Acstica Bsica

Introduccin a la Acstica 1- Que es el Sonido?El sonido es una interpretacin mental, a una sensacin que se produce en el odo cuando este capta vibraciones producto de diferencias de presin en su entorno.

Si estas vibraciones que viajan normalmente a travs del aire, se producen entre 20 y 20000 veces por segundo (o de 20 hz a 20khz) El cerebro lo interpreta como sonido.

Estos cambios de presin producidos normalmente en el aire a su vez corresponden a cuerpos que estn vibrando. Por ejemplo una cuerda vibrando (vocal o de algn instrumento musical), el cono de un altoparlante de un equipo musical, la columna de aire dentro de una flauta, la membrana de un tambor, etc.2- Que es la Frecuencia hz? La frecuencia de una onda sonora se define como el numero de pulsaciones o ciclos que tiene por segundo. La unidad correspondiente a un ciclo por segundo es el hertz (Hz).

Las frecuencias mas bajas, o sea pocas vibraciones en un segundo, equivalen a lo que habitualmente llamamos sonidos "graves". Las frecuencias mas altas. O sea muchas vibraciones en un segundo se corresponden con lo que llamamos "agudos.

El espectro audible en cuanto a las frecuencias que podemos escuchar varia segn cada persona, segn el momento del da, su edad etc.Se acepta convencionalmente que Los seres humanosescuchamos desde 20hz a 20khz3- Que es un Decibel db?.El decibel (db) es popularmente conocido como la unidad utilizada para medir el sonido. La verdad es que hay muchas magnitudes que se miden en decibeles como el voltaje, la luz, y otras ms.

En Ingeniera de Grabacin lo usamos para referirnos a dos magnitudes que tienen que ver con sonido pero que representan diversos tipos de energas. Energa acstica, o sea lo que escuchan nuestros odos, y Energa

Elctrica que es la que pasa a travs de los cables y hace moverse los VU, o indicadores de volumen de la consola.

DECIBEL DE ENERGIA ACUSTICA:

Tambin conocido como db SPL (sound pressure level), o tambin db NPS (nivel de presin sonora), es la energa que viaja a travs del aire hasta nuestros odos. Se puede medir de dos formas usando un instrumento especialmente diseado para ello llamado SONOMETRO.Una forma es que el sonmetro imite la forma de escuchar del odo humano, esta medida se llama dbA y se selecciona mediante un switch. Sucede que nuestros nuestra forma de or vara segn el volumen, por ejemplo cuando escuchamos msica a bajo nivel, nuestros odos pierden la sensacin de estar escuchando las frecuencias bajas y altas. Algunos fabricantes de equipos domsticos de sonido, le agregan un switch llamado LOUDNESS, que eleva la energa de las frecuencias bajas y agudas cuando bajamos el volumen del equipo, as escuchamos fielmente en bajo nivel, sin perder los bajos y los agudos.

Por otra parte est la cantidad real de sonido que se mide en dbC, esta medida se usa en ingeniera acstica.

El espectro sonoro o RANGO DINAMICO de sonido va de 0db (umbral de la audicin) a 130db (mximo volumen peligroso para los odos humanos). La transmisin sonora radial tambin tiene un rango dinmico de transmisin, en AM es de aproximadamente 30db, y en FM 75db, Esa es una razn por la que la radio FM suena mejor, la otra razn es que tambin transmite un espectro mayor de frecuencias que se acerca ms a lo que escuchamos los humanos (20 hz-20khz). El almacenamiento del sonido tambin tiene la particularidad de poder almacenar solo cierto nivel de RANGO DINAMICO, los cassettes de Cr02 (cromo) almacenan unos 75 db, en cambio los CD 90db. Considerando que una diferencia de 3db significa el doble de energa comprendemos porque el CD es tan superior en calidad sonora. Tiene la capacidad de almacenar mucho ms rango dinmico que otros formatos de almacenamiento (y mayor espectro de frecuencias tambin).

Para masterizar y asegurar un trabajo ptimo, y que nuestros odos no nos engaen, todos los Ingenieros de Grabacin usamos un nivel de escucha a travs de nuestros parlantes de monitoreo de 85 db

En db de energa acstica 0db es un mnimo de referencia, en cambio en db de energa elctrica 0db es un mximo ptimo de energa y funcionamiento de toda la cadena de audio.

4- Como se mide el Nivel Sonoro?.Para medir el nivel sonoro disponemos de los Sonmetros. Estos aparatos nos permiten conocer el Nivel de Presion sonora o SPL (Sound Presure Level). Normalmente suelen ser sistemas digitales y presentan en una pantalla de cristal liquido los valores medidos. Estos siempre se dan como decibelios dB Con el sonometro es posible hallar el valor promedio o rms de la presin, tambin ver los peaks o niveles mximos de presin .

