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EQUIPOS DE
SONIDO INSTITUTO E. S. RÍO DUERO DEPARTAMENTO ELECTRICIDAD - ELECTRÓNICA
TEMA 1
EL SONI DO NATURALEZA MAGNI TUDES FUNDAMENTOS
DEFINICIÓN DE SONIDO
SONIDO • 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.
RUIDO ¿ Metallica ? ¿ Julio Iglesias ? ¿ Airon Maiden ? ¿ Extremoduro ? ¿ Isabel Pantoja ?
驴 C贸mo se genera un sonido ?
ACÚSTICA CIENCIA QUE ESTUDIA LAS VIBRACIONES SONORAS PRESENTES EN UN MEDIO ELÁSTICO, SU PRODUCCIÓN, PROPAGACIÓN Y DETECCIÓN.
Tipos de ondas (en función al movimiento de las partículas)
• Transversales -
Perpendicular a la propagación
• Longitudinales -
Misma dirección
• Esféricas
Todas direcciones
-
位 = Longitud de onda (lamda)
CARACTERÍSTICAS DE LAS SEÑALES SONORAS • VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN • LONGITUD DE ONDA • FRECUENCIA 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 estándar para cálculos = 340 m/s
V = 331 + 0.6 x t
(1224 km/h)
Longitud de onda
• Longitud de onda = Distancia = λ (lamda) Velocidad del sonido v = λ / T (v=e/T) T - periodo
Longitud de onda - λ - lamda Distancia entre dos valores máximos o mínimos sucesivos.
λ=v.T=v/f
T = periodo
¿Calcular la λ de un altavoz que vibra con una f = 10000 Hz? λ = v/f = 340 m/s / 10000 Hz = 0.034 m Periodo
-
T = 1/f = 1/10000 Hz = 0.0001 s
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 máximo = V máx • Valor eficaz o RMS = V rms
Valor pico a pico = V p/p Valor medio = V med
Longitud de onda V rms V med
V máx
v
V p/p
Relaciones entre las magnitudes bĂĄsicas de las seĂąales sonoras
V mĂĄx V rms V med
v
V p/p
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 referencia. referencia Nivel de Referencia para la Presi贸n Sonora (en el aire) = 0.00002 = 2*10-5 N/m2 贸 Pa Nivel de Referencia para la Intensidad Sonora (en el aire) = 0.000000000001 = 10-12 w/m2 Nivel de Referencia para la Potencia Sonora (en el aire) = 0.000000000001 = 10-12 w
SPL
SIL
PWL
Percepción del nivel de presión sonora en dB Sitio
dB
Percepción
Lanzamiento 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 superficie SPL – 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 potencia sonora de: PWL = 10 log 2 + 120 = 123 db
una
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 se distribuyen mezcladas unas con otras.
Ruidos empleados en el estudio acĂşstico
Clases de ruidos Existen 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 estรก 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.
ACÚSTICA FISIOLÓGICA
¿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.
Martillo
Yunque
Estribo
Ventana oval
Elicotrema
Pabellón auditivo
Caracol
Orificio auditivo
Conducto auditivo externo
Escala timpánica
.
Escala media
Tímpano Ventana redonda
Trompa de Eustaquio
Escala Vesicular
OÍDO Y SALUD • 20Hz - 20000 Hz » 8000 Hz (adultos)
• 20 µPa – 100 Pa
Anatomía y fisiología del sistema auditivo Sistema auditivo humano El oído medio
=
4
Secci贸n del caracol o coclea membrana deReissner Conducto vestibular
Conducto mediano
membrana basilar
conducto timp谩nico
Anatomía y fisiología del sistema auditivo Sistema auditivo humano Sistema 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
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Anatomía y fisiología del sistema auditivo Sistema auditivo humano Sistema 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
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Esquema de funcionamiento de la captaci贸n de sonido por parte del o铆do
Curvas is贸fonicas
Umbral de audici贸n
Umbral de dolor
Atributos psicol贸gicos del sonido Sonoridad. Curvas is贸fonicas
Curvas is贸fonicas
3
Fatiga sensorial Disminución de la audición por exposición continua a ruidos intensos Es 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.
