Clase 1 Sistemas Acusticos

Sistemas Acústicos
Clase 1
25-05-2013

Definición del Sonido
 El sonido se puede definir de formas muy diversas. De todas ellas, las más
habituales son las siguientes:
 Vibración mecánica que se propaga a través de un medio material
elástico y denso (habitualmente el aire), y que es capaz de producir una
sensación auditiva. De dicha definición se desprende que, a diferencia de
la luz, el sonido no se propaga a través del vacío y, además, se asocia con
el concepto de estímulo físico.
 Sensación auditiva producida por una vibración de carácter mecánico
que se propaga a través de un medio elástico y denso

Generación y propagación del sonido
 El elemento generador del sonido se denomina fuente sonora (tambor,
cuerda de un violín, cuerdas vocales, etc.). La generación del sonido tiene
lugar cuando dicha fuente entra en vibración. Dicha vibración es
transmitida a las partículas de aire adyacentes a la misma que, a su vez, la
transmiten a nuevas partículas contiguas.
 Las partículas no se desplazan con la perturbación, sino que simplemente
oscilan alrededor de su posición de equilibrio. La manera en que la
perturbación se traslada de un lugar a otro se denomina propagación de
la onda sonora

 Si se considera como fuente sonora, por ejemplo, un tambor, un golpe
sobre su membrana provoca una oscilación. Cuando la membrana se
desplaza hacia fuera, las partículas de aire próximas a su superficie se
acumulan creándose una zona de compresión, mientras que en el caso
contrario, dichas partículas se separan, lo cual da lugar a una zona de
enrarecimiento o dilatación (como se denota en las siguiente figura 1.1).



Espectro Frecuencial
 La gran mayoría de los sonidos que percibimos no constan únicamente de
una sola frecuencia, sino que están constituidos por múltiples frecuencias
superpuestas. Incluso cada uno de los sonidos generados por un
instrumento musical están formados por más de una frecuencia.
 Se puede conocer qué frecuencias componen un sonido observando el
denominado espectro frecuencial (o simplemente espectro) del mismo,
entendiendo por tal la representación gráfica de las frecuencias que lo
integran junto con su correspondiente nivel de presión sonora.

Clasificación de los sonidos
 Los sonidos se dividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden
representar siempre mediante una expresión matemática que indica la
forma en que varía la correspondiente presión sonora en función del
tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibraciones irregulares
que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden
describir mediante parámetros estadísticos.
 A continuación se definen los sonidos más representativos pertenecientes
a cada grupo.

Sonidos deterministas
 Sonido transitorio
 Sonido resultante de la brusca liberación de energía bajo la forma, por
ejemplo, de explosiones o impactos. Es de aparición repentina y tiene una
duración breve. A diferencia de los sonidos periódicos comentados
anteriormente, contiene un gran número de componentes frecuenciales
que no guardan una relación armónica entre sí, sino que forman un
espectro continuo.
 Una palmada constituye un ejemplo de este tipo de sonidos.
 En la figura 1.6 se representa un sonido transitorio denominado pulso
rectangular, así como su espectro frecuencial.

 Sonidos aleatorios
 Los sonidos aleatorios están formados por muchas frecuencias de valor
impredecible. Habitualmente reciben el nombre de ruidos (ruido = sonido
no deseado).
 En este caso, en lugar de utilizar el espectro frecuencial, se hace uso de la
llamada densidad espectral de potencia, es decir, de la potencia sonora
por unidad de frecuencia.

 Un sonido aleatorio característico es el ruido blanco. Se define como aquel
ruido que presenta una densidad espectral de potencia constante. Un
ejemplo de este tipo de ruido es el generado por una cascada de agua.
 En la figura 1.7 se aprecia la evolución temporal de un sonido aleatorio y
su correspondiente densidad espectral de potencia.

Banda de Frecuencias
 Las notas inferior y superior de un piano de 88 teclas tienen unas
frecuencias fundamentales de 27,5 Hz y 4.400 Hz, respectivamente. La
primera corresponde a un sonido muy grave, mientras que la segunda va
asociada a uno muy agudo. Por consiguiente, un sonido grave está
caracterizado por una frecuencia baja, en tanto que uno agudo lo está
por una frecuencia alta.
 El conjunto de frecuencias situado entre ambos extremos se denomina
banda o margen de frecuencias del piano. Dicha definición es válida para
cualquier fuente sonora.
 En la figura 1.8 se muestran las bandas de frecuencias asociadas a diversos
instrumentos musicales y a la voz humana

Banda de Frecuencias
 En el caso de la audición humana, la banda de frecuencias audibles para
una persona joven y sana se extiende, aproximadamente, de 20 Hz a
20.000 Hz (o bien 20 kHz). Las frecuencias inferiores a 20 Hz se llaman
subsónicas y las superiores a 20 kHz ultrasónicas, dando lugar a los
infrasonidos y ultrasonidos, respectivamente.

