unidad 1

EQUIPOS DEEQUIPOS DE

INSTITUTO E. S. RINSTITUTO E. S. RINSTITUTO E. S. RÍÍÍO DUEROO DUEROO DUERO

DEPARTAMENTO ELECTRICIDAD DEPARTAMENTO ELECTRICIDAD DEPARTAMENTO ELECTRICIDAD ---

ELECTRELECTRELECTRÓÓÓNICANICANICA

TEMA 1TEMA 1

EL SONIDOEL SONIDO

NATURALEZA NATURALEZA MAGNITUDES MAGNITUDES

FUNDAMENTOSFUNDAMENTOS

DEFINICIDEFINICIÓÓNNDEDE

SONIDOSONIDO

•

Vibración

mecánica que se propaga por un medio material

y que es producido por el aporte de una

energía mecánica al medio.

•

Perturbación del medio producida por un cuerpo en vibración

y que se transmite

en forma de onda de

presión.

•

Desde un punto de vista físico para que se produzca sonido se requiere la existencia de un cuerpo vibrante, denominado foco

(cuerda tensa, varilla, una

lengüeta) y de un medio elástico

que transmita esas vibraciones, que se propagan por él constituyendo lo que se denomina onda sonora.

SONIDOSONIDO

¿

Metallica

?¿

Julio Iglesias ?

¿

Airon

Maiden

?¿

Extremoduro

?

¿

Isabel Pantoja

?

¿¿ CCóómo se mo se genera un genera un sonido ?sonido ?

ACACÚÚSTICASTICA

CIENCIA

QUE ESTUDIA LAS VIBRACIONES SONORAS

PRESENTES EN UN MEDIO ELÁSTICO, SU PRODUCCIÓN, PROPAGACIÓN Y DETECCIÓN.

Tipos de ondasTipos de ondas (en funci(en funcióón al movimiento de las partn al movimiento de las partíículas)culas)

•

Transversales -

Perpendicular a la propagación

•

Longitudinales -

Misma dirección

•

Esféricas

-

Todas direcciones

λ

= Longitud de onda ((lamdalamda))

CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES SONORAS

••

VELOCIDAD DE PROPAGACIVELOCIDAD DE PROPAGACIÓÓNN

••

LONGITUD DE ONDALONGITUD DE ONDA

••

FRECUENCIA DEL SONIDOFRECUENCIA DEL SONIDO

Velocidad del sonido

•

Velocidad de propagación en el aire a 0 grados C = 331 m/s

•

Velocidad de propagación en el aire a 20 grados C = 343 m/s

••

Valor estValor estáándar para cndar para cáálculos = 340 m/s (1224 lculos = 340 m/s (1224 kmkm/h)/h)

V = 331 + 0.6 x t

Longitud de ondaLongitud de onda

••

Longitud de onda = Distancia = Longitud de onda = Distancia = λλ

(lamda)(lamda)

Velocidad del sonido Velocidad del sonido v = v = λλ

/ T (v=e/T)/ T (v=e/T)

T T --

periodoperiodo

Distancia entre dos valores máximos o mínimos sucesivos.

λλ

= v . T = v / f= v . T = v / f

T = periodo

¿¿Calcular la Calcular la λλ

de un altavoz que vibra con una f = 10000 de un altavoz que vibra con una f = 10000 Hz?Hz?

λλ

= v/f = 340 = v/f = 340 m/sm/s

/ 10000 / 10000 HzHz

= 0.034 m= 0.034 m

Periodo Periodo -- T = 1/f = 1/10000 T = 1/f = 1/10000 HzHz

= 0.0001 s= 0.0001 s

Longitud de onda Longitud de onda -- λλ -- lamdalamda

Frecuencia del sonido

•

Número de vibraciones (ciclos) por segundo.•

Unidad de frecuencia = Hertzio ( Hz

)

•

1 Hertzio = 1 vibración (ciclo) por segundo

•

F = 1 / T (T –

periodo)

belio - decibelio

•

Belio = Logaritmo en base 10 de la relación entre dos potencias o intensidades sonoras.

