ACÚSTICA FÍSICA - optimusaudio.com · ACÚSTICA FÍSICA FRECUENCIA Un sonido está formado por la superposición de muchas frecuencias. De estas, la “frecuencia fundamental”
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ACÚSTICA FÍSICA
Sonido Vibración mecánica capaz de producir una sensación auditiva.
Sensación auditiva producida por una vibración mecánica.
Acústica física
Acústica fisiológica y
psicoacústica
Electroacústica
Acústica arquitectónica
Acústica musical
Linguística y fonética
Megafonía
ACÚSTICA FÍSICA
La vibración sonora es una oscilación de las partículas de los
cuerpos elásticos y densos alrededor de su posición de reposo
Fuerza aplicada por unidad de superficie,
superpuesta a la presión atmosférica.
Unidad de medida, el Pascal (Pa).
PRESIÓN ACÚSTICA
Vibraciones por segundo (Hz). Indica
si un sonido es grave o agudo FRECUENCIA (f)
Tiempo que dura una vibración (s).
Inversa de la frecuencia PERÍODO (T)
Distancia recorrida por el sonido en
un período completo (m). LONGITUD DE ONDA (l)
Diferencia entre dos ondas sonoras
en un punto dado de sus ciclos (s). DIFERENCIA DE FASE (f)
Valor que indica si el sonido es fuerte o
débil. Habitualmente en V o en dB SPL. AMPLITUD DE SONIDO
ACÚSTICA FÍSICA
FRECUENCIA
Un sonido está formado por la superposición de muchas frecuencias. De estas, la “frecuencia
fundamental” determina la nota, y el resto de frecuencias que la acompaña determina el “timbre”
del sonido.
Los sonidos de frecuencia baja son sonidos “graves” (ej; contrabajo, tuba)
Los sonidos de frecuencia alta son sonidos “agudos” (ej; violín)
El ajuste de “tono” varía la cantidad de graves y de agudos de un sonido
Los sonidos de frecuencia inferior a 20 Hz no se perciben como continuos.
El oído no es capaz de percibir sonidos de frecuencia superior a 20.000 Hz.
La sensibilidad máxima del oído está entre 700 Hz y 6.000 Hz
La “respuesta en frecuencia” del oído humano va, por tanto, de los 20 a los
20.000 Hz.
ACÚSTICA FÍSICA
PRESIÓN ACÚSTICA
Presión atmosférica estática
A nivel de mar 1.013 mbares = 101.325 pascales (Pa) = 1.031 hPa.
Varía muy lentamente entorno el valor anterior.
Presión acústica = Presión instantánea – Presión atmosfèrica estática
Presión acústica
Variaciones producidas por una vibración mecánica.
Valores muy pequeños, entre 0 y 65 Pa
Presión instantánea
Valor absoluto de la presión en un lugar y momento determinado.
umbral de audición: 0,00002 Pa 0 dB SPL
conversación a 1 m: 0,02 Pa 60 dB SPL
tráfico intenso a 20 m: 0,25 Pa 82 dB SPL
martillo neumático a 1 m: 30 Pa 123 dB SPL
umbral de dolor: 65 Pa 130 dB SPL
ACÚSTICA FÍSICA
El pabellón auditivo recoge y orienta el sonido hacia el
interior del oído.
El canal auditivo amplifica los sonidos de nivel bajo y
produce cerumen para protegerse de los de nivel alto.
El tímpano vibra y trasmite mecánicamente la variación de
sonido (transductor acústico-mecánico).
La presión generada mueve el líquido linfático de la cóclea y
hace vibrar a dos membranas, entre las que está el órgano
de Corti
Las células receptoras (unas 24.000) del órgano de Corti
están conectadas al tejido nervioso y, por tanto, al cerebro.