5- Que es el dbA?Es el tipo de decibel que representa como escuchamos efectivamente los humanos.

Nosotros escuchamos mejor las frecuencias medias, los sonidos bajos o agudos se pierden a menos que subamos mucho el volumen (alrededor de 85 db)

El sonmetro sirve para medir dbA y tambin dbC que seria una medida de db mas general, sin considerar las particularidades del odo humano

En las legislaciones internacionales en relaciona controlo de ruido se exige que los sonmetros realicen sus medidas usando dbA promedio tambin conocido como dbA lento.

6- Como se suman los niveles de sonido?Para sumar db de energa acstica se deben transformar los decibelesa newton/metros cuadrados, que es otra unidad de medida, luego sumar estos y nuevamente transformarlos a decibeles, o sea es necesario usar una calculadora cientfica que posea funcin LOG (logaritmo) y ANTILOG (antilogaritmo) tambin conocido como 10 elevado a xLa formula es la siguiente

Db = ( 20 log P)/0.00002

En la cual P =presin (newton/mts2)

Ejemplo Cuanto es en db 60 db + 60 db?

Lo primero hay que pasar esos 60 db a Newton/metros cuadrados

Segn la formula nos quedara:

60= 20 log P/0.00002

60/20= log P/0.00002

3= log P/0.00002 (aqu para sacar LOG se aplica Antilog (o 10 elevado a x)

1000= P/0.00002

1000 x 0.00002= P

0.02 (newton/mt2) =P

O sea 60db= 0.02 (newton/mt2)

Y para sumar 60db + 60 db, hay que sumar en realidad als presiones individuales o sea:

0.02 + 0.02= 0.04 nw/mt2, Y ahora esto hay que llevarlo a db

db = 20 log 0.04/0.00002

db=20 log 2000db= 20 x 3.3

db=66db

RESUMIENDO :

60db + 60 db=66db

De aqu resulta la siguiente regla:

una diferencia de 6 db entre una fuente y otra representa el DOBLE de energa

7- A partir de que niveles el sonido es perjudicial?.Por encima de los 100 dBA es muy recomendable utilizar protectores para los odos. Si la exposicin es prolongada, por ejemplo en puestos de trabajos, se considera necesario el utilizar protectores en ambientes con niveles de 85 dBA, siempre y cuando la exposicin sea prolongada. Los daos producidos en el odo por exposiciones a ruidos muy fuertes son acumulativos e irreversibles, por lo que se deben de extremar las precauciones. De la exposicin prolongada a ruidos se observan trastornos nerviosos, cardiacos y mentales.

8- Que es SPL?Es simplemente lo que medimos con el sonmetro tambin se conoce como SPL del ingles SOUND PRESSURE LEVEL (nivel de presin sonora).En espaol se le llama NPS (nivel de presin sonora)La presin se mide en NEWTON/METROS CUADRADOS

Y algunos utilizan otra medida que es el PASCAL

1 PASCAL= 10 NEWTON/METROS CUADRADOS

9- Que es la Intensidad Acstica y el Nivel de Intensidad Acstica?.Se puede definir como la cantidad de energa sonora transmitida en una direccin determinada por unidad de rea. Con buen odo se puede citar dentro de un rango de entre 0.000000000001 w por metro cuadrado, hasta 1 w.

Para realizar la medida de intensidades se utiliza actualmente analizadores de doble canal con posibilidad de espectro cruzado y una sonda que consiste en dos micrfonos separados a corta distancia. Permite determinar la cantidad de energa sonora que radia una fuente dentro de un ambiente ruidoso. No es posible medirlo con un sonmetro. El nivel de intensidad sonora se mide en w/m2.

10- Que es la potencia Acstica y el Nivel de Potencia Acstica?.La potencia acstica es la cantidad de energa radiada por una fuente determinada. El nivel de potencia Acstica es la cantidad de energa total radiada en un segundo y se mide en wattsLa potencia acstica es un valor intrnseco de la fuente y no depende del local donde se halle. Es como un amplificador de 100 watts, tendr 100 w la pongamos donde sea . Con la potencia acstica ocurre lo mismo el valor no varia por estar en un local reverberante o en uno seco. Al contrario de la Presin Acstica que si que varia segn vari las caractersticas del local donde se halle la fuente, la distancia etc.

11- Cual es la velocidad del sonidoLa velocidad del sonido varia segn el material por el cual deba viajar la onda sonora, En el aire es de unos 340 m/s . a temperatura ambiente y a 0 es de 331,6 m/s. O sea mientras mas calor el sonido viaja mas rpido y viceversa.