•

Decibelio = Diez veces menor que el belio.

dB

Magnitudes básicas de las señales sonoras

•

Valor instantaneo

= V

Valor pico a pico = V p/p•

Valor máximo = V máx

Valor medio = V med

•

Valor eficaz o RMS = V rms

v

V máx

V p/p

V med

V rms

Longitud de onda

Relaciones entre las magnitudes básicas de las señales sonoras

•

V ef = 0.7 * V máx

•

V med

= 2/Π

* V máx•

V p/p = 2 * V máx

•

Longitud de onda λ

= v / f (340/f)

v V p/p

V med

V rms

V máx

Intensidad sonora•

Nivel de intensidad sonora Sould

Intensity

Level

(SIL)Cantidad de energía acústica que atraviesa por segundo en un punto del campo sonoro.

Unidad = W/m2 aunque se suele representar en db

Umbral absoluto de audición (f=1000 Hz)10-12 W/m2 - 0 db

se usa como referencia

Umbral de sensación dolorosa (f=1000 Hz)1 W/m2 -

120 db

Valores de referenciaValores de referencia.

Nivel de Referencia para la PresiPresióón Sonora n Sonora SPL

(en el aire) = 0.00002 = 2*10-5

N/m2

ó Pa

Nivel de Referencia para la Intensidad SonoraIntensidad Sonora

SIL

(en el aire) = 0.000000000001 = 10-12

w/m2

Nivel de Referencia para la Potencia SonoraPotencia Sonora

PWL

(en el aire) = 0.000000000001 = 10-12

w

Percepción del nivel de presión sonora en dB

Sitio dB PercepciónLanzamiento de un cohete 180 Insoportable

Despegue de un avión militar 140 Insoportable

Cuarto de máquinas de un buque marino 120 Muy ruidoso

Nivel máximo permitido en una discoteca 105 Muy ruidoso

Lugar de construcción 90 Ruidoso

Carretera congestionada 80 Ruidoso

Conversación en un restaurante 60 Tranquilo

Conversación normal 30 Tranquilo

Desierto 10 Muy tranquilo

Presión sonora

•

Variaciones de presión producidas por una onda en su propagación, ejerciendo una fuerza por unidad de superficieSPL

–

Nivel de presión sonora (Sound Pressure Level)

Se mide con el sonómetro.La referencia es 0.0002 dina/cm2 = 2. 10-5 N/m2 que es la presión acústica mínima capaz de producir sensación auditiva.

SPL –

10 log (P2

/Pref

) = 20 log P/Pref

Pref

= 2 * 10

-5 N/m2

Potencia sonora•

Energía irradiada al medio por unidad de tiempo.

•

Su unidad es el vatio –

db (W)

PWL

–

Nivel de potencia sonora (Power Wattage Level)PWL = 10 log W + 120 = db

Ejemplo –

Una fuente sonora de 2 W le corresponde una potencia sonora de:PWL = 10 log 2 + 120 = 123 db

EL RUIDO•

El ruido es un conjunto de fenómenos vibratorios aéreos que, percibidos por el sistema auditivo, pueden ocasionar molestias

o lesiones de oído, o dicho de otra manera, el ruido es un conjunto de sonidos mezclados y desordenados.

•

Normalmente las ondas de un ruido no tienen una longitud de onda, frecuencia, ni amplitud constantes y sedistribuyen mezcladas unas con otras.

Ruidos empleadosRuidos empleados en el estudioen el estudio

acacúústicostico

Clases de ruidosExisten tres tipos de ruidos básicos:

•

Ruido blanco:

esta compuesto por todas las frecuencias audibles a la misma amplitud; es parecido a un Shshshsh, como el que hace el televisor cuando se corta la emisión.

•

Ruido rosa:

esta compuesto sobre todo por frecuencias graves y agudas, medias atenuadas; es similar a un Fsfsfsfsfs.

