los de baja frecuencia, aprovechan la pequeña diferencia de tiempo con que la onda sonora llega a cada oído, según su proximidad a la fuente sonora. En las altas frecuencias, es la propia sombra acústica creada por la cabeza la que hace variar la intensidad con la que el sonido llega a cada oído. Ambos mecanismos son usados por el cerebro para determinar la orientación horizontal de la fuente sonora respecto de nuestra cabeza. Menos apropiado es nuestro sistema auditivo para localizar la elevación de la fuente sonora, circunstancia que se puede aprovechar para, cuando sea posible, colocar los altavoces de refuerzo de palabra en la vertical sobre la cabeza del conferenciante, dando así la impresión de que el sonido amplificado procede directamente de él. TPISE 2010-11 41 Prof. León Peláez Herrero MEDICIÓ MEDICIÓN DEL SONIDO: FISIOLOGÍ FISIOLOGÍA AUDITIVA • ASPECTO LOGARÍ LOGARÍTMICO DE LA AUDICIÓ AUDICIÓN: – LOS SENTIDOS HUMANOS FUNCIONAN, RESPONDEN Y ACTÚAN LOGARÍTMICAMENTE, Y NO DE FORMA LINEAL. – EL OÍDO TIENE DIFERENTE SENSIBILIDAD PARA CADA FRECUENCIA SEGÚN LA INTENSIDAD DEL SONIDO QUE ESTAMOS ESCUCHANDO. – LAS CURVAS ISOFÓNICAS REPRESENTAN UNIDAS POR UNA LÍNEA A DIFERENTES FRECUENCIAS, PERO PERCIBIDAS POR EL OÍDO CON LA MISMA SENSACIÓN, AUNQUE SEA NECESARIA MÁS O MENOS PRESIÓN PARA CONSEGUIRLO. AMPLIAR IMAGEN TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 42 OTRAS CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS DE LOS SONIDOS • SONIDO PURO: – CONSTITUTIDO POR UNA ÚNICA FRECUENCIA. (NO EXISTE EN REALIDAD, SI NO ES POR MANIPULACIÓN ELECTRÓNICA) • SONIDO COMPLEJO: – RESULTADO DE LA SUMA DE DIVERSAS FRECUENCIAS Y AMPLITUDES. • TIMBRE: – ES LO QUE DIFERENCIA SONIDOS DE LA MISMA FRECUENCIA FUNDAMENTAL, PERO DIFERENTES ARMÓNICOS. • ARMÓ ARMÓNICOS: – MÚLTIPLOS DE LA FRECUENCIA FUNDAMENTAL, PERO DE MENOR AMPLITUD. • RUIDO: – TODO SONIDO MOLESTO O NO DESEADO. TPISE 2010-11 VER IMAGEN Prof. León Peláez Herrero 43 MEDICIÓ MEDICIÓN DEL SONIDO: PONDERACIÓ PONDERACIÓN EN FRECUENCIA • Debido a las limitaciones del oí oído, los aparatos de medició medición (sonó (sonómetro), incorporan un filtro elé eléctrico que modifica la respuesta de frecuencia, intentando seguir la respuesta del oído humano. • Estos filtros realizan las restricciones en dB que se deben añadir al nivel de presió presión sonora medido. • Las normas nacionales e internacionales requieren que todos los aparatos que midan el nivel sonoro incorporen la ponderació ponderación de frecuencia designada mediante la letra A. • Aunque existen otras ponderaciones en frecuencia que está están normalizadas internacionalmente como: – La ponderación B, que fue creada para modelar la respuesta del oído humano a intensidades medias. – La ponderación C que fue creada para sonidos de gran intensidad. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 44 MEDICIÓ MEDICIÓN DEL SONIDO: PONDERACIÓ PONDERACIÓN EN FRECUENCIA TPISE 2010-11 45 Prof. León Peláez Herrero COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTROS MATERIALES ABSORCIÓ ABSORCIÓN Y REFLEXIÓ REFLEXIÓN • EL SONIDO AL CHOCAR CON UN OBJETO, PRODUCE DOS EFECTOS CONTRARIOS: CONTRARIOS: – ABSORCIÓN – REFLEXIÓN • DEPENDERÁ DEPENDERÁ DEL TIPO DE OBJETO Y DE LA FRECUENCIA. Superficies lisas y rígidas TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero Superficies rugosas o blandas 46 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTROS MATERIALES COEFICIENTE DE ABSORCIÓ ABSORCIÓN α • ES LA RELACIÓ RELACIÓN ENTRE EL SONIDO ABSORBIDO (Sa (Sa)) Y EL INCIDENTE.(Sb) α= SA SB • SU VALOR OSCILA DE 0 A 1, Y VARÍ VARÍA SEGÚ SEGÚN LA FRECUENCIA. • α = 0 , SIGNIFICA QUE NO ABSORBE NADA (MATERIAL REFLECTANTE). • • α = 1 , SIGNIFICA QUE LO ABSORBE TODO (MATERIAL ABSORVENTE). Como normal general, los objetos lisos, pesados y rí rígidos son reflectantes y los rugosos y porosos son absorbentes. • VER TABLA DE COEF. DE ABSORCIÓ ABSORCIÓN EN LA SIGUIENTES DIAPOS. