Audio y Televisión Digital EL SONIDO Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017.

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2 Audio y Televisión Digital EL SONIDO Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

3 Ondas Es una perturbación de un medio, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un metal, el espacio o el vacío. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

4 Ondas (2) Ondas mecánicas: las cuales necesitan un medio material para propagarse. Naturaleza de la Perturbación de las Ondas: Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

5 Ondas electromagnéticas: las cuales no necesitan un medio material para propagarse. Ondas (3) Naturaleza de la Perturbación de las Ondas (2): Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

6 Dirección de oscilación de las moléculas en el medio Ondas Transversales: La dirección en que vibran las moléculas del medio material es perpendicular a la dirección en que se propaga la onda. Ondas Longitudinales: La dirección en que vibran las moléculas del medio material es igual a la dirección de propagación de la onda. Ondas (4) Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

7 Ondas viajeras: Se propagan libremente transportando energía a otros lugares del espacio. La onda se propaga partiendo de una fuente. Sentido de propagación de la onda Ondas (5) Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

8 Ondas estacionarias: Se forma cuando una onda viajera se refleja invertida respecto de la onda incidente. De esta forma la onda proveniente de la fuente y la reflexión de ella se superponen originando una onda que pareciera estar fija. Sentido de propagación de la onda (2) Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017 Ondas (6)

9 Reflexión: Cuando la onda va camino a un lugar, se dice que es una onda incidente. Cuando se devuelve, decimos que es una onda reflejada. Propiedades de las ondas: Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017 Ondas (7)

10 Refracción: Propiedades de las ondas (2): Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017 Ondas (8)

11 Difracción: Propiedades de las ondas (3): Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017 Ondas (9)

12 Definición de sonido El sonido es una vibración mecánica de las partículas de aire, que en contacto con el tímpano, se transmite al oído. A través del oído interno y el canal auditivo, el cerebro interpreta estas vibraciones. Lo que el cerebro interpreta es lo que oímos. En el aire los movimientos de las partículas son longitudinales, en la dirección de avance del sonido. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

13 Tipos de sonido Los infrasonidos, son las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz. Los sonidos, son las vibraciones que son audibles para el ser humano comprendidos en tre las frecuencias de 20 Hz y 20000 Hz. Los ultrasonidos, son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 KHz aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a los GHz. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

14 Factores requeridos para que exista sonido 1.Una fuente de vibración mecánica, llamada fuente sonora 2. Un medio elástico a través del cual se propague la perturbación, es decir la onda sonora Dicho medio puede ser el agua (líquidos), el aire (gases), y los metales (sólidos) DIAPAZÓN PLATILLOS BATERÍAGUITARRA Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

15 Medición del sonido Las perturbaciones creadas por las vibraciones sobre el estado de reposo inicial de las partículas de aire, se traducen en variaciones muy pequeñas de presión. Las partículas de aire se acercan y alejan con las vibraciones, se comprimen y "descomprimen". Esta variación de presión es lo que se mide. La unidad de medida de la presión es el Pascal (Pa). Sin embargo esto obligaría a tratar con unidades muy pequeñas, por eso se usa otra medida relativa denominada: el "Nivel de Presión Sonora" (SPL: Sound Pressure Level), que se mide en decibelios (dB). El SPL en decibelios es el resultado de la siguiente operación matemática: 20·Log10 (presión/P ref), siendo "P ref " la presión de referencia = 20·10 -6 Pa. La presión de referencia es la mínima que puede detectar el oído humano medio. Con lo que si tenemos un Nivel de Presión Sonora (SPL) = 0 dB, se dice que hay silencio. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

16 Nivel de presión sonora (dB) Presión de referencia: P 0 = 20  Pa Ejemplo: nivel de presión sonora correspondiente a 200  Pa dB Relacionado con la sobrepresión respecto a la presión estática Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

17 Medición del sonido Niveles de presión sonora en diferentes ambientes: 25 dB SPL en un dormitorio urbano 57 dB SPL en conversación normal 64 dB SPL en conversación de tono elevado 85 dB SPL durante un grito 115 dB SPL en una discoteca 120 dB SPL de umbral de dolor Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

18 Relación entre nivel de potencia y nivel de presión Para sonido emitido en forma isótropa en campo libre: d : distancia a la fuente (m) L w : nivel potencia (dB) Ejemplo. Nivel de presión sonora a 10 m de una fuente que emite un nivel de potencia de 90 dB (temperatura del aire 20 ºC, presión atmosférica 1000 mb). (hoja siguiente) dB Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

19 Relación entre nivel de potencia y nivel de presión 1100 mb 1000 mb 900 mb Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

20 Intensidad del sonido La intensidad del sonido en una dirección especificada en un punto del campo sonoro es el flujo de energía sonora a través de una unidad de área en ese punto (potencia por unidad de área fluyendo a través del punto), con la unidad de área perpendicular a la dirección especificada. Se mide en w/m 2. W/m 2 Energía por unidad de superficie (perpendicular a la dirección dada) y por unidad de tiempo Es imprescindible especificar la dirección Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

