Introduccion acustica

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Equipos de sonido Módulo: Equipos de sonido

ELECTROACUSTICA : 

ELECTROACUSTICA

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ELECTROACUSTICA ACUSTICA: La Acústica es la ciencia que estudia la producción, transmisión y percepción del sonido, tanto en el intervalo de la audición humana como en las frecuencias ultrasónicas e infrasónicas.

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ELECTROACUSTICA Concentración molecular del aire Alta Baja Distancia λ 1.1.1 El sonido como fenómeno físico El sonido está producido por un elemento que vibra A cada movimiento completo de “vaivén” se le llama ciclo y el número de ciclos que se producen en un segundo se denomina frecuencia. Las moléculas de aire se desplazan en torno a su posición de equilibrio con un movimiento vibratorio en la dirección de propagación. El tiempo que tarda en realizar un ciclo completo recibe el nombre de “periodo”.

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ELECTROACUSTICA 1.1.2 Velocidad de propagación del sonido Densidades y velocidades del sonido. Para los sólidos, la velocidad que se da es para ondas longitudinales en varillas delgadas. La temperatura es a 20º C a menos que se indique lo contrario velocidad = espacio / tiempo v = λ / T (λ= longitud de onda)

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ELECTROACUSTICA 1.1.3 El sonido como fenómeno fisiológico Es toda perturbación del medio con sensación auditiva Son sonidos audibles la música y también el ruido Se distinguen por su tono, timbre e intensidad Las presiones acústicas que puede registrar el oído van de tan solo 20 microPascales hasta 20 Pascales Responde a frecuencias comprendidas entre 16 Hz y 20 Kz con gran selectividad Las variaciones de presión las registra el oído por un complejo sistema de traducción mecánica - sensorial

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ELECTROACUSTICA 1.2 Presión acústica Al aplicar una fuerza sinusoidal a las partículas de aire, estas se comprimen y se expanden alternadamente, lo que se refleja en pequeñas variaciones de la presión atmosférica lo cual se mide en unidades llamadas Pascal (1Pascal = 1 Newton/m2) . El mínimo sonido que se puede percibir es de 2x10-5 Pascal (20 μPascales) 1.3 Valor eficaz de la Presión acústica No se puede promediar esta presión pues sería cero en una señal periódica por lo que se suele calcular el valor eficaz o RMS Peficaz = 0,707 A

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ELECTROACUSTICA 1.4 Nivel de la presión acústica. Intensidad Es una medida que relaciona el valor RMS de la presión acústica con el mínimo audible..

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ELECTROACUSTICA 1.4 Nivel de la presión acústica. Intensidad El oído humano puede captar el siguiente margen de intensidades de sonido: Desde 20 μPascales = 0 dB Hasta 20 Pascales = 120 dB El enorme margen de intensidades obliga a medir los niveles en escala logarítmica o decibelios, el nivel de intensidad en dB se relaciona con la intensidad lineal mediante: Donde I es la intensidad de sonido, I0 es un nivel de referencia correspondiente a la intensidad más baja audible y log representa el logaritmo en base 10.

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ELECTROACUSTICA 1.4 Nivel de la presión acústica. Intensidad Tomando como punto de referencia la potencia umbral Wo a 1000 Hz, se aumenta gradualmente la potencia del amplificador hasta que la sensación auditiva sea el doble, y se observa que para conseguirla se necesita que la potencia aumente en 10 veces. (Recordando que W es la energía total generada mientras que I es la porción que fluye por una unidad de área se tiene que, para una fuente puntual que irradia ondas esféricas) También depende de la distancia así, en campo libre, cada vez que se dobla la distancia el nivel de presión sonora disminuye 6 dB La intensidad de sonido se expresa, generalmente, en unidades de W/cm2 , y la presión sonora en Pascales. La media cuadrática, o valor eficaz, de la presión sonora que corresponde a 10-16 W/cm2 es de 0,0002µbar = 20µPa.(umbral auditivo) y 25 W/m2, corresponde a 103µbar (umbral doloroso)