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 47 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTROS MATERIALES COEFICIENTE DE ABSORCIÓ ABSORCIÓN α En cada material hay un coeficiente de absorción distinto para cada gama de frecuencias, así por ejemplo una alfombra gruesa, tiene un a = 0,08 a 200 Hz, a = 0,40 a 1 Khz y a = 0,65 a 5Khz. Cuando en la sonorización de una estancia se presentan dificultades en la calidad del sonido porque las paredes son muy reflectantes (mármol, vidrio, etc.) es conveniente añadir algún elemento absorbente (cortinas, alfombras, tapiz, etc.) y el sonido mejorará sustancialmente. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 48 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTROS MATERIALES DIFRACCIÓ DIFRACCIÓN • Es la capacidad que tiene un sonido de rodear ciertos objetos. • Cuando un sonido de una determinada longitud de onda alcanza un objeto de menor tamañ tamaño que la propia longitud de onda del sonido en cuestió cuestión, en vez de reflejarse en él, lo RODEA. Cuando la longitud de onda es má más pequeñ pequeña que el objeto, se produce una sombra que dificulta en gran medida la propagació propagación del sonido. • • Por lo tanto la DIFRACCIÓ DIFRACCIÓN DEPENDE DEL TAMAÑ TAMAÑO del objeto Y LA FRECUENCIA de la onda sonora. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 49 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTROS MATERIALES REVERBERACIÓ REVERBERACIÓN Y ECO • Son consecuencia de la reflexió reflexión del sonido contra diversos objetos. • SE DIFERENCIAN EN EL TIEMPO QUE HAY ENTRE LA PERCEPCIÓ PERCEPCIÓN DEL SONIDO DIRECTO Y EL REFLEJADO. • • SI LO HACE EN MENOS DE 0’ 0’1 SEGUNDOS, SEGUNDOS, EL CEREBRO LO INTERPRETA COMO UN ÚNICO SONIDO O UNA PROLONGACIÓ PROLONGACIÓN DE ÉSTE. HABLAMOS DE REVERBERACIÓ REVERBERACIÓN. SI LO APRECIAMOS DESPUÉ DESPUÉS DE ESE TIEMPO, TIEMPO, EL CEREBRO LO INTERPETA COMO OTRO SONIDO Y SERÍ SERÍA UN ECO. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 50 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTROS MATERIALES ECO Aparecerá un eco, cuando el sonido reflejado llega al oído con un retardo superior a 50 ms con respecto al sonido directo. Según esto, la diferencia de caminos para que exista eco deberá ser: Para ilustrar el razonamiento a seguir, se muestra la siguiente figura: TPISE 2010-11 51 Prof. León Peláez Herrero VENTAJAS E INCONVENIENTES DE: REVERBERACIÓ REVERBERACIÓN Y ECO • EL ECO SIEMPRE ES PERJUDICIAL EN SONORIZACIÓ SONORIZACIÓN. • REORIENTANDO LOS ALTAVOCES PODEMOS EVITARLO. • LA REVERBERACIÓ REVERBERACIÓN PUEDE SER HASTA BENEFICIOSA. • EN CASO DE MÚ MÚSICA SINFÓ SINFÓNICA O DE BANDA, LE DA GRANDIOSIDAD. • LA REVERBERACIÓ REVERBERACIÓN PERJUDICA LA CLARIDAD DE LA PALABRA, DEPENDIENDO DE SU INTENSIDAD Y TIEMPO. TPISE SIN REVERBERACIÓN 2010-11 Prof. León Peláez Herrero CON REVERBERACIÓN 52 REFLEXIONES ÚTILES O PERJUDICIALES • EN GENERAL, TODAS AQUELLAS REFLEXIONES QUE LLEGUEN AL OYENTE DESPUÉ DESPUÉS DE 50 ms PROVOCARÁ PROVOCARÁN QUE LA PALABRA SEA INTELIGIBLE. INTELIGIBLE. • HASTA ESE TIEMPO AYUDARÁ AYUDARÁN AL SONIDO DIRECTO, POTENCIÁ POTENCIÁNDOLO. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 53 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTRAS FRECUENCIAS ENMASCARAMIENTO Se dice del efecto producido por un sonido dificultando la audición de otro menos intenso. Por ejemplo, si dos personas están conversando cerca de una máquina que produce ruido, se dificultará el entendimiento de la palabra, más cuanto más intenso sea este ruido y mucho más aún si las frecuencias que intervienen en el ruido son similares a las que utiliza la voz humana en la formación de las consonantes (500 - 4.000 