Velocidad de Propagación del Sonido


Velocidad de Propagación del Sonido
 Si bien el aire constituye el medio habitual de propagación de las ondas
sonoras, conviene tener presente que el sonido puede propagarse a
través de cualquier otro medio elástico y denso.
 Cuanto más denso y menos elástico sea el medio, mayor será la velocidad
del sonido. Por ejemplo, la velocidad de propagación del sonido
generado por un tren a través de los rieles es mucho mayor que a través
del aire, por lo que la vibración del riel se percibirá mucho antes que el
sonido aéreo debido a dicho tren.

Nivel de presión sonora (SPL)


 Ahora bien, la utilización de dicho valor eficaz da lugar a una serie de
problemas cuyo origen se halla en el comportamiento del oído humano y
que a continuación se exponen:
 La gama de presiones a las que responde el oído, desde el valor umbral
de audición hasta el que causa dolor, es extraordinariamente amplia.

 Nuestro sistema auditivo no responde linealmente a los estímulos que
recibe, sino que más bien lo hace de forma logarítmica.
 Por ejemplo, si la presión de un tono puro de 1 kHz se dobla, la sonoridad, o
sensación subjetiva producida por el mismo, no llegará a ser el doble. De
hecho, para obtener una sonoridad doble, es necesario multiplicar la
presión sonora por un factor de 3.16.

Fuente Sonora Nivel de presión Sonora
(dB)
Valoración Subjetiva del
Nivel
Despegue avión (a 60m) 120
Muy elevado
Edificio en construcción 110
Martillo neumático 100
Camión Pesado (a 15m) 90
Calle (ciudad) 80
Elevado
Interior automóvil 70

Tabla 1.1 Niveles de presión sonora correspondientes a sonidos y
ruidos típicos, y valoración subjetiva asociada
Fuente Sonora Nivel de presión
Sonora (dB)
Valoración Subjetiva
del Nivel
Conversación normal
(a 1m)
60 Moderado
Oficina, aula 50
Sala de estar 40
Dormitorio (noche) 30 Bajo
Estudio de
radiodifusión
20

 En la figura 1.11 se representan los niveles medios de presión sonora a 1m
de distancia producidos por una persona hablando con diferentes
intensidades de voz.

Percepción del sonido en función de la frecuencia
Relación entre niveles de presión sonora (SPL) y frecuencia
(f)
 Como se ha comentado anteriormente, la banda de frecuencias audibles
para una persona joven con una audición normal, va desde 20 Hz (sonidos
más graves) hasta 20.000 Hz o 20 kHz (sonidos más agudos).
 Ahora bien, el oído humano no tiene la misma sensibilidad para todo este
margen de frecuencias.
 En la figura 1.12 se observa la variación de los umbrales de audición y de
dolor en función de la frecuencia.

(f)
Figura 1.12 Niveles audibles en función de la frecuencia

(f)
 A partir de la observación de la figura 1.12, se extraen las siguientes
conclusiones:
 Para niveles bajos de presión sonora, el oído es muy insensible a bajas
frecuencias, es decir, el nivel de presión sonora de un sonido grave tiene
que ser mucho más elevado que el correspondiente a un sonido de
frecuencias medias para que ambos produzcan la misma sonoridad.
 Por ejemplo, un nivel SPL = 70 dB, a 20 Hz, produce la misma sonoridad que
un nivel SPL = 5 dB, a 1 kHz (sonoridad = sensación subjetiva de nivel
sonoro).

(f)
 Para dichos niveles bajos, el oído también presenta una cierta atenuación
a altas frecuencias.
 A medida que los niveles aumentan, el oído tiende a responder de forma
más homogénea en toda la banda de frecuencias audibles, hasta el
punto de que cuando son muy elevados, la sonoridad asociada a tonos
puros de diferente frecuencia es muy parecida.

(f)
 Este cambio de comportamiento del oído en función del nivel de señal
explica el hecho de que al subir el volumen del amplificador de un equipo
de música, se percibe un mayor contenido de graves y agudos del pasaje
musical reproducido.
 Igualmente pone de manifiesto la confusión que puede surgir al
seleccionar unas cajas acústicas de parecida calidad: las de mayor
rendimiento, y que por tanto radian más potencia sonora para la misma
potencia eléctrica aplicada, pueden producir la sensación de que suenan
mejor, exclusivamente debido a que la percepción de graves y agudos es
mayor.

(f)
 Una vez descrito el comportamiento del oído humano desde el punto de
vista de la percepción de niveles en función de la frecuencia, es
conveniente establecer una comparación entre los mismos y las zonas
representativas de generación sonora asociada a la voz humana y a los
instrumentos musicales convencionales (figura 1.13).

(f)

(f)
 Según se puede apreciar, la capacidad de la persona como receptora
del sonido es mucho mayor que como emisora.

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