Rango dinámico de presión acústica tolerado 0 ~ 130 dB SPL
Respuesta en frecuencia absoluta 20 ~ 20.000 Hz
Rango de frecuencias de mayor sensibilidad 1.000 a 5.000 Hz
Las células receptoras no se regeneran
• una lesión se traduce en pérdida de audición
• con la edad desciende la agudeza auditiva
PRESIÓN ACÚSTICA
ACÚSTICA FÍSICA
La diferencia de magnitud entre el umbral de audición y el de dolor
es tan elevada que necesitamos otra manera de medir estos valores
Normalmente el denominador es una
referencia fija y en función de la utilizada
se habla de un tipo u otro de dB.
El Decibelio (dB) permite manejar
números más pequeños y se acerca a las
características de la audición humana.
dB = 20 log (presión 1 / presión 2)
dB = 20 log (voltaje 1 / voltaje 2)
dB = 20 log (corriente 1 / corriente 2)
dB = 10 log (potencia 1 / potencia 2)
1 mV dBmV
0,775 V dBu (dBv) = dBm (1 mW) con 600 ohm
1 V dBV
20 mPa dB SPL umbral de audición (1 kHz)
Cada vez que se duplica la potencia entregada a
un altavoz se aumenta en 3 dB la presión sonora
PRESIÓN ACÚSTICA
ACÚSTICA FÍSICA
RUIDO Cualquier sonido no deseado.
Debe ser inferior al sonido
deseado para garantizar su
inteligibilidad.
SNR megafonía = nivel mensaje / nivel ruido > 15 dB SPL
Umbral de audición: 20 µPa 0 dB SPL
Lugares tranquilos 35 dB SPL
Salas de conferencias 45 dB SPL
Oficina privada 50 dB SPL
Conversación a 1 m: 20 mPa 60 dB SPL
Salas de embarque (Aeropuerto) 55 dB SPL
Andén estación (sin tren) 60 dB SPL
Andén estación (con tren) 75 dB SPL
Cines, teatros, exposiciones 65 dB SPL
Tráfico medio a 20 m 70 dB SPL
Restaurante, bar 70 dB SPL
Tráfico intenso a 20 m 80 dB SPL
Interior de autobús 90 dB SPL
Taller mecánico, montajes 95 dB SPL
Turbina de alternador a 1 m 110 dB SPL
Martillo neumático a 1 m: 30 Pa 123 dB SPL
Umbral de dolor: 65 Pa 130 dB SPL
Nivel lesivo 140 dB SPL
Para sonorizar los andenes de una
estación, el sistema de megafonía
deberá proporcionar 90 dB
Niveles de ruido de referencia
ACÚSTICA FÍSICA
La propagación de la onda de sonido se ve afectada por
la naturaleza del medio en que se transmite
ATENUACIÓN A medida que el sonido se aleja de la fuente que lo produce su
energía se reparte en volúmenes mayores y, por tanto, se atenúa.
Una fuente sonora puntual genera una onda de superficie
esférica cuyo nivel de presión sonora es inversamente
proporcional al cuadrado de la distancia.
Atenuación (dB SPL) = 20 log (distancia 1 / distancia 2)
Cada vez que se dobla la distancia la
presión sonora disminuye en 6 dB SPL*
*Algunos sistemas de altavoces generan ondas de supeficie
lineales con atenuaciones de 3 dB SPL al doblar la distancia.
ACÚSTICA FÍSICA
Al chocar la onda sonora con una superficie una parte se
refleja, otra se refracta y/o absorbe y otra se transmite.
El sonido se refleja bien en superficies duras y rígidas, y mal
en superficies porosas, blandas y deformables.
La refracción del sonido es debida al gradiente de
temperatura de la atmósfera.
REFLEXIÓN / REFRACCIÓN / TRANSMISIÓN
(1) Rayo sonoro incidente
(2) Rayo sonoro reflejado
(3) Rayo sonoro refractado
(4) Rayo sonoro refractado y absorbido
(5) Rayo sonoro transmitido Grosor de las líneas proporcional a la
energía de cada frente de ondas
La refracción diurna puede dirigir
la onda sonora hacia el cielo.