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ELECTROACUSTICA 1.4 Nivel de la presión acústica. Medida El nivel de la presión acústica y por tanto la sonoridad puede medirse con un dispositivo conocido como sonómetro. El sonómetro es un aparato que nos mide el nivel que puede llegar a alcanzar un sonido en dB. Hoy en día es un elemento de medida muy utilizado sobre todo por los ayuntamientos para medir los niveles de contaminación acústica tan acusada en nuestra sociedad. Responde a dos mediciones ponderadas A y C A : Similar al oído humano y C: Respuesta lineal des de los 20 Hz Tablas de Ponderacion A,C y U (dB).   Nominal ..............Exacta Frecuencia.......... Frecuencia .........A-weight ..........C-weight ........U-weight 10 ...........................10.00 ...............-70.4 ...............-14.3............... 0.012.5 ........................12.59 ...............-63.4 ...............-11.2 ...............0.016 ...........................15.85 ...............-56.7 ................- 8.5 ...............0.020 ...........................19.95 ...............-50.5 ................- 6.2 ...............0.025 ...........................25.12 ...............-44.7 ................- 4.4 ...............0.031.5 ........................31.62 ...............-39.4 ................- 3.0 ...............0.040 ...........................39.81 ...............-34.6 ................- 2.0 ...............0.050 ...........................50.12 ...............-30.2 ................- 1.3 ...............0.063 ...........................63.10 ...............-26.2 ................- 0.8 ...............0.080 ...........................79.43 ...............-22.5 ................- 0.5 ...............0.0100 .......................100.00 ...............-19.1 ................- 0.3 ...............0.0125 .......................125.9 .................-16.1................ - 0.2 ...............0.0160 .......................158.5 .................-13.4 ................- 0.1 ...............0.0200 .......................199.5 .................-10.9 ..................0.0 ................0.0250 .......................251.2 ..................- 8.6 ..................0.0 ................0.0315 .......................316.2.................. - 6.6 ..................0.0 ................0.0400 .......................398.1 ..................- 4.8 ..................0.0 ................0.0500 .......................501.2 ..................- 3.2 ..................0.0 ................0.0630 .......................631.0 ..................- 1.9 ..................0.0 ................0.0800 .......................794.3 ..................- 0.8 ..................0.0 ................0.01000 ...................1000.0 .....................0.0 ..................0.0 ................0.01250 ....................1259 ....................+ 0.6.................. 0.0 ................0.01600 ....................1585 ....................+ 1.0 ................- 0.1................ 0.02000 ....................1995 ....................+ 1.2 ................- 0.2 ................0.02500 ....................2512 ....................+ 1.3 ................- 0.3 ................0.03150 ....................3162 ....................+ 1.2 ................- 0.5 ................0.04000 ....................3981 ....................+ 1.0 ................- 0.8 ................0.05000 ....................5012 ....................+ 0.5 ................- 1.3 ................0.06300 ....................6310 .....................- 0.1 ................- 2.0 ................0.08000 ....................7943 .....................- 1.1 ...............- 3.0 .................0.010000 ................10000 .....................- 2.5 ...............- 4.4 .................0.012500 ................12590 .....................- 4.3 ...............- 6.2 ...............- 2.816000 ................15850 .....................- 6.6 ...............- 8.5 ..............-13.020000 ................19950 .....................- 9.3 ..............-11.2 ..............-25.325000 ................25120 ....................-37.631500 ................31620 ....................-49.740000 ................39810 ....................-61.8

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ELECTROACUSTICA 1.5 Superposición de sonidos Cuando llegan simultáneamente dos sonidos diferentes el nivel del sonido resultante dependerá de si los sonidos son coherentes o no coherentes. SONIDOS COHERENTES: - Es el caso de dos tonos puros de la misma frecuencia. Cada tono puede tener su propia amplitud y entre los dos tonos puede haber un desfase cualquiera, con tal de que no dependa del tiempo: - Si se dobla la presión con límites coherentes el nivel aumenta 6dB. SONIDOS NO COHERENTES: - Cuando el desfase entre dos tonos puros de la misma frecuencia varía con el tiempo, o las frecuencias no son iguales, o sencillamente al menos uno de los sonidos no es tono puro. - Para la operación “sumar niveles” utilizan el símbolo ¬ . Son fáciles de comprobar las siguientes relaciones entre los niveles (en dB): 60 ¬ 60 = 63.00 60 ¬ 55 = 61.19 60 ¬ 50 = 60.41 60 ¬ 45 = 60.14 60 ¬ 40 = 60.04 Si se dobla la presión con fuentes no coherentes el nivel aumenta en 3db. Por ejemplo, el ruido de fondo no altera prácticamente el resultado de una medida, si está unos 15-20 dB por debajo del nivel que se pretende medir. (concepto de nivel señal ruido)

