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Acústica
Acústica: La ciencia que trata de los métodos de generación, recepción y propagación del sonido se llama acústica.
. El sonido audible es cualquier variación de la presión en el aire que puede ser detectada por el oído humano. El sonido es producido por una fuente sonora o elemento vibrante (bocinas de automóviles, maquinarias, grupos electrógenos, etc). Esta vibración (oscilación o ciclo) se identifica mediante una frecuencia: es la cantidad de veces que ocurre algo en una unidad de tiempo. Para el sonido se define como la cantidad de ciclos dividido la unidad de tiempo. ( ciclos/seg. =Hz) Periodo (T) : es el tiempo en que tarda en producirse un ciclo, y es la inversa de la frecuencia. Se mide en seg., minutos, días, etc. El periodo de algo que no se repite es infinito. T=1/f Ejemplo : frecuencia = 3 veces/ semana , entonces el T = 1/3 semana. Los sonidos desde el punto de vista de la frecuencia se clasifican en: Las frecuencias mas bajas se corresponden con lo que habitualmente llamamos sonidos "graves" (menor de 1000 Hz) y son sonidos de vibraciones lentas. Las frecuencias más altas se corresponden con lo que llamamos "agudos" (mayores de 1000 Hz) y son vibraciones muy rápidas. Se identifica con MEDIO ELASTICO
- Vibración Se identifica con: Limitado por F min y max (20 a 20 KHz) -Frecuencia - I (amplitud.); ; F ; Vel. Prop. I min y máx. ( 12 w/m² a 1w/m²)
Propagación del sonido: El sonido se recepciona en el oído, y se propaga por un medio elástico, el cual se va a comprimir y dilatar. El medio vibra (con la frecuencia que impone la fuente) en torno a una posición de equilibrio, y lo que se propaga es energía sonora a través de la vibración de las partículas del medio elástico. Si desde un punto teórico, el medio no es elástico (desde el punto de vista práctico, todos los materiales tienen una cierta electricidad), el sonido no se propaga, aunque haya sonido producido por la fuente sonora, por eso no se propaga en el vacío (no hay medio). Las ondas sonoras son una forma de describir la propagación de energía sonora. El sonido entonces se propaga como consecuencia de las compresiones y expansiones de un medio elástico, o sea de las vibraciones que se generen en el. ) ))) ) ) ) ) ) ))) ) ) ) ) ) ) ))) ) ) ) ) DILATACION COMPRESION
oscilaciones transversales y en el segundo, de oscilaciones longitudinales. De este tipo son las ondas sonoras. Resumiendo podemos señalar que las ondas sonoras son: Mecánicas: mueven elementos materiales (partículas de aire, agua, etc.), y dada esa característica, constituyen una forma de transmisión de energía que no puede darse en el vacío. Tridimensionales: Se propagan en todas direcciones y sentidos en forma esférica a partir de la fuente emisora. Longitudinales: Son coincidentes la dirección del movimiento de las partículas y la dirección de propagación de la onda. Dirección de propagación y frente de onda: Para estudiar gráficamente los diversos aspectos de la propagación del sonido, puede partirse de los dos conceptos siguientes a) dirección de propagación b) frente de onda La dirección de propagación es siempre rectilínea en un medio homogéneo isótropo. El frente de onda, por su parte se extiende en forma radial y tridimensional, a partir de la fuente emisora de sonido. Atenuación: como ningún medio elástico es ideal, este absorbe energía de la onda, y esta pierde amplitud, o sea, se atenúa. Ley general de reflexión Cuando el sonido al propagarse encuentra la superficie de algún obstáculo, se refleja cumpliendo la El sonido se refleja como la luz y el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Las superficies curvas dan reflexiones particulares. Una parábola refleja un sonido producido en su foco según líneas paralelas. Una aplicación corriente de estas particularidades es la de los anfiteatros al aire libre en los que la concha atrás del escenario se diseña para reflejar los sonidos hacia al auditorio. Una forma cilíndrica refleja indefinidamente los sonidos que se arremolinan a lo largo de la pared. Un elipse, cuando el sonido se refleja en uno de los focos, concentra las ondas reflejadas hacia el otro foco. Eco