La velocidad es siempre independiente de la presin atmosfrica.

En el agua la velocidad es de 1500 m/s.

En el acero viaja 5400 metros por segundo, mientras mas denso el material mas rpido el sonido.

12- Que es el Tiempo de Reverberacin?.El Tiempo de Reverberacin T 60, es el tiempo que tarda una seal, desde que esta deja de sonar, en atenuarse 60 db

Por ejemplo se genera una seal de 100 db dentro de un recinto por ejemplo una iglesia, y desde el momento en que de deja de sonar se mide el tiempo hasta que la energa sonora que queda reverberando en el ambiente llegue a 40 db (60 db menos que la seal original). Y ese tiempo transcurrido corresponde al T 60.

El T 60 varia con la frecuencia.

El T 60 es influido por el volumen del lugar y tambin por la absorcin (o reflexin)de los materiales con que esta construido.

A mayor Volumen mayor T60, por eso la gran reverberancia en grandes iglesias.

A menor coeficiente de absorcin (mayor reflexin) mayor T60, por eso la gran reverberancia en baos, o departamentos vacos donde no hay materiales que absorban como, muebles, sillones, cortinas, personas, etc.

La formula de SABINE (el cientfico que la diseo) para calcular el T 60 es:

T60 = 0,163 * (V/A)

V = Volumen de la sala en m3 y A = coeficiente de Absorcin en m2

13- Que es el Coeficiente de Absorcin de un material?.El coeficiente de absorcin de un material es la relacin entre la energa absorbida por el material y la energa reflejada por el mismo. Dada esta formulacin su valor siempre esta comprendido entre 0 y 1. El mximo coeficiente de absorcin esta determinado por un valor de 1 donde toda la energa que incide en el material es absorbida por el mismo, y el mnimo es 0 donde toda la energa es reflejada.

El coeficiente de absorcin varia con la frecuencia y por tanto los fabricantes de materiales acsticos dan los coeficientes de absorcin por lo menos en resolucin de una octava.

Sabiendo los materiales de una sala y sabiendo sus coeficientes de absorcin podemos saber como sonora esa sala en cada frecuencia y podremos tambin saber, mediante la formula de Sabine, el T60 aproximado.14- Que es Eco, Reverberacin y Resonancia?Cuando se genera un sonido en el interior de un local las superficies que componen el mismo ocasionan una serie de diferentes efectos dependiendo del las caractersticas de dichas superficies.

Esto ocurre porque las ondas sonoras inciden en las diferentes superficies y estas las reflejan de diferente forma segn su coeficiente de reflexin acstica.

Como es lgico, primero siempre se percibe el sonido directo, esto es, el sonido que nos llega a nuestro odo sin que se an se halla reflejado en ninguna superficie. Una vez recibido el sonido directo, llegar a nuestros odos, con un retraso de tiempo con respecto al sonido directo, el sonido reflejado por las superficies del local.

Tanto el retraso como el nivel sonoro del sonido reflejado dependen de las caractersticas fsicas del local y sus superficies.

Si el retraso entre el sonido directo y el reflejado es mayor de 1/10 de segundo, nuestro sistema de audicin ser capaz de separar las dos seales y percibirlas como tales, primero una y despus la otra, esto es lo que se entiende por eco. Por ejemplo: supongamos que estamos dentro de un local de grandes dimensiones y una persona que esta separada de nosotros a cierta distancia nos dice "HOLA"; primero llegara a nuestros odos el "HOLA" del sonido directo, y en el caso de un Eco este nos llegara como mnimo 1/10 segundo despus, por lo tanto oiremos "HOLA....(1/10 segundo mnimo)...HOLA", y lo interpretaremos efectivamente como dos mensajes diferentes separados por un intervalo de tiempo determinado. Sin embargo nuestro interlocutor nicamente ha articulado un "HOLA".

Cuando en la misma situacin que en el caso anterior, el sonido reflejado nos llega con un tiempo inferior a 1/10 de segundo, nuestro sistema de audicin no es capaz de separar ambas seales y las toma como una misma pero con una duracin superior de esta. Normalmente esto se entiende como reverberacin. La reverberacin de un local se mide segn su tiempo de reverberacin (rt) en segundos y varia segn la frecuencia de anlisis que se utilice. Esto es debido a que los diferentes materiales que componen las superficies del local no se comportan por igual en todo el espectro sonoro, y por tanto los coeficientes de absorcin de cada superficie de un mismo material varia segn la frecuencia. Conociendo el tiempo de reverberacin de un local podemos saber como se comportara el mismo en diferentes aplicaciones. Cuando el tiempo de reverberacin alcanza valores muy altos con respecto al sonido directo, puede ocurrir un enmascaramiento de este y se puede perder la capacidad de entender la informacin contenida en el mensaje que se percibe.