•

Ruido marrón:

esta compuesto principalmente por ondas graves y medias; es parecido a Jfjfjfjfjf.

El ruido rosa

Ruido cuyo nivel sonoro está caracterizado por un descenso de 3dB por octava.En un analizador con filtros de octava, se ve como si todas las bandas de octava tuviesen el mismo nivel sonoro; cierto, pero el ruido rosa no tiene el mismo nivel en todas las frecuencias. Uso: analizar el comportamiento de salas, altavoces, equipos de sonido etc.

ACACÚÚSTICASTICAFISIOLFISIOLÓÓGICAGICA

¿Cómo oímos? 1/5

•

La energía sonora se transmite en forma de ondas. Nuestro oído es capaz de transformar esas ondas en un estímulo

que nuestro cerebro interpreta como un sonido.

•

¿Pero cómo ocurre todo el proceso?

¿Cómo oímos? 2/5

•

¿captaríamos los mismos sonidos si sólo tuviésemos los orificios del canal auditivo externo?

¿Cómo oímos? 3/5•

Las ondas sonoras captadas por el pabellón auditivo penetran en el conducto auditivo externo hasta llegar al tímpano. El tímpano es una membrana que actúa como la piel de un tambor, cuando las ondas sonoras golpean, el tímpano vibra con la misma frecuencia que las ondas. El tímpano está

conectado a una cadena de tres huesecillos

que constituyen lo que se

conoce como oído medio. ¿En qué

se ha transformado la energía sonora?

Al vibrar el tímpano, el primer hueso de la cadena al que está

conectado, el martillo vibra con la misma frecuencia que el tímpano. Al moverse golpea (de ahí

su nombre) sobre el segundo hueso, el yunque, que se moverá

transmitiendo la vibración al tercer y último hueso de la cadena, el estribo. (Los nombres de yunque y estribo hacen referencia a la forma de los huesecillos). Las ondas sonoras se han transformado en vibraciones.

¿Cómo oímos? 4/5•

El estribo está

conectado a otra membrana llamada membrana oval.

¿Qué

ocurrirá

cuando el estribo se mueva como consecuencia de la transmisión de vibraciones a lo largo de la cadena de huesecillos?

La membrana oval es similar al tímpano aunque de menor tamaño, recibe las vibraciones del estribo y, a su vez, vibra en la misma frecuencia que los huesos, el tímpano y las ondas sonoras.

¿Cómo oímos? 5/5•

La membrana oval está

conectada al

oído interno o laberinto. El oído interno está

lleno de líquido. ¿Cómo

se transmitirá

ahora la energía? •

En el oído interno se localizan unas células especializadas

capaces de

recibir las ondas que se transmiten por el líquido. Reciben el estímulo y mandan la información a través del nervio auditivo al cerebro. En el cerebro esta información es procesada como un sonido. Dependiendo de la frecuencia de las ondas así

percibiremos sonidos

graves o agudos, los graves son sonidos de frecuencia baja y los agudos de frecuencia alta. Todo el proceso es muy rápido, nos parece casi instantáneo, en este caso la persona habrá

oído el

despertador y será

consciente de que tiene que levantarse para ir a clase.

Pabellón auditivo

Martillo Yunque Ventana oval

Estribo Elicotrema

Orificio auditivo

Conducto auditivo externo

TímpanoVentana redonda

Trompa de Eustaquio

Escala Vesicular

Escala media

.Escala timpánica

Caracol

OOÍÍDO Y SALUDDO Y SALUD

•

20Hz -

20000 Hz»

8000 Hz

(adultos)

•

20 µPa

–

100 Pa

Anatomía y fisiología del sistema auditivo 4

Sistema auditivo humanoEl oído medio

=

Sección del caracol o coclea

Conductovestibular

conductotimpánico

Conductomediano

membranade Reissner

membranabasilar

Anatomía y fisiología del sistema auditivo 1

Sistema auditivo humanoSistema auditivo periférico: el oído

Transforma las variaciones de presión que le llegan en impulsos eléctricos (o electroquímicos)

Está formado por:– El oído externo: pabellón y canal auditivo – El oído medio: tímpano, cadena de huesecillos y trompa de Eustaquio – El oído interno: canales semicirculares y caracol o cóclea

Anatomía y fisiología del sistema auditivo 12

Sistema auditivo humanoSistema auditivo central

Trasmite los impulsos eléctricos desde el oído al cerebro y realiza la distribución y el procesamiento de la información.