Lo que primero oye el observador es el sonido trasmitido por la onda directa, después el sonido es reflejado por las paredes y se escucha por segunda ocasión pero con menor intensidad que el primero. El eco se producirá, si el intervalo de tiempo es superior a 1/20 se segundo, entonces el oído percibirá dos sonidos distintos. Con este nombre ingles se designa a un eco especial que puede producirse entre dos paredes lisas y paralelas, que al menos se encuentren a 17m. Entre sí, el sonido se refleja sobre cada una de las paredes para dar una serie de ecos muy aproximados en los que la intensidad del sonido disminuye lentamente. Efecto de reverberación Este fenómeno consiste en la persistencia del sonido, por efecto de la reflexión en un determinado recinto. El sonido emitido por una fuente sonora en el interior de un local al propagarse en todas direcciones, sufre múltiples y sucesivas reflexiones en las superficies limitantes, según la ley general de reflexión. El fenómeno de perduración de la energía sonora en el recinto, con posterioridad a la interrupción de su emisión, constituye el efecto llamado de reverberación. Tiempo de reverberación Se denomina generado en dicho recinto, a partir del momento en que se interrumpe la emisión de sonido de la fuente sonora. El tiempo de reverberación t60 depende del volumen del local y de la absorción total At correspondiente al mismo. Fenómeno de Resonancia: La resonancia es un fenómeno que se produce cuando un cuerpo capaz de vibrar es sometido a la acción de una fuerza periódica, cuyo periodo de vibración coincide con el periodo de vibración característico de dicho cuerpo. En estas circunstancias el cuerpo vibra, aumentando de forma progresiva la amplitud del movimiento tras cada una de las actuaciones sucesivas de la fuerza. El término resonancia se refiere a la capacidad de vibrar que tiene un objeto. Es la manera en la que la onda, audible o no, hace que las cosas vibren en mayor proporción de lo normal. Todos los cuerpos o materias físicas tiene lo que se le denomina la "frecuencia de resonancia": una pared, un edifico, una copa, el cuerpo humano y sus órganos, un bolígrafo, un puente, etc.
La unidad que se establece para esta escala de nivel de intensidad es el decibel y se lo puede definir como la diferencia entre dos niveles sonoros, o como la mínima diferencia entre dos presiones sonoras distintas, audibles por un oído humano joven. La palabra decibel se le dio en honor a Alexander Graham Bell. La cantidad de decibeles en la vía pública está regulada, y puede provocar molestias en altos valores. Se mide con un decibelímetro. En el rango de la escala de decibeles para el oído humano, que caracterizar tres valores si : valor umbral mínimo audible sonido peligroso valor máximo que produce deterioro del oído Por encima de este último valor la sensación sonora comienza a transformarse en dolor y la destrucción del aparato auditivo se produce en corto tiempo. Pero también sonidos de alto nivel de intensidad, si se reciben durante largos períodos, conducen inevitablemente a la sordera. Ej: turbina de avión = 120 a 130 db (a una distancia de 5m. aproximadamente) Subte = 70 a 75 db Hojas de los árboles = 20 db Repaso de logaritmo: El logaritmo de un número en una base determinada es el exponente al cual hay que elevar la base para obtener dicho número. Por ejemplo, el logaritmo de 1000 en base 10 es 3, porque 1000 es igual a 10 elevado al cubo; 1000 = 10^3 = 10×10× Log 10 1000 = 3 Se llama logaritmo decimal y se expresa Log 1000= La definición genérica de logaritmo es:
Log b a = c si bc^ = a
Log 2 8 = 3 si 2³ = 8 El logaritmo calcula un exponente. Ejemplo : I = 10 -8^10 -8^ w/m² 4 10 -12^ w/m² El sonido resultante, si se superponen dos sonidos, es la suma de las intensidades de cada sonido, no
Solo si las intensidades son iguales ( I 1 = I 2 ) quedara
Ejemplo: dos sonidos de 40 db que se superponen constructivamente, dara como sonido resultante un nivel sonoro de (40+3) db = 43 db Ejemplo: (ejercicio 2c del TP de Acústica)
