principios de audio digital

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Universidad Politécnica Salesiana
Procesamiento Digital de Audio
Unidad 1
“Principios de acústica”
Profesor
Ing. Orlando Barcia Ayala
Website: www.orlandobarcia.com
E-mail:
obarciaa@gye.ups.edu.ec
obarcia@orlandobarcia.com
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http://www.orlandobarcia.com/

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AGENDA
• Qué es el sonido
• Características del sonido
• Decodificación del sonido . Acústica
• Intensidad, tonos, timbres y decibeles, rango dinámico,
umbral de audición, frecuencias audibles.
• Altura y frecuencia
• Armónicos, octava y las notas
• Descomposición de series fourier (armónicos)
• Sonido analógico
Sonido
• El sonido es una onda mecánica o
movimiento ondulatorio que se propaga
en un medio elástico (normalmente aire )
o a través de la materia — que se puede
encontrar en estado gaseoso, líquido o
sólido —.

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• En general, sonido es la sensación, en el
órgano del oído, producida por este
movimiento ondulatorio.
• El sonido no se propaga en el vacío.
Elementos de una onda
Periodo T (intervalo de tiempo para
realizar un ciclo)
Longitud de onda
Frecuencia.
El número de
ciclos en un
determinado
tiempo
cresta
valle

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• Frecuencia.
• El número de ciclos en un determinado
tiempo
• Se mide en ciclos por segundo cps o
hertzios (Hz)

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Acústica
• Inicialmente:
– La acústica tenía por objeto el estudio de las
ondas que impresionaban nuestro sentido
del oído.
• Actualmente:
– Comprende las ondas que tienen las mismas
propiedades del sonido

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Acústica
• Es la rama de la física que estudia el
sonido.
• Estudia la producción, transmisión,
almacenamiento, percepción o
reproducción del sonido.
Ramas de la acústica
• Aeroacústica.
• Acústica (física).
• Acústica arquitectónica.
• Psicoacústica.
• Bioacústica.
• Acústica subacuática.
• Acústica musical.
• Electroacústica.
• Acústica fisiológica.
• Acústica fonética.
• Macroacústica.

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Nuestro estudio
• Acústica (física):
– análisis de los fenómenos sonoros mediante modelos
físicos y matemáticos.
• Acústica musical:
– estudio de la producción de sonido en los
instrumentos musicales, y de los sistemas de
afinación de la escala
• Electroacústica:
– estudia el tratamiento electrónico del sonido,
incluyendo la captación (micrófonos y estudios de
grabación), procesamiento (efectos, filtrado
comprensión, etc.) amplificación, grabación,
producción (altavoces) etc.
Naturaleza del sonido
• El origen del sonido es movimiento
vibratorio
• (cuerdas vibrantes, placas vibrantes,
tubos sonoros)
• Los sonidos de la voz son producidos por
las vibraciones de las cuerdas vocales,
cuya tensión es regulada por los músculos

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• No todos los movimientos vibratorios
producen sonidos.
• Solo las vibraciones de frecuencia de
20 hasta 20kHz producen la sensación
del sonido
Frecuencias bajas Frecuencias altas
20 hz
(sonido grave .. Bajos)
20 khz..
(sonido agudo)

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• Por debajo de este rango tenemos los
infrasonidos y por encima los ultrasonidos.
• A esto se le denomina rango de
frecuencia audible.
• Este rango depende de la edad. Cuanto
más edad se tiene, este rango va
reduciéndose tanto en graves como en
agudos.
Rango de frecuencias

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Frecuencia audible
Hasta 80kHzAnimales
(perros o murciélagos)
Hasta 12 kHzAncianos
16 a 25kHzNiños
Recepción del sonido
• 1) El oído humano

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• Las ondas sonoras entran en el oído y
golpean una membrana elástica, llamada
el tímpano, que vibra por resonancia a la
misma frecuencia que la onda
• Las vibraciones se transforman en
señales eléctricas que son llevadas por
los nervios auditivos hasta el cerebro en
donde la sensación de sonido se realiza

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• 2) Micrófonos.
• Trabaja de la misma forma que el oído
• Las ondas sonoras ponen a vibrar una
membrana y esta produce señales
eléctricas que después son amplificadas
y que se puede llevar a un altavoz.