Está formado por:– El nervio auditivo, formado por 30.000 neuronas – El cerebro

Esquema de funcionamiento de la captación de sonido por parte del oído

Umbral de audición

Umbral de dolorCurvas Curvas isisóófonicasfonicas

Atributos psicológicos del sonido 3

Sonoridad.Curvas isófonicas

Curvas Curvas isisóófonicasfonicas

Fatiga sensorialFatiga sensorial

Disminución de la audición por exposición continua a ruidos intensosEs una disminución de la capacidad transmisora de las neuronas del nervio auditivo.La estimulación provoca descargas de sustancias neurotransmisoras entre neuronas. Una estimulación continua disminuye la audición al producirse el agotamiento de las reservas de sustancias neurotransmisoras en las neuronas.

Al tratarse de un efecto en el nervio auditivo, la señal se mantiene idéntica en el oído (aunque disminuye la sensación) por lo que el posible daño a las diferentes estructuras del oído permanece.

CaracterCaracteríísticas direccionalessticas direccionales•

El oído humano percibe sonidos que llegan desde cualquier dirección, pero existe cierta dependencia de dependencia de la intensidad percibida con la direccila intensidad percibida con la direccióónn

de incidencia

del sonido.

•

La razón principal es la posiciposicióón de los on de los oíídosdos

que quedan ensombrecidos por la cabeza. Además hay que añadir el efecto que produce la forma de la orejaforma de la oreja

en la presión sonora que llega al tímpano.

MONOFONIA Y ESTEREOFONÍA

•

El objetivo de la estereofonía es dar una sensación de direccionalidad

y espacio en

el sonido emitido y recrear sensaciones auditivas de una audición en directo.

•

Debe existir correspondencia con el momento de la grabación.

la voz humana

Intervalo de frecuencias e intensidades del sonido durante el habla

EL TONO

•

Cualidad de los sonidos que permiten distinguir entre las diferentes frecuencias

del espectro de audio (graves, medios o agudos).

•

Octava = Valor doble de la frecuencia.La octava de 1000 Hz

será

2000 Hz.

Espectro audible = 20 Hz

a 20 KHz.

EL TIMBRE

•

Cualidad de los sonidos que permiten distinguir entre las diferentes instrumentos musicales de un mismo tono y de igual intensidad, emitidos por diferentes fuentes sonoras.

•

Depende del número y de la intensidad de los armónicos

que acompañan a un sonido

fundamental.•

Armónicos de un sonido = Ondas que acompañan a la fundamental y son múltiplos de esta.

LA FASE

•

Posición en la que estamos analizando la onda.

•

El oído humano no puede detectar retrasos o adelantos en dos o más sonidos, a no ser que tengan distinta frecuencia o amplitud.

RELACIÓN SEÑAL / RUIDO

•

Relación de niveles existente entre la señal útil y el ruido de fondo que inevitablemente le acompaña.

FUENTES SONORAS RELACIÓN SEÑAL / RUIDO

CD –

compact disc 98 dB

DAT –

cinta digital 95 dB

Cassette 50 dB

Receptor de FM 50 dB

Receptor de AM 35 dB

EQUIPOS DE EQUIPOS DE MEDIDAMEDIDA

DEL SONIDODEL SONIDO

Sonómetro

•

Clase 0: Se utiliza en laboratorios. Sirve como referencia.

•

Clase 1: Umpleo

en mediciones de precisión

en el terreno.

