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Acstica
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Definicin de acstica
Laacstica
es la rama de la ciencia que trata conlos aspectos fisiolgicos del sonido. Por ejemplo,
en un teatro o habitacin, un ingeniero se preocupa
por cun claramente se pueden escuchar o transmitir
los sonidos.
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Ondas sonoras audible
A veces es til reducir la clasificacin del sonido
a aquellos que son audibles (los que se pueden
escuchar). Se usan las siguientes definiciones:
Sonido audible: Frecuencias de 20 a 20,000 Hz.
Infrasnico: Frecuencias bajo el rango audible.
Ultrasnico: Frecuencias arriba del rango audible.
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Comparacin de efectos
sensoriales con mediciones fsicasEfectos sensoriales Propiedad fsica
Sonoridad
Tono
Calidad
Intensidad
Frecuencia
Forma de
onda
Las propiedades fsicas son mensurables y repetibles.
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Intensidad sonora (sonoridad)
La intensidad sonora es la potenciatransferida por una onda sonora por
unidad de rea normal a la direccin de
propagacin de la onda.
PI
A
Unidades: W/m2
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Fuente isotrpica de sonido
Una fuente isotrpicapropaga el sonido en ondas
esfricas crecientes, como
se muestra. La intensidad I
est dada por:
2
4
P PI
A r
La intensidad I diminuye con el cuadrado de la
distancia r desde la fuente isotrpica de sonido.
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Comparacin de intensidades sonoras
La relacin de cuadrado inverso significa que un sonidoque est el doble de lejos es un cuarto de intenso, y el que
est tres veces ms lejos tiene un noveno de intensidad.
I1
I2
r1
r2
1 2
14
PIr
2 224
PIr
2 2
1 1 2 2I r I rPotencia constanteP
2 2
1 1 2 24 4P r I r I
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Ejemplo 1: Un claxon pita con potenciaconstante. Un nio a 8 m de distancia escucha unsonido de 0.600 W/m2 de intensidad. Cul es la
intensidad que escucha su madre a 20 m dedistancia? Cul es la potencia de la fuente?
Dado: I1 = 0.60 W/m2; r1 = 8 m, r2 = 20 m
22
2 2 1 1 11 1 2 2 2 12
2 2
orI r r
I r I r I Ir r
2
2
2
8 m0.60 W/m
20 mI
I2 = 0.096 W/m
2
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Ejemplo 1 (Cont.) Cul es la potencia de lafuente? Suponga propagacin isotrpica.
Dado: I1 = 0.60 W/m2; r1 = 8 m
I2 = 0.0960 W/m2 ; r2 = 20 m
P = 7.54 W
2 2 2
1 1 12
1
or 4 4 (8 m) (0.600 W/m )4
PI P r I
r
El mismo resultado se encuentra de:2
2 24P r I
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Rango de intensidades
El umbral auditivo es el mnimo estndar de
intensidad para sonido audible. Su valorI0 es:
Umbral auditivo: I0 = 1 x 10-12 W/m2
El umbral de dolor es la intensidad mximaIp que
el odo promedio puede registrar sin sentir dolor.
Umbral de dolor: Ip = 1 W/m2
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Nivel de intensidad (decibeles)
Debido al amplio rango de intensidades sonoras(de 1 x 10-12 W/m2 a 1 W/m2), se define una
escala logartmica como el nivel de intensidad en
decibeles:
Nivel de
intensidad0
10logI
Ib decibeles (dB)
donde b es el nivel de intensidad de un sonidocuya intensidad es Ie I0 = 1 x 10
-12 W/m2.
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Ejemplo 2: Encuentre el nivel deintensidad de un sonido cuya intensidad
es 1 x 10-7 W/m2.-7 2
-12 2
0
1 x 10 W/m10log 10log
1 x 10 W/m
I
Ib
510log10 (10)(5)b
Nivel de
intensidad:b = 50 dB
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Niveles de intensidad de sonidos comunes
Umbral de audicin: 0 dB Umbral de dolor: 120 dB
20 dB 65 dBHojas omurmullo
Conversacin
normal
Subterrneo
100 dB
Motores jet
140-
160 dB
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Comparacin de dos sonidos
Con frecuencia dos sonidos se comparan por niveles
de intensidad. Pero recuerde: los niveles de
intensidad son logartmicos. Un sonido que es 100
veces ms intenso que otro slo es 20 dB mayor!
