sistemas de refuerzo sonoro eso - 120

Vicerrectora Acadmica Cuaderno de Apuntes 2010

I.

PROGRAMA DEL MDULO

I: IDENTIFICACIN NOMBRE DEL MDULO: UNIDAD DE COMPETENCIA: SISTEMAS DE REFUERZO SONORO Al finalizar el mdulo los participantes sern capaces de: Disear sistemas de difusin compatibilizando las caractersticas tcnicas del equipamiento y del recinto. 108 horas pedaggicas Paralelas

DURACIN: UNIDADES:

II: DESCRIPCIN POR REA DE FORMACIN Y PRERREQUISITO rea de formacin: especialidad. Ubicacin en la malla: 3er semestre. Prerrequisito: Fundamentos de audio. III: UNIDADES DE APRENDIZAJE 1 UNIDAD: ELECTRNICA APLICADA DURACIN: 36 horas pedaggicas Aprendizaje Esperados -Comprenden nocin de semiconductor -Relacionan los semiconductores con circuitos y/o componentes de amplificacin de seal de audio (transistores, OPAMP) -Miden comportamiento de distintos tipos de amplificadores y deducen criterios de calidad. -Aplican transistores, OPAMP y tubos de vaco a circuitos de audio (filtros, eq, sumadores, adaptadores, amplificadores, etc.) -Disean en laboratorio circuitos basados en transistores y OPAMP y los relacionan con funcionamiento de equipos de audio. Contenidos Semiconductores Transistores aplicados al audio OPAMP aplicado al audio Circuitos de audio basados en OPAMP Pre-amplificadores Filtros y ecualizadores

2 UNIDAD: ACSTICA DE LOCALES DURACIN: 36 horas pedaggicas Aprendizaje Esperados Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en recintos cerrados. Disean absortores simples para salas de grabacin en base al anlisis modal de la sala. Aplican nociones mnimas de acstica grfica. Disean reflectores y difusores para salas de control. Contenidos Densidad de energa Sonido en recintos Transmisin acstica Acstica grfica Aplicada al estudio de grabacin Anlisis de recintos

Cuadernos de Apuntes de uso exclusivo estudiantes del Instituto Profesional AIEP: Prohibida su reproduccin. Derechos reservados AIEP.

1


3 UNIDAD: COMPONENTES DE REFUERZO SONORO DURACIN: 36 horas pedaggicas Aprendizaje Esperados Manejan Teora de Parlantes Manejan Teora de filtros Manejan criterios de calidad asociados al diseo de una cadena de refuerzo sonoro Disean sistemas de refuerzo sonoro acordes con las condiciones del recinto. Contenidos Teora de Altavoces Filtros pasivos y activos Cadena EA de refuerzo sonoro Diseo de potencia al aire libre Diseo de potencia en recinto cerrado Alineacin de sistemas Criterios de calidad y evaluacin de sistemas de refuerzo sonoro.

IV: BIBLIOGRAFA -B. Pueo O., M. Rom R. "Electroacstica. Altavoces y micrfonos". Editorial Pearson Prentice Hall, 2003. -Miyara, Federico. Acstica y sistemas de sonido, 3ra edicin, UNR, 2003. Complementaria: -Recuero, M. Tcnicas de grabacin sonora, IORTV, Madrid, 1993.


2


II.

DESARROLLO

PRIMERA UNIDAD: ELECTRNICA APLICADA CLASE 1APRENDIZAJES ESPERADOS CONTENIDOS

Comprenden nocin de semiconductor

Introduccin, definicin de tipos de semiconductores.