•

Clase 2: Utilización en mediciones generales

de campo.

•

Clase 3: Empleado para realizar reconocimientos. Mediciones aproximadas.

COMPONENTES DEL SONÓMETRO-

MICRÓFONO = Convierte las variaciones de presión de las ondas

sonoras en una tensión eléctrica proporcional a la presión. (componente principal)

-

AMPLIFICADOR = Amplifica la señal del micrófono.

-

FILTROS DE FRECUENCIA =

Conjunto de filtros electrónicos cuya respuesta simula la respuesta auditiva humana. (opcional)

-

DETECTOR DESEÑAL =

Encargado de obtener el valor de la señal proporcional al valor medio cuadrático.

-

INDICADOR =

Da la respuesta en dB

en forma analógica o digital

-

REGISTRADORESGRÁFICOS =

Permite la impresión gráfica de los valores.

sonómetro

•

Este aparato nos permite medir objetivamente el nivel de presión sonora. Los resultados los expresa en dB.

Para determinar el daño auditivo,

el

equipo trabaja utilizando una escala de ponderación "A" que deja pasar sólo las frecuencias a las que el oído humano es más sensible, respondiendo al sonido de forma parecida que lo hace éste.

El dispositivo consta de un micrófono, un sección de procesamiento y una

unidad de

lectura.

Euro 2.155,00 Distintos tipos de sonométros

Sonómetros con conexión a un sistema informáticoSoftware de análisis sonoro para el SL-2900

Euro 1.912,00

Calibradores de sonido

•

A mayor temperatura, ________ velocidad del sonido.mayor

Llamamos λλ

(_______) a la _____________ de onda.(_______) a la _____________ de onda.longitudlamda

Completa la fórmula del cálculo de la Velocidad de propagación del sonido: v = λ / T

periodo

Valor estándar de la velocidad del sonido ______ ____340 m / s

VELOCIDAD DEL SONIDOVELOCIDAD DEL SONIDO

A mayor temperatura, ________ frecuencia.igual

La unidad del periodo es : ________________segundo

Completa la fórmula que relaciona la frecuencia del sonido con el periodo: f = 1 / T

La unidad de frecuencia es : _______________________Hz

(ciclos por segundo)

FRECUENCIAFRECUENCIA

V -

F = El valor máximo puedo medirlo con el sonómetro.

verdad

MAGNITUDES BMAGNITUDES BÁÁSICAS DE LAS SESICAS DE LAS SEÑÑALES SONORASALES SONORAS

V -

F = El valor eficaz puedo medirlo con el sonómetro.falso

V-F = El valor máximo acústico puedo medirlo directamente con el polímetro. falso

Relaciona el Vef

con el Vmax

Vef

= Vmax

/ √

2 = 0.7 * Vmax

Siglas del NIVEL DE INTENSIDAD SONORA = S I LUnidades =

MAGNITUDES BMAGNITUDES BÁÁSICAS DE LAS SESICAS DE LAS SEÑÑALES SONORASALES SONORAS

W / m2 --- dB

Magnitud en dB

de la intensidad umbral absoluta de audición = 0 dB

Magnitud en dB

del umbral de sensación dolorosa = 120 dB

Siglas del NIVEL DE PRESIÓN SONORA = S P LUnidades =

MAGNITUDES BMAGNITUDES BÁÁSICAS DE LAS SESICAS DE LAS SEÑÑALES SONORASALES SONORAS

N / m2

Siglas de LA POTENCIA ACÚSTICA = P W L

Unidades = W

Se puede medir LA POTENCIA ACÚSTICA con el SONÓMETRO = NO

Con el TONO diferenciamos las distintas frecuencias del espectro de audio =

ACACÚÚSTICA FISILSTICA FISILÓÓGICAGICA

VERDAD

El TIMBRE depende del número y la intensidad de los armónicos = VERDAD

Cuanto mayor es la intensidad sonora mayor es el desfase entre dos ondas sonoras = FALSO