Características direccionales • El oído humano percibe sonidos que llegan desde cualquier dirección, pero existe cierta dependencia de la intensidad percibida con la dirección de incidencia del sonido. • La razón principal es la posición de los oídos que quedan ensombrecidos por la cabeza. Además hay que añadir el efecto que produce la forma 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 MEDIDA DEL 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 =
-
DETECTOR DE SEÑAL =
Conjunto de filtros electrónicos cuya respuesta simula la respuesta auditiva humana. (opcional)
Encargado de obtener el valor de la señal proporcional al valor medio cuadrático.
-
INDICADOR =
Da la respuesta en dB en forma analógica o digital
-
REGISTRADORES GRÁFICOS =
Permite la impresión gráfica de los valores.
sonรณmetro โ ข
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 sonomĂŠtros
Son贸metros con conexi贸n a un sistema inform谩tico Software de an谩lisis sonoro para el SL-2900 Euro 1.912,00
Calibradores de sonido •
repaso
mayor velocidad del sonido. A mayor temperatura, ________
lamda a la _____________ longitud Llamamos λ (_______) de onda. Completa la fórmula del cálculo de la Velocidad de propagación del sonido: v = λ /T periodo
340 ____ m/s Valor estándar de la velocidad del sonido ______
VELOCIDAD DEL SONIDO
igual A mayor temperatura, ________ frecuencia.
segundo La unidad del periodo es : ________________ Completa la f贸rmula que relaciona la frecuencia del sonido con el periodo: f = 1 / T
Hz (ciclos por segundo)
La unidad de frecuencia es : _______________________
FRECUENCIA
V - F = El valor máximo puedo medirlo con el sonómetro. verdad 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
MAGNITUDES BÁSICAS DE LAS SEÑALES SONORAS
Siglas del NIVEL DE INTENSIDAD SONORA = Unidades =
W / m2 ---
SIL
dB
Magnitud en dB de la intensidad umbral absoluta de audición = 0 dB Magnitud en dB del umbral de sensación dolorosa = 120 dB
MAGNITUDES BÁSICAS DE LAS SEÑALES SONORAS
Siglas del NIVEL DE PRESIÓN SONORA = Unidades =
N / m2
Siglas de LA POTENCIA ACÚSTICA = Unidades =
SPL
PWL
W
Se puede medir LA POTENCIA ACÚSTICA con el SONÓMETRO = NO
MAGNITUDES BÁSICAS DE LAS SEÑALES SONORAS
Con el TONO diferenciamos las distintas frecuencias del espectro de audio = 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
ACÚSTICA FISILÓGICA
La relación señal ruido en un receptor de AM es mayor que en un receptor FM = 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 filtrado por el oído y la sensación psicológica ACÚSTICA FISILÓGICA
Sonido puro
La intensidad de la sensación psicológica que se produce en el oído al percibir cierta intensidad de sonido la llamaremos = sonoridad Un sonómetro consta de al menos tres partes = micrófono
amplificador
Lo que mide un sonómetro es =
visualizador
Presión sonora
La unidad de la medida del sonómetro es = dB
ACÚSTICA FISILÓGICA - SONÓMETRO
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 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 ? .
λ=v/f Λ = 340 / 20 = 17 m Λ = 340 / 20000 = 0.017 m
Entre 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/m 2. • 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
SIL D AD I S N E INT EN A R O SON dB
PRESIÓN SONORA EN dB
IA C N A E T OR PO ON dB S EN
I ref
= 10 log I / I ref = 10-12 W / m2
SPL = 20 log P / Pref -5 2 Pref = 2 * 10 N / m PWL = 10 log W / WREF WREF = 10-12 W