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Características del sonido
• Las cuatro cualidades básicas del sonido
son:
1. Tono
2. intensidad
3. timbre
4. duración

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tono
• viene determinado por la frecuencia
fundamental de las ondas sonoras
(es lo que permite distinguir entre sonidos
graves, agudos o medios) medida en
ciclos por segundo o hercios (Hz).
Intensidad:
• Es la cantidad de energía acústica que
contiene un sonido.
• La intensidad viene determinada por la
potencia, que a su vez está determinada
por la amplitud y nos permite distinguir si
el sonido es fuerte o débil.

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– Los sonidos que percibimos deben superar el
umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de
dolor (140 dB).
– Esta cualidad la medimos con el sonómetro y
los resultados se expresan en decibelios
(dB) en honor al científico e inventor
Alexander Graham Bell
–

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Cálculo de decibeles
0
log10
I
I
=β
I0 es 10-16 w/cm2 que corresponde al sonido más debil
que se puede oir.
• Ejemplo:
• un sonido de 10-4 w/cm2 produce :120 db

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• Nivel de intensidad ( w/ cm 2)
• El oído oye intensidades sonoras de 10-16
w/cm2 a 10-4 w/cm2.
• Por eso se prefiere utilizar escala
logarítmica en base 10.
decibelesFuente
120Umbral de la sensación dolorosa
100Taladro de la sensación dolorosa
80Calle de mucho tráfico
60Conversación normal
40Pequeño motor
20Conversación en voz baja
0Umbral de la sensación sonora

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timbre
• es la cualidad que confiere al sonido los
armónicos que acompañan a la frecuencia
fundamental.
• Esta cualidad es la que permite distinguir
dos sonidos, por ejemplo, entre la misma
nota (tono) con igual intensidad producida
por dos instrumentos musicales distintos
• Si se escucha la misma nota dada por un
violín y un piano. Se sabrá a que
instrumento pertenece cada nota.
• Esto es sonidos se difieren por sus
timbres

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Armonicos
• Un sonido puro es simplemente una
sinusoide
• ¿Pero un sonido complejo períodico como
se determina?

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• El fránces Fourier mostró que cualquier
función periódica de frecuencia f,
• Puede expresarse como una suma de
funciones sinusoidales de frecuencia f.
• f, 2f, 3f,… llamadas así frecuencias
fundamental y armónicos

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• Así la misma nota en el piano y en el violín
tienen la misma frecuencia fundamental f,
pero difieren por el número y las
intensidades de sus armonicos.
Duración.
• es la cualidad que determina el tiempo de
vibración de un objeto.
• Por ejemplo, podemos escuchar sonidos
largos, cortos, muy cortos, etc..

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El sonido en la música
• El sonido, en combinación con el silencio,
es la materia prima de la música.
• Hay sonidos de todas clases:
• largos y cortos,
• fuertes y débiles,
• agudos y graves,
• agradables y desagradables.

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• El sonido ha estado siempre presente en
la vida cotidiana del hombre.
• A lo largo de la historia el ser humano ha
inventado una serie de reglas para
ordenarlo hasta construir un lenguaje
musical.
Propiedades
• Altura:
• es la afinación de un sonido; esto es, si es
grave, medio o agudo

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Duración.
• es el tiempo durante el cual se mantiene dicho sonido.
• Los únicos instrumentos acústicos que pueden
mantener los sonidos el tiempo que quieran, son los de
cuerda con arco, como el violín por ejemplo;
• los de viento dependen de la capacidad pulmonar, y los
de percusión, de los golpes.
• La guitarra necesita, al igual que el piano, de un
martilleo que golpee las cuerdas, y solo se escucha el
sonido hasta que la cuerda deja de vibrar.
• Intensidad:
– equivale a hablar de volumen: un sonido
puede ser fuerte o débil.
• Timbre:
– es la cualidad que nos permite distinguir
distintos instrumentos o voces, aun cuando
se encuentran emitiendo sonidos con la
misma altura, duracion e intensidad

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Notas musicales
• Las frecuencias de los sonidos utilizados
en música no varían de manera continua.
• Se emplean solamente sonidos de
frecuencias bien determinadas que los
músicos llaman notas y que son
escogidas más por razones estéticas que
físicas.
• Si se escoge una frecuencia f, también se
utiliza la nota de frecuencia 2f llamada
octava.
• En el interior de una octava la sucesión de
notas se denomina escala y tienen los
nombres:
• do re mi fa sol la si