La relación señal ruido en un receptor de AM es mayor que en un receptor FM =

ACACÚÚSTICA FISILSTICA FISILÓÓGICAGICA

FALSO

El oído humano es mas sensible a una frecuencia sonora de 1 KHz

que a 100 Hz

= VERDAD

Puede propagarse el sonido en el vacio

= FALSO

Diferencia entre sonido como fenómeno fisiológico y físico =

Sonido puroSonido filtrado por el oído y la sensación psicológica

La intensidad de la sensación psicológica que se produce en el oído al percibir cierta intensidad de sonido la llamaremos =

ACACÚÚSTICA FISILSTICA FISILÓÓGICA GICA --

SONSONÓÓMETROMETRO

sonoridad

Un sonómetro consta de al menos tres partes =

micrófono amplificador visualizador

Lo que mide un sonómetro es =

La unidad de la medida del sonómetro es =

Presión sonora

dB

EJEMPLO 1 - PERIODO

•

El oído humano capta sonidos entre 20 y 20k Hz•

¿Entre que periodos es sensible el oído ? .

T = 1 / f

Entre 0.05 y 0.00005 sEntre 0.05 y 0.00005 s

EJEMPLO 2 - LAMDA

•

El oído humano capta sonidos entre 20 y 20k Hz•

¿Entre que longitudes de onda ( lamda

)

manejaremos cuando estemos hablando de sonidos audibles ? .

λλ

= v / fΛΛ

= 340 / 20 = 17 m= 340 / 20 = 17 m

ΛΛ

= 340 / 20000 = 0.017 m= 340 / 20000 = 0.017 m

Entre 17 y 0.017 mEntre 17 y 0.017 m

EJEMPLO 3 - V eficaz

•

Tenemos una Vef

= 2.•

¿Qué

Vpp

tendremos?

Vmax

= Vp

= Vef

/ 0.707

Vpp

= Vmax

*2

Vp

= 2 / 0.707 = 2.828 v

Vpp

= 2.828 *2 = 5.71 v

EJEMPLO 4 - SIL•

Tenemos unas intensidades sonoras de

1 W / m2

, 0.2 W / m2

y de

10-12 W / m2

.•

¿A que niveles de sonido ( SIL ) en dB

nos

estamos refiriendo?

SIL = 10 log

I / I ref

= 10 log

I / 10-12 W / m2

SIL = 10 log

1 W / m2

/ 10-12

W / m2

= 120 dB

SIL = 10 log

0.2 W / m2

/ 10-12

W / m2 = 113 dB

SIL = 10 log

10-12

W / m2

/ 10-12

W / m2

= 0 dB

EJEMPLO 5 - PWL•

Tenemos un punto sonoro que emite 0.5 w de potencia sonora.

•

¿A qué

potencia sonora PWL en dB

nos estamos refiriendo?

PWL = 10 log

W / 10-12 W

PWL = 10 log

(potencia) + 120

PWL = 10 log

0.5 + 120 = 117 dB

EJEMPLO 6 - SPL•

Si la presión sonora medida SPL es de 0.5 N/m2.

•

Expresa esta magnitud en dB

=

SPL = 10 log

P2

/ Pref

SPL = 20 log

P / Pref

Pref

= 2 * 10 -5 N / m

2

SPL = 20 log

0.5 / 2 * 10 -5

= 88 dB

EJEMPLO 7 - dB

•

Calcula la diferencia en dB

entre dos potencias de 9 W y 3 W respectivamente.

P = 10 log

9 / 3

= 10 log

3 = 4.77 dB

SPL = 20 log P / Pref Pref

= 2 * 10 -5 N / m 2

SIL = 10 log I / I ref

I ref = 10-12

W / m2

PWL = 10 log W / WREF

WREF = 10-12 WPOTENCIA

SONORA

EN dB

PRESIÓN SONORA EN dB

INTENSIDAD

SONORA EN

dB