Tecnologías de la Voz

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Tecnologías de la Voz
Principios Básicos de Acústica
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Sonido y ruido
Medida objetiva del sonido
Medidas de ruido
Propagación del sonido
Ondas planas senoidales
Tubo de kundt
Circuitos acústicos
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Principios básicos de acústica: Sonido y Ruido
9 Definiciones:
9 Acústica
Generación, transmisión y recepción de energía
en forma de ondas producidas por vibraciones
en la materia.
9 Sonido ...... Naturaleza dual
1. vibración mecánica que se propaga a través
de un medio material elástico y denso.
Fenómeno Físico
2. sensación auditiva producida por una vibración
de caracter mecánico. Percepción Psicofísico
9 Ruido ...... Sonido no agradable (subjetivo)
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido
El oido responde a variación de presión
Valores eficaces (RMS)
T
1
2
Pef = lim ∫ pi (t )dt
T →∞ T
0
N/m2 = Pascal
Límites:
Límite de audición ..... 20µP a 1 kHz
Límite de dolor .......... 200 P a 1 kHz
Nivel de Presión Sonora
LSPL = 20 log10
Nivel de Potencia Sonora
Pef
Pref
Pref= 20 µP
W
LW = 10 log10
Wref= 10-12 W
Wref
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido
Intensidad de Sonido
Potencia promedio que se transmite por unidad de
superficie perpendicular a la dirección
considerada (magnitud direccional)
[I] = W/m2
Importante por:
1. En el espacio libre está relacionada con la
potencia radiada.
En ondas esféricas
I (r ) =
Wr
4π r
2
2. En un punto del espacio tiene una relación fija
con la presión.
Nivel de Intensidad Sonora IL = 10 log10
I
I ref
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Iref= 10-12 W/m2
Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido
Diagrama Simplificado de un Sonómetro
Detector
Sobrecarga
micrófono
Preamplificador
Redes
Ponderación
Amplificador
Detector
RMS
Filtros
Redes de Ponderación
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Indicador
Principios básicos de acústica: Medición Objetiva del Sonido
Efectos producidos por el ruido
De menor a mayor importancia:
9 Nerviosismo y ansiedad
9 Interrupción del sueño y la consiguiente falta de
concentración e irritabilidad
9 Interferencia en la comunicación hablada
9 Pérdida temporal de audición con recuperación
gradual de la misma (exposición breve a niveles
altos de ruido
9 Pérdida permanente de audición (exposiciones
prolongadas a niveles altos de ruido o ruidos
impulsionales muy intensos)
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Medidas estadísticas
LA10: dB(A) que se exceden durante el 10% del tiempo
LA50: dB(A) que se exceden durante el 50% del tiempo
LA90: dB(A) que se exceden durante el 90% del tiempo
LA10 es una medida de pico
LA90 es una medida de fondo
Nivel de ruido continuo equivalente Leq
Nivel SPL de un sonido estacionario que tiene, sobre un
periodo dado, la misma energía que el sonido variante
L eq = 1 0 lo g 1 0
Li
⎡⎛ N
10
t
1
0
⎢⎜∑ i
⎢ ⎝ i =1 N
⎢
ti
∑
⎢
i =1
⎣
⎞⎤
⎟⎥
⎠⎥
⎥
⎥
⎦
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Leq durante 8 horas:
Nivel de exposición de ruido diario personal < 85 dBA
Ejemplo ruido comunitario
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Ejemplo ruido comunitario (cont.)
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Ejemplo ruido comunitario (cont.)
< 45 dBA
No hay reacción
45<dBA<55
Quejas esporádicas
50<dBA<60
Quejas
55<dBA<65
Reacción comunidad
>65 dBA
Reacción contundente
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Ejemplo ruido comunitario (cont.)
Algunos valores típicos:
Banda de Rock-n-Roll
de 108 a 114 dBA
Segadora ........... 96 dBA
Motocicleta a 7.6 metros ... 90 dBA
Estación de metro de 70 a 100 dBA
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Ruido de autopistas
A 15 metros con alta densidad (v en km/h)
Coches
v
LA = 71 + 32 log10
88
Motocicletas
v
LA = 78 + 25log10
88
Camiones
LA = 84
v ≤ 48km / h
v
LA = 88 + 20 log10
v > 48km / h
88
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Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Tecnologías de la Voz – Principios básicos de acústica
Principios básicos de acústica: Medidas de Ruido
Autovía con tráfico predominantemente de coche
a 15 metros
v
LA = 39 + 10 log10 Q + 22 log10
88
Q es el caudal de vehículos #vehículos/hora
Como la propagación es cilíndrica, corrección de distancia
⎡ d ⎛ d − 15 ⎞ 2 ⎤
∆L = − a log10 ⎢ + ⎜
⎟ ⎥
⎢⎣15 ⎝ 75 ⎠ ⎥⎦
a=13,3 sobre la tierra
a=10.0 ángulo > 10º sobre la superficie de la carretera
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
Propagación del sonido
„
Modelo válido para fluidos no viscosos, homogeneos,
isotrópicos y elásticos
-> Ondas longitudinales
-> Una partícula del fluido queda afectada en
Presión ................. p=po+p’
Densidad ............... ρ = ρο+ρ’
Velocidad .............. u
-> p’, ρ’ y u son variaciones muy pequeñas .... relaciones
lineales
-> Proceso adiabático .... entropía del fluido permanece
constante ( no hay transferencia de temperatura ). En el
caso contrario el proceso es isotérmico.
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
Ecuación de onda lineal para la propagación de sonidos
en fluidos sin pérdidas
2
1
∂
p
2
∇ p= 2
c ∂ t2
c ... velocidad de propagación
Recordad que en ondas electromagnéticas la ecuación
de onda es
1 ∂ E
∇ E= 2 2
c ∂t
2
2
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
Velocidad de propagación
γ po
c=
ρo
donde, γ es 1.4 para un proceso adiabático,
a una temperatura de 22 ºC y presión po= 105 P, la densidad del
aire ρo vale 1,18 kg/m3 ........ c=345 m/s
Las variaciones de temperatura modifican la densidad del aire
c = 331,4 + 0,6T
m/s
con T en ºC
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
Influencia de los fenómenos atmosféricos sobre la
propagación del sonido
1. Efecto del viento
La presión sonora en la dirección del viento, a una cierta distancia
de la fuente, será varias veces mayor que la presión a la misma
distancia, pero en la dirección contraria
2. Efecto de los gradientes de temperatura
Efecto de refracción al variar la temperatura con la distancia al suelo
Habitualmente la temperatura disminuye con la distancia la suelo
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
3. Efecto de la humedad
La absorción del sonido en el aire varía con la frecuencia, humedad y
temperatura de una manera muy compleja. La característica más
importante es que es mayor a altas frecuencias y que tiende a
decrecer a medida que la humedad aumenta.
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
Longitudes de Onda
Suponiendo que la temperatura del aire es 22 ºC
Ondas Acústicas
f (Hz)
λ (m)
20
300
1000
4000
20000
17,25 1,15
0,34
0,0862
0,017
Ondas Electromagnéticas
f (MHz) 1,7
λ (m)
260
882
3480
17000
17,25 1,15
0,34
0,0862
0,017
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Principios básicos de acústica: Propagación del sonido
Velocidad de propagación del sonido en diversos materiales
Medio
Aire 21 ºC
Agua fresca
Velocidad m/s
344
1480
Agua salada (3,5%) 21 ºC
1520
Madera
Hormigón
Aluminio
Vidrio
3350
3400
5150
5200
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