- Cuál es el nivel sonoro resultante cuando trabajan dos máquinas remachadoras de 120 db cada una? (siendo I=10-4^ w/cm^2 de cada máquina) It = I1 + I 2 10 -4^ + 10-4^ = 2x10-4^ w/cm^2 = 10 log 2x10-4^ w/cm² = 123 db (Aumento 3 db, porque son dos sonidos iguales ) 10 -16^ w/cm² Acústica arquitectónica : Es la creación de condiciones necesarias para escuchar cómodamente y de los medios para controlar los ruidos. El ruído es un sonido indeseable. Estos ruidos pueden ser: Aéreos (ruidos que viajan por el aire): Estos ruidos se aíslan con materiales compactos y pesados. (ej : el edificio de ATC está construido con una envolvente de hormigón pesado donde rebota el sonido por reflexión como un espejo acústico). Por impacto: se propagan en forma sólida por el impacto (ej: golpear una pared, el impacto generado por taco sobre el piso). Estos ruidos se aíslan con materiales livianos y porosos. El sonido se propaga por el material sólido y le interpongo un material poroso y liviano (se a aísla por absorción). Ej. Junta de goma. Al llegar el sonido a un material poroso o a una superficie irregular, es decir ni plana ni pulida, es absorbido mediante múltiples reflexiones, transformándose en energía térmica. Se llama a este fenómeno trampa absorbente. Hay dos formas de pensar el tratamiento de los sonidos, cuando son externos se identifican con una aislación acústica, cuando son internos con un acondicionamiento acústico. La diferencia entre aislamiento y acondicionamiento acústico es que el primero no permite comunicar interior con exterior, o sea, se bloquea el exterior con el interior; y la segunda es un tratamiento de algo interno. El acondicionamiento acústico se debe tener muy en cuenta en la construcción y restauración de iglesias, teatros, auditorios, bibliotecas, etc. En la mayoría de los casos, la acústica de una sala resulta satisfactoria si se logra un balance adecuado entre los materiales absorbentes y reflectantes de sonido. En ocasiones existe una fuerte confusión entre lo que es tratamiento acústico interno de salas para la buena reproducción y grabación y la insonorización de las mismas. Esta confusión es mayor en el área de estudios de grabación, donde muchas veces se pretende adquirir un material acústico que mágicamente solucionará dos problemas, el de tiempo de reverberación y el de insonorización. Debemos aclarar que si cubrimos todas las superficies internas de una sala con materiales absorbentes de gran peso y espesor, lograremos un incremento en la insonorización pero seguramente crearemos una sala con exceso de absorbente que se define técnicamente como una sala
A mayor frecuencia, los sonidos son más fáciles de aislar. En otras palabras, son más fáciles de aislar los sonidos agudos (alta frecuencia), que los sonidos graves (baja frecuencia). Los cortinados de tela absorben los ruidos de alta frecuencia. Al llegar a la tela, las moléculas de aire de esa zona colisionan con las partículas de la tela. Al producirse la colisión, la cantidad de movimiento de las partículas de aire disminuye, ya que la tela ejerce fuerza sobre estas. Así mismo, la superficie de tela también oscila en la dirección de propagación de la onda, lo que sucede es que, por sus propiedades elásticas vibra con una frecuencia q está lejos del espectro audible, y además, el aire a su alrededor amortigua estas oscilaciones. Por lo tanto, lo que sucede es que la tela disipa una gran parte de la energía de la onda, y por eso es que "absorbe" sonido. Ej. Cortinados y tapizados en teatros
Ley de distancia: Todo sonido emitido se propaga en el aire libre como una perturbación que gradualmente disminuye, o sea la intensidad (pot / superf) de una onda sonora disminuye a medida que aumenta la distancia con respecto a la fuente que lo originó. La presión sonora es pues decreciente a medida que nos alejamos de la fuente. En forma teórica en un medio elástico ideal (no disipa energía cuando se deforma), la potencia sonora es la misma, pero al aumentar la distancia a la fuente, dicha potencia se distribuye sobre una superficie mayor.- Esa reducción de nivel sonoro es posible cuantificarla a través de la siguiente fórmula, que expresa la reducción en decibeles, entre dos puntos alejados de la fuente, en relación a las distancias de dichos puntos respecto del origen del sonido. Esta RNS es igual a: 1- 2 (db) = 20 log D 2 /d 1 (Frecuencias Medias) En la fórmula anterior, son: D 2 = distancia mayor a la fuente d 1 = distancia menor a la fuente Ejemplo: RNS= 20 log 8m/4m RNS= 6db 4m 1=70 db 8 m 2= 64 db ( 2= 70db-6db) Cada vez que la distancia a la fuente sonora aumenta al doble, el nivel sonoro disminuye en 6 dB. Cabe aclarar que considerando las características NO IDEALES del medio, esta reducción será mayor.-