ACÚSTICA FÍSICA
DIFRACCIÓN Cuando la onda sonora se encuentra con un objeto sufre una distorsión (se
desvía hacia la parte posterior del obstáculo).
Si el obstáculo es pequeño en comparación con la longitud de onda del sonido
éste se transmite por difracción.
Si el obstáculo es grande en comparación con la longitud de onda del sonido
aparecen zonas de “sombra” en la parte posterior del obstáculo.
Longitud de onda (l) = c/f
c = velocidad del sonido en el aire = 340 m/s
fmin = 20 Hz; lmax = 340/20 = 17 m
fmax = 20.000 Hz; lmin = 340/ 20.000 = 1,7 cm
EFECTO DEL VIENTO El viento puede desviar a la onda sonora hacia arriba (en contra del viento) o
hacia abajo (a favor del viento)
ACÚSTICA FÍSICA
El recinto acústico modifica las condiciones
de propagación del sonido
CAMPO DIRECTO, REFLEJADO Y DIFUSO
Campo directo es la zona en la que el sonido llega directamente al oyente.
Campo reflejado es la zona en la que el sonido llega al oyente desfasado después de haberse reflejado
en un obstáculo.
Campo difuso o reverberado es la zona en la que el sonido llega al oyente después de múltiples
reflexiones y sus desfases correspondientes.
ACÚSTICA FÍSICA
EFECTO HAAS
Si la diferencia es inferior a 5 ms, el cerebro localiza el sonido en función de la dirección que tuviera el
primer estímulo, aunque los otros provengan de direcciones diametralmente opuestas.
Si el retardo está entre los 5 y los 50 ms, el oyente escucha un único sonido, pero de intensidad doble
y localiza a la fuente a medio camino entre todas.
Si el sonido reflejado tarda más de 50 ms el cerebro distingue procedencia y retardo temporal.
Si es una reflexión única se denomina ECO.
Estudia la interpretación que hace el cerebro cuando recibe el mismo
sonido varias veces con diferencias temporales.
c = velocidad del sonido en el aire = 340 m/s
distancia = 340 50 10-3 = 17 m
En recintos de grandes dimensiones
la reverberación puede ser elevada
ACÚSTICA FÍSICA
REVERBERACIÓN A partir de los 20 ms, en función de la intensidad de las ondas
reflejadas, puede generarse la reverberación.
El tiempo de reverberación (TR o T60) es el tiempo que tarda un
sonido en perder 60 dB SPL.
Fórmula de Sabine
TR = (0,161 V)/(A a)
V: volumen local (m3)
A: superficie total (m2) paredes, techo y suelo
a: coeficiente de absorción medio del recinto
Uso de la sala T60
Locutorio de radio 0,2 ~ 0,4
Sala para voz 0,7 ~ 1,0
Teatro 0,9
Cine 1,0 ~ 1,2
Ópera 1,2 ~ 1,5
Música de cámara 1,3 ~ 1,7
Música sinfónica 1,6 ~ 2,0
Música coral y sacra 2,0 ~ 4,0
T60 corto favorece la inteligibilidad de la voz.
T60 largo enriquecen la música.
Monasterio de Santo Domingo de Silos
ACÚSTICA FÍSICA
INTELIGIBILIDAD La inteligibilidad depende de las condiciones acústicas del recinto (la
reverberación), el ruido ambiente y el equipo electroacústico.
RASTI %ALcons
Excelente 0,75 ~ 1,0 0 ~ 3%
Bueno 0,6 ~ 0,75 3 ~ 7 %
Regular 0,45 ~ 0,6 7 ~ 15 %
Pobre 0,3 ~ 0,45 15 ~ 33 %
Ininteligible 0,0 ~ 0,3 33 ~ 100 %
Se mide con la pérdida de articulación de consonantes (%
ALcons). Si supera el 15 % convierte al mensaje en
ininteligible.
Otra forma es calcular el índice de transmisión del habla
(STI o en su versión simplificada, RASTI).
Aula en construcción Aula finalizada Aula tratada acústicamente
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