Hz). TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 54 COMPORTAMIENTO DEL SONIDO CON OTRAS FRECUENCIAS ENMASCARAMIENTO Una aplicación práctica del efecto enmascaramiento se utiliza en oficinas diáfanas para aumentar el grado de confidencialidad de cada mesa de trabajo en relación con las que la rodean. Para ello se hace una distribución densa de altavoces instalados en el falso techo que, además de reproducir música ambiental, difunden un ruido blanco convenientemente ecualizado para producir un cierto nivel de ruido ambiente que dificulte la comprensión de la palabra a pocos metros de distancia. De esta forma nos aseguramos de que la conversación que se desarrolla en una mesa no puede ser seguida desde las masas próximas y obtenemos confidencialidad sin recurrir a la colocación de mamparas o paredes divisorias. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 55 TIPOS DE RUIDO. RUIDO BLANCO Y ROSA. El ruido blanco es una señal aleatoria (proceso estocástico) que se caracteriza porque sus valores de señal en dos instantes de tiempo diferentes no guardan correlación estadística. Como consecuencia de ello, su densidad espectral de potencia (PSD, Power Spectral Density) es una constante, i.e, su gráfica es plana. Esto significa que la señal contiene todas las frecuencias y todas ellas tienen la misma potencia. Igual fenómeno ocurre con la luz blanca, lo que motiva la denominación Ejemplo (Nero Wave Editor) Se denomina ruido rosa a una señal o un proceso con un espectro de frecuencias tal que su densidad espectral de potencia es proporcional al recíproco de su frecuencia. Su contenido de energía por frecuencia disminuye en 3 dB por octava. Esto hace que cada banda de frecuencias de igual anchura (en octavas) contenga la misma energía total. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 56 TIPOS DE RUIDO. RUIDO BLANCO Y ROSA. Ruido rosa es una señal o un proceso con un espectro de frecuencias tal que su densidad espectral de potencia es proporcional al recíproco de su frecuencia. Su contenido de energía por frecuencia disminuye en 3 dB por octava. Esto hace que cada banda de frecuencias de igual anchura (en octavas) contenga la misma energía total. abarca todo el espectro de audio desde 20 Hz hasta 20 KHz; es un sonido parecido al que se oye cuando en un receptor de FM no sintonizamos ninguna emisora. Por ello, mientras el timbre del ruido blanco es silbante como un escape de vapor (como "Pssss..."), el ruido rosa es más apagado al oído (parecido a "Shhhh..."). Se usa mucho como señal de prueba en mediciones acústicas. El espectro del ruido rosa es semejante al espectro medio acumulado de la música sinfónica o de instrumentos armónicos como el piano o el órgano. Ejemplo (Nero Wave Editor) TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 57 RESUMEN DE LO ESTUDIADO • CARACTERÍ CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO: – – – – – • COMPORTAMEINTO DEL SONIDO EN EL AIRE: – – – – TPISE 2010-11 Frecuencia, Longitud de onda, Amplitud. Nivel de presión sonoro. Espectro de frecuencias de audio. Aspecto logarítmico del sonido y de la audición. Valores típicos de Nivel de presión sonoro, en dB. Tipos de fuentes sonoras: puntual y lineal. Propagación, atenuación, reflexión y absorción. Reverberación, eco y enmascaramiento. Tipos de ruido. Prof. León Peláez Herrero 58 PUNTOS CLAVE • AUMENTAR EL DOBLE LA POTENCIA SONORA IMPLICA AUMENTAR EN 3 dB EL NIVEL SPL. • AUMENTAR EL DOBLE LA DISTANCIA IMPLICA UNA PÉ PÉRDIDA DE 6dB SI ES UN ALTAVOZ...... ... Y 3 dB SI ES UNA CAJA CON VARIOS ALTAVOCES. • DOBLAR LA TENSIÓ TENSIÓN IMPLICA UN AUMENTO DE 6 dB. • UNA VENTANA ABIERTA IMPLICARÍ IMPLICARÍA UN COEFICIENTE DE 1. • EL MÁ MÁRMOL TIENE UN COEFICIENTE PRÓ PRÓXIMO A 0. • REVERBERACIÓ REVERBERACIÓN, t ≤ 0’1 s. • ECO, t ≥ 0’125 s. TPISE 2010-11 Prof. León Peláez Herrero 59