La resonancia se ocasiona cuando un cuerpo entra en vibracin por simpata con una onda sonora que incide sobre el y coincide su frecuencia con la frecuencia de oscilacin del cuerpo o esta es mltiplo entero de la frecuencia de la onda que le incide.

15- Que es la altura (tono) de un sonido?Como ya sabemos la frecuencia es una entidad fsica y por tanto puede ser medida de forma objetiva por diferentes medios. Por el contrario la altura o tono de un sonido es un fenmeno totalmente subjetivo y por tanto no es posible medirlo de forma objetiva.

Normalmente cuando se aumenta la frecuencia de un sonido, su altura tambin sube, sin embargo esto no se da de forma lineal, o sea no se corresponde la subida del valor de la frecuencia con la percepcin de la subida de tono.

La valoracin subjetiva del tono se ve condicionada no solo por el aumento de la frecuencia si no tambin por la intensidad, y por el valor de dicha frecuencia. Para frecuencias inferiores a 1.000 Hz (incluida esta), si se aumenta la intensidad el tono disminuye, entre 1.000 Hz y 5.000 Hz el tono es prcticamente independiente de la intensidad que tenga, por encima de 5.000 Hz el tono aumenta si aumenta la intensidad.

La unidad de altura es el "Mel". (en ocasiones se utiliza el "Bark" equivalente a 100"Mels").

16- Que es el timbre? Por que podemos distinguir el sonido de un piano al de una trompeta, o el de un violn a una guitarra , o la voz de nuestro hermano con la de un amigo?.

El timbre hace posible que cada instrumento pueda tener un color determinado y particular que lo distingue de otros aun cuando su espectro sonoro pueda parecer similar.

El timbre esta formado por un conjunto de frecuencias de alturas sonoras fijas (mbito de formantes). De forma sencilla se puede decir que el timbre lo forma la frecuencia fundamental del instrumento, ms su composicin armnica.

La frecuencia fundamental de dos instrumentos diferentes puede ser la misma, pero su composicin armnica es diferente y es lo que hace que los podamos distinguir. Por ejemplo: si generamos una frecuencia de 440 Hz con un piano y con una guitarra, aun cuando ambos estn afinados en la misma frecuencia y generando la misma, cada uno suena diferente. Esto es debido a que cada instrumento genera una serie de armnicos segn la construccin del propio instrumento, en el piano el arpa metlico y la caja generan una serie de armnicos con una serie de niveles sonoros que le dan su sonido caracterstico. En la guitarra la caja, las cuerdas etc le confieren a la misma frecuencia un sonido diferente.

La forma de ejecutar el instrumento y la intensidad hacen tambin que el timbre vare, al hacer variar su composicin armnica.

17- Que es el efecto Doppler? El efecto Doppler se origina cuando hay un movimiento relativo entre la fuente sonora y el oyente cuando cualquiera de los dos se mueven con respecto al medio en el que las ondas se propagan. El resultado es la aparente variacin de la altura del sonido. Existe una variacin en la frecuencia que percibimos con la frecuencia que la fuente origina.

Para entenderlo mejor supongamos que estamos paradas en el anden de una estacin, a lo lejos un tren viene a gran velocidad con la sirena accionada, mientras el tren este lejos de nosotros oiremos el silbido de la sirena como una frecuencia determinada, cuando el tre pase delante nuestro y siga su camino, el sonido de la sirena cambia con respecto al estbamos oyendo y con respecto al que vamos a or una vez que el tren nos rebasa y sigue su camino.

18- Que es el efecto Hass? El efecto Hass o efecto precedencia consiste en que si tengo dos fuentes sonoras a igual distancia d e mis odos y una de las fuentes se retrasa en llegar a mis odos obviamente sentir que esta fuente me llega despus. Y si a esta fuente retrasada le subo su nivel (volumen) de todas formas mi mente sentir que la fuente sin retrasar es desde la cual proviene el sonido.

Apliquemos esto a un cine donde la pantalla esta en frente y nosotros sentados en la fila mas alejada. Si esto fuera directamente as es posible que nuestra sensacin fuese que la imagen viene desde el frente pero el dialogo de las paredes laterales!, para evitar esto se retrasa levemente la seal de los parlantes mas alejados y se mantiene parlantes (cajas acsticas) tras el teln y junto a el, de esta forma existe coherencia entre la imagen y el sonido en nuestro cerebro. As gracias al efecto hass a pesar que el sonido de las cajas junto a nosotros es mas fuerte en nivel en comparacin al sonido desde tras la pantalla, nosotros sentimos que TODO el sonido sale de esas imgenes. interesante no les parece?.