20 dB, 1 x 10-10 W/m2Fuente
A
40 dB, 1 x 10-8 W/m2Fuente
B
IB = 100 IA
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Diferencia en niveles de intensidad
Considere dos sonidos con niveles de intensidadb1 y b2
2 1 2 12 1
0 0 0 0
10log 10log 10 log logI I I I
I I I Ib b
1 21 2
0 0
10log ; 10logI I
I I
b b
2 02 1
1 0
/10log
/
I I
I Ib b 22 1
1
10logI
Ib b
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Ejemplo 3: Cunto ms intenso es unsonido de 60 dB que uno de 30 dB?
22 1
1
10logI
Ib b
32 2
1 1
I Ilog 3; 10 ;
I I I2 = 1000I1
Recuerde la definicin: NxNx 10significalog10
3logylog10dB30dB601
2
1
2
I
I
I
I
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Interferencia y pulsaciones
Frecuencia de pulsaciones =f - f
f
f
f f
+
=
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El efecto DopplerEl efecto Dopplerse refiere al aparente cambio en
frecuencia de un sonido cuando hay movimiento
relativo de la fuente y el escucha.
vf
La persona derecha
escucha mayorf
debido a ms corta
La persona izquierda
escucha menorf
debido a ms larga .
Fuente sonora se mueve con vs
El movimiento afecta laf0 aparente.
Observador
estacionario
Observador
estacionario
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Frmula general para efecto Doppler
00 s
s
V vf f
V v
Definicin de trminos:
f0 = frecuencia observada
fs = frecuencia de fuente
V = velocidad del sonido
v0
= velocidad del observador
vs = velocidad de la fuente
Las rapideces secalculan como
positivas para
acercamiento y
negativas paraalejamiento
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Ejemplo 4: Un nio en bicicleta se mueve al nortea 10 m/s. Tras el nio hay un camin que viaja alnorte a 30 m/s. El claxon del camin pita a una
frecuencia de 500 Hz. Cul es la frecuenciaaparente que escucha el nio? Suponga que elsonido viaja a 340 m/s.
30 m/s 10 m/sV = 340 m/s
fs = 500 Hz
El camin se aproxima; el nio escapa. Por tanto:
vs = +30 m/s v0 = -10 m/s
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Ejemplo 4 (Cont.): Aplique ecuacin Doppler.
vs = 30 m/s v0 = -10 m/s
V = 340 m/s
fs = 500 Hz
f0 = 532 Hz
00
340 m/s ( 10 m/s)500 Hz
340 m/s - (30 m/s)s
s
V vf f
V v
0
330 m/s500 Hz
310 m/s)f
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Resumen de acsticaLa acstica es la rama de la ciencia que trata con
los aspectos fisiolgicos del sonido. Por ejemplo, en
un teatro o habitacin, un ingeniero se preocupa por
cun claramente se pueden escuchar o transmitir lossonidos.
Sonido audible: Frecuencias de 20 a 20,000 Hz.
Infrasnico: Frecuencias abajo del rango audible.
Ultrasnico: Frecuencias arriba del rango audible.
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Resumen (continuacin)
Efectos sensoriales Propiedad fsica
Sonoridad
Tono
Calidad
Intensidad
FrecuenciaForma de
onda
Propiedades fsicas mensurables que determinan
los efectos sensibles de sonidos individuales
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Resumen (Cont.)
La intensidad sonora es la potencia transferida
por una onda sonora por unidad de rea normal
a la direccin de propagacin de la onda.
PI
A
Unidades: W/m2
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Resumen (Cont.)
La relacin de cuadrado inverso significa que un
sonido que est el doble de lejos tiene un cuarto de
intensidad, y que uno que est tres veces ms lejos
tiene un noveno de intensidad.
24
P PI
A r
2 2
1 1 2 2
I r I r
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Resumen de frmulas:
PI
A 22 1
1
10logI
Ib b
Frecuencia de
pulsacin =f - f0
0 s
s
V vf f
V v
v = f
0
10logI
Ib
0
10logI
Ib
Umbral de audicin: I0 = 1 x 10-12 W/m2
Umbral de dolor: Ip = 1 W/m2
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GRACIAS