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ELECTROACUSTICA 1.6 Bandas de igual ancho y porcentuales Se representan como intervalos fijos en las escalas, respectivamente lineal y logarítmica (décadas). Las bandas más usadas en Acústica son octavas y tercios de octava El termino de octava se toma de una escala musical, se considera el intervalo entre dos sonidos que tienen una relación de frecuencias igual a 2 y que corresponde a ocho notas de dicha escala musical. Por ejemplo: si comenzamos con una nota como DO, la octava completa será: DO-RE-MI-FA-SOL-LA-SI-DO. Si el primer DO estaba afinado en 440 Hz el segundo estará en 880 Hz, ya que hemos indicado que en la octava hay una relación de frecuencias igual a 2. En el caso de un ecualizador gráfico de una octava, las frecuencias centrales de los filtros podían ser las siguientes: 16 Hz - 31,5 Hz - 63 Hz - 125 Hz - 250 Hz - 500 Hz - 1kHz - 2 kHz - 4 kHz - 8 kHz - 16 kHz.. En el caso de un tercio de octava, cada intervalo de la octava se divide en tres partes como sigue : 16 Hz - 20 Hz - 25 Hz - 31,5 Hz - ……..16 kHz

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ELECTROACUSTICA 1.7 El oído. Fisiología. La generación de sensaciones auditivas en el ser humano es un proceso extraordinariamente complejo, el cual se desarrolla en tres etapas básicas: Captación y procesamiento mecánico de las ondas sonoras. Conversión de la señal acústica (mecánica) en impulsos nerviosos, y transmisión de dichos impulsos hasta los centros sensoriales del cerebro. Procesamiento neural de la información codificada en forma de impulsos nerviosos. El oído es un excelente receptor y analizador espectral del sonido: responde entre 20 Hz y 20000Hz desde 0dB hasta 120 dB. Su estructura mecánica es muy delicada y precisa. El oído o región periférica se divide usualmente en tres zonas, llamadas oído externo, oído medio y oído interno

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ELECTROACUSTICA 1.7 El oído. Fisiología.

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ELECTROACUSTICA 1.7 El oído. Fisiología. Las oscilaciones de la presión molecular del aire, pasan por el Conducto Auditivo Externo y producen vibraciones en el Tímpano, éste a su vez las transmite a través del Martillo, Yunque y Estribo que funcionan como una prensa hidráulica amplificando la fuerza generada por el sonido unas 15 veces y transmitiéndola a la Ventana Oval. El oído interno contiene una solución líquida (perilinfa) que transmite las vibraciones desde la Ventana Oval a la Ventana Redonda, la cual se desplaza proporcionalmente y a la inversa que la Ventana Oval, manteniendo con ello la presión constante dentro del oído interno. El desplazamiento de la solución líquida es detectado por finísimas terminaciones nerviosas dispuestas en el canal coclear y la propia cóclea o caracol, conectándose a la terminación nerviosa en el órgano de Corti y mandando la información al cerebro por medio del nervio. Representación de la membrana basilar como una línea de transmisión.

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ELECTROACUSTICA 1.8 Características de la audición. Gráfica logarítmica que muestra la intensidad requerida para una audición subjetivamente lineal. Las conclusiones son las siguientes: El oído humano es muy sensible a frecuencias de aproximadamente 3000 Hz A niveles bajos de presión acústica puede ser hasta 60dB más sensible a 1KHz que a 30Hz A niveles altos de presión acústica presenta un comportamiento prácticamente lineal El valor aproximado del poder de resolución en I es de orden a 1dB. El poder de resolución en frecuencia entre 100 y 1000Hz llega a 1Hz

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ELECTROACUSTICA 1.8.1 Curva umbral La sensibilidad del aparato auditivo puede variar considerablemente de un sujeto a otro algunos individuos jóvenes pueden detectar tonos que se encuentran 20 dB por debajo del promedio. La sensibilidad del sistema auditivo humano disminuye con la edad, especialmente en las altas frecuencias, debido al deterioro de las células ciliares del órgano de Corti

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ELECTROACUSTICA 1.8.2 Áreas de audición y sensación dolorosa El aparato auditivo es capaz de operar sobre un rango de presiones sonoras muy amplio (unos 150 dB). El extremo superior del rango dinámico está dado por el umbral de dolor, el cual define las presiones sonoras máximas que puede soportar el oído. Más abajo de este nivel, se encuentra el límite de riesgo de daños, el cual representa un umbral de presión sonora que no debe sobrepasarse por más de un cierto período de tiempo (ocho horas diarias por día laboral), o de lo contrario puede producirse un pérdida de sensibilidad permanente

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ELECTROACUSTICA 1.9. Enmascaramiento En la presencia de ruido el umbral de audición sube, la inteligibilidad de la palabra baja. Este fenómeno se llama enmascaramiento El enmascaramiento sonoro puede definirse como el proceso en el cual el umbral de audibilidad correspondiente a un sonido se eleva, debido a la presencia de otro sonido. Un tono enmascara más a las frecuencias superiores a él, que a las frecuencias inferiores.