21 Nivel de intensidad sonora Intensidad de referencia: I 0 = 10 -12 w/m 2 Umbral de audición: 10 -12 w/m 2 (0 dB) Umbral de dolor: 1 w/m 2 (120 dB) Recepción del sonido de una fuente Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

22 Propagación del sonido El sonido es una vibración, que, como tal, se puede dar en cualquier medio material, sólido, líquido o gaseoso (como el aire). En cada medio, se propaga a una velocidad diferente, principalmente en función de la densidad. Cuanto más denso sea el medio, mayor será la velocidad de propagación del sonido. En el vacío, el sonido no se propaga, al no existir partículas que puedan vibrar. En el aire, el sonido se propaga a una velocidad aproximada de 343 m/s. Esta velocidad puede variar con la densidad del aire, afectada por factores como la temperatura o la humedad relativa. En cualquier caso, para distancias de decenas de metros las variaciones son mínimas. En el agua, un valor típico de velocidad del sonido son 1500 m/s (el agua es más densa que el aire). En el agua, la densidad varía mucho en función de factores como la profundidad, la temperatura o la salinidad. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

23 Propagación del sonido (2) En el agua, un valor típico de velocidad del sonido es 1500 m/s (el agua es más densa que el aire). En el agua, la densidad varía mucho en función de factores como la profundidad, la temperatura o la salinidad. En materiales metálicos, el sonido se propaga a velocidades superiores a las anteriores, por ejemplo, en el acero el sonido se propaga a una velocidad en torno a 5000 m/s. En materiales sólidos se utiliza el sonido y las propiedades de reflexión para detectar fallas estructurales y grietas, sin necesidad de tener acceso a toda la estructura. Por ejemplo en una viga, bastará con acceder a una de sus terminaciones para poder conocer su estado, empleando ultrasonidos y ecogramas. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

24 Propagación del sonido (3) Divergencia esférica: El nivel de presión disminuye conforme el sonido se propaga. Cuando el frente de onda es esférico, en la mayoría de los casos, el nivel de presión cae 6 dB por cada vez que se duplica la distancia. Estas se llaman pérdidas por divergencia esférica. Cuando el frente de onda es plano, no hay pérdidas por divergencia. Un ejemplo de este tipo de propagación se da en la propagación del sonido por el interior de una tubería. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

25 Propagación del sonido (3) Divergencia esférica (2): Si por ejemplo se mide el nivel SPL que produce una excavadora a cinco metros y este es de 100 dB, podremos decir que a 20 m el nivel SPL será de 88 dB, y a 40 m serán 82 dB. do=5 m 20 m 40 m 100 dB 88 dB 82 dB Pérdidas por divergencia esférica = 20 log(d/do) Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

26 Característica del sonido Cualquiera sea la frecuencia que tenga un sonido, se caracteriza por ser una onda de tipo mecánica, longitudinal, donde el medio que vibra lo hace por variaciones de presión. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

27 Velocidad del Sonido El sonido varia con la temperatura del medio, por lo que la velocidad de este a 0°C será de 330 m/s y ésta aumentará 0,6 m/s por cada grado de temperatura que aumente el medio de transmisión. La velocidad con que se transmite el sonido depende, principalmente, de la elasticidad del medio, es decir, de su capacidad para recuperar su forma inicial. El acero es un medio muy elástico, en contraste con el agua, que no lo es. Otros factores que influyen son la temperatura y la densidad. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

28 Transmisión del sonido en una cuerda vibrante La velocidad del sonido en una cuerda vibrante depende de la tensión de la cuerda (T) y de la masa (m) por unidad de longitud (L). Unidades para velocidad S.I.: (m/s) C.G.S.:(cm/s) Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

29 Intensidad (volumen) La intensidad de la onda sonora es una cantidad física que se define como la energía sonora que transporta una onda por unidad de tiempo a través de una unidad de área. La intensidad es directamente proporcional a la amplitud de la onda e inversamente proporcional a la distancia entre el emisor y el receptor. Unidad de medida: EL DECIBEL FUENTE DEL SONIDO NIVE L(db) Motor a reacción, a 30m120 umbral del dolor140 rock ruidoso115 Trafico pesado70 Conversación normal60 Biblioteca40 Murmullo cercano20 respiración normal10 Umbral auditivo0 Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

30 Tono (altura) Es una característica del sonido que está relacionado con la frecuencia. Las frecuencias más bajas (vibraciones lentas) producen sonidos graves y las frecuencias más altas (vibraciones rápidas) producen sonidos agudos. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

31 Timbre Es una característica del sonido que permite diferenciar entre dos sonidos de igual tono e intensidad, emitidos por dos fuentes sonoras diferentes. Por ejemplo, un violín y una guitarra. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017

32 Reflexión del sonido Es una propiedad característica del sonido, que algunas veces llamamos eco. El eco se produce cuando un sonido se refleja en un medio más denso y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundos, respecto del sonido que recibe directamente de la fuente sonora. Elaborado por: Ms. Ing. Filiberto Azabache Fernández / Agosto, 2017