Esto se usa en amplificacin profesional, incluso las cajas acsticas MEYER traen incorporados delays en sus recintos acsticos para retrasar al seal que les llega.19- Que es una octava, media octava y tercio de octava? El termino de octava se toma de una escala musical, se considera el intervalo entre dos sonidos que tienen una relacin de frecuencias igual a 2 y que corresponde a ocho notas de dicha escala musical. Por ejemplo: si comenzamos con una nota como DO, la octava completa ser: DO-RE-MI-FA-SOL-LA-SI-DO. Si el primer DO estaba afinado en 440 Hz el segundo estar en 880 Hz, ya que hemos indicado que en la octava hay una relacin de frecuencias igual a 2.

En el caso de un ecualizador grfico de una octava, las frecuencias centrales de los filtros podan ser las siguientes: 16 Hz - 31,5 Hz - 63 Hz - 125 Hz - 250 Hz - 500 Hz - 1kHz - 2 kHz - 4 kHz - 8 kHz - 16 kHz. En algunos casos la relacin de 2:1 de la octava no se cumple exactamente.

Cuando se necesitan filtros de mayor precisin, de un ancho de banda mas estrecho, se puede dividir la octava en valores mas pequeos, por ejemplo: la media octava divide cada octava en dos, y por tanto tendremos el doble de puntos que en una octava, siguiendo con el ejemplo empleado en una octava tendramos: 16 Hz - 22,4 Hz - 31,5 Hz - 45 Hz - 63 Hz - 90 Hz - 125 Hz - 180 Hz - 250 Hz - 355 Hz - 500 Hz - 710 Hz - 1kHz - 1,4 kHz - 2 kHz - 2,8 kHz - 4 kHz - 5,6 kHz - 8 kHz - 11,2 kHz - 16 kHz.

En el caso de un tercio de octava, cada intervalo de la octava se divide en tres partes con lo que tendremos tres veces mas de filtros para poder ajustar, quedando los cortes como siguen : 16 Hz - 20 Hz - 25 Hz - 31,5 Hz - 40 Hz - 50 Hz - 63 Hz - 80 Hz - 100 Hz - 125 Hz - 160 Hz - 200 Hz - 250 Hz - 315 Hz - 400 Hz - 500 Hz - 630 Hz - 800 Hz - 1 kHz - 1,25 kHz - 1,6 kHz - 2 kHz - 2,5 kHz - 3,15 kHz - 4 kHz - 5 kHz - 6,3 kHz - 8 kHz - 10 kHz - 12,5 kHz - 16 kHz

20 -Que es el ruido blanco? El ruido blanco es un ruido cuyo nivel es constante en todas las frecuencias.

Al igual que en la luz blanca vienen incluidos todos los colores visibles, en el ruido blanco viene incluidas todas las frecuencias audibles, es como el ruido de un televisor sintonizado en un canal que no existe. En realidad el agua corriendo, el viento, el mar traen grandes componentes de ruido blanco en su sonido21- Que es el ruido rosa? El ruido rosa es un ruido blanco pero cuyos sonidos que lo conforman estn realzados los sonidos mas bajos. Usando al analoga anterior: es como tener una luz blanca y sumarle un pequeo foco rojo (bajas frecuencias) dndonos un tono naturalmente rosado

Fsicamente las frecuencias que lo conforman estn caracterizadas por un descenso de tres decibelios por octava. Al ascender en frecuencias.

El ruido rosa Se utiliza para analizar el comportamiento de salas, altavoces, equipos de sonido etc., y si lo amplificamos con un altavoz dentro de una sala podemos conocer datos sobre el comportamiento acstico del altavoz, la sala etc. Su sonido es muy parecido al ruido blanco pero un poco mas pesado.

22- La energa cae 6 db al doblar la distancia?En un espacio libre si nos alejamos de la fuente cada vez percibimos mas bajo el nivel sonoro, as si nos alejamos mucho ya no lo percibiremos.

Se dice que el NPS la energa cae 6 db al doblar la distancia, por ejemplo si estamos a 3 metros de un parlante y nuestro sonmetro indica 100 db, al alejarnos a 6 metros (el doble)habrn 94 db si nos alejamos 12 metros (nuevamente el doble pero de la actual distancia) habrn 88 db, a 24 metros 82 db, etc

Esto sucede en espacios libres, en recintos cerrados no se comporta de esta forma.