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio Forma de onda eléctrica del sonido La señal eléctrica de sonido se caracteriza por sus variaciones de nivel en función del tiempo, así pues el nivel es proporcional a la presión acústica que se pretende emular y el número de periodos por segundo (unidad de tiempo) la frecuencia o tono del sonido representado. Tiempo

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio El margen dinámico nos indica la relación que existe entre la señal “más débil” y la “más fuerte” que una determinada fuente sonora puede emitir Los niveles a los que acabamos de referir se medirán en unidades logarítmicas (decibelios).

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio La relación señal ruido nos indica la diferencia de niveles entre la señal y el ruido presente. este parámetro se denota como S/N o también SNR, a partir de su denominación en inglés (signal-to-noise-ratio).

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio RELACIÓN SEÑAL-RUIDO (SNR) TABLA DE RELACION SEÑAL 1 RUIDO TIPICAS

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio Por banda de frecuencia se entiende aquel margen espectral en que se incluyen las señales propias características de dicha banda. En cuanto a la banda (o margen de espectro) de frecuencias de audio, la banda que ocupan se delimita entre 20 Hz y 20 KHz La voz humana posee un ancho de banda de entre (6 – 8) Khz

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio Recibe el nombre de tono la cualidad de los sonidos que permite distinguir entre sonidos graves, medios y agudos TONO

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ELECTROACUSTICA 1.10. Introducción a las señales de audio

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ELECTROACUSTICA 1.10.2 EL DECIBELIO El decibelio (dB) es una forma alternativa de expresar matemáticamente señales cuyo rango de posibles valores es enorme y, por tanto, incómodo de manejar. Caso de magnitudes A tipo cuadráticas: dB = 10 . log (A/Aref). (PRESIÓN Y POTENCIA) Caso de magnitudes B de primer orden: dB = 20 . log (B/Bref). (TENSIÓN E INTENSIDAD) Podemos observar que el valor de dB se calcula respecto a una referencia, es decir, los dB obtenidos estarán referidos a este valor. Algunos casos característicos, en los que el valor de los dB toman una denominación específica en función de la referencia utilizada son: dBV (si la referencia es 1 voltio, V), dBm (si la referencia es 1 miliwatio, mW), o dBu (si la referencia es de 0,775V). La referencia para nivel absoluto (dBm) equivale a la tensión necesaria para disponer de 1 mW de potencia sobre una carga de 600Ω

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ELECTROACUSTICA PSICOACÚCTICA No todos los fenómenos perceptuales auditivos están relacionados directamente con un fenómeno físico sino que reflejan un conjunto muy complejo de relaciones que , para poder ser descritos, requieren de calificativos subjetivos de difícil repetibilidad entre observadores. Esto se puede observar en la figura

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ELECTROACUSTICA 1.11. AMBIENTE ACÚCTICO El sonido que se propaga al aire libre está sujeto a dispersión geométrica, reflexión, difracción, superposición (interferencia) y absorción. Pero su comportamiento es simple comparado con lo que sucede cuando el sonido se propaga en el interior de un recinto. AIRE LIBRE INTERIOR

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ELECTROACUSTICA 1.11. AMBIENTE ACÚCTICO REFLEXIONES EN EL INTERIOR EL SONIDO IDEAL ES EL QUE NOS LLEGA DIRECTAMENTE DE LA FUENTE SONORA, LIBRE DE REFLEJOS Y RETARDOS NO DESEADOS

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ELECTROACUSTICA 1.11. AMBIENTE ACÚCTICO LA REVERBERACIÓN. La reverberación es la persistencia del sonido dentro de un recinto, después de que el sonido original haya cesado. Se trata de ecos múltiples cuyas intensidades van decreciendo. T = tiempo de reverberación (segundos) V = volumen total del local (m3);  a S = sumatorio de todas las superficies multiplicadas cada una por el propio coeficiente de absorción; S = superficie de cada pared del local (m2); a = coeficiente de absorción de los diversos materiales (véase la tabla). La reverberación puede considerarse buena o mala dependiendo de las circunstancias. El tiempo de reverberación puede calcularse con la fórmula de Sabine Tiempo de reverberación

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ELECTROACUSTICA 1.11. AMBIENTE ACÚCTICO MATERIALES ABSORBENTES Y POROSOS Toda superficie y todo objeto presente en una sala absorbe algo de energía sonora. Los objetos duros y lisos como paredes y azulejos absorberán mucho menos energía sonora que los objetos blandos y porosos como alfombras, tapicerías incluso personas. La absorbencia depende del material y de cómo este colocado.