Composicin de la materia En un principio se pensaba que toda la materia del universo se formaba de solo 4 materiales (fuego, tierra, agua, aire), despus de un tiempo se pens que debera existir una partcula elemental que fuera inseparable, de ah el nombre de tomo, investigaciones posteriores dieron como resultado de que el tomo se puede descomponer en 3 partculas elementales (protones, electrones y neutrones), investigaciones posteriores demostraron que en realidad los protones y neutrones se podan dividir en partculas pequeas llamadas Quarks, nuevas teoras dicen que cada una de estas partculas esta compuesta de cuerdas que vibran a distintas frecuencias, la frecuencia a la que vibra cada cuerda crea una partcula o la otra, la presencia de cuerdas y antimateria en la fsica no son necesarias para demorar las la existencias de corrientes elctricas entre los cuerpos por lo tanto no se profundizara el tema, sin embargo hay cosas que por el momento se saben con seguridad y otras no. El modelo atmico actual presenta un ncleo donde se encuentran cargas positivas y cargas neutras (protones y neutrones), alrededor del ncleo existen orbitas donde existen partculas con carga elctrica negativa, la corriente elctrica en un material se definira como el flujo de electrones (cargas negativas) de una molcula a otra, existen materiales que tienen la posibilidad de transmitir electrones entre una molcula a otra, y otros que no tienen la posibilidad ya que sus orbitas exteriores se encuentran llenas.

Electron

Corriente elctrica

Electron


3


Clasificacin de materiales segn su conductividad elctrica Conductor El material conductor presenta una resistencia elctrica muy baja, sus tomos presentan orbitas de electrones que no estn llenas por lo tanto tienen la posibilidad de recibir electrones y transmitir electrones. Aislantes Un material donde las orbitas de los electrones se encuentran llenas no puede recibir otro electrn, las orbitas solo aceptan una cantidad de electrones determinada por lo que no puede recibir ni emitir un electrn, agregar otra orbita significa una gran cantidad de energa por lo que en una situacin normal esto no sucede. Semiconductor Un semiconductor es un material que se comporta como conductor o aislante dependiendo de la temperatura ambiente en el que se encuentre. Los elementos semiconductores mas utilizados son el silicio y el germanio, aunque existen dentro de la tabla peridica otros elementos semiconductores, sin duda los que han provocado un gran avance en la tecnologa y dieron partida a la era de la computacin fueron los mencionados anteriormente, es por eso que gran parte de este curso se basa en el estudio de los semiconductores usados en el rea de la electrnica. El silicio por ejemplo es muy presenta muy pocas impurezas, lo que se hace es agregar un material extra al silicio para que molecularmente el silicio se comporte de manera distinta, se pueden crear cristales tipo N con una concentracin de electrones (carga negativa) o cristales tipo p con una falta de electrones(carga positiva). Semiconductor tipo N Un semiconductor del tipo N se obtiene aadiendo un material extra al semiconductor, lo que se hace es agregar un material que permita elevar la cantidad de cargas negativas en el semiconductor, el material que se agrega al semiconductor se conoce como material donante por que da algunos de sus electrones. Por ejemplo al silicio se le agrega tomos de fsforo, arsnico o antimonio. Semiconductor tipo P Un semiconductor tipo P se obtiene llevando a acabo el mismo proceso pero en este caso se le agregan tomos que tengan exceso de orbitas libres, por lo tanto hace que el material tenga gran posibilidad de recibir electrones. Por lo que comparte los electrones del silicio dejando el material con una gran carga positiva. Al material extra se conoce como material aceptor por que comparte electrones del semiconductor. Por ejemplo al silicio se le agregan tomos de boro, entre otros.


4


CLASE 2APRENDIZAJES ESPERADOS CONTENIDOS

Comprenden nocin de semiconductor

Estudio de las caractersticas de los diodos de silicio y germanio .

Diodos Un diodo se obtiene juntando un cristal del tipo N y un cristal del tipo P, en la unin P-N se forma una barrera llamada barrera de potencial, al terminal con el cristal tipo P se le conoce como nodo y al terminal con el cristal tipo N se le conoce como ctodo.

En el lugar donde se unen los dos cristales se crea una barrera de potencial, Para romper la barrera y hacer que el material conduzca se debe superar esta un voltaje de 0.6 a 0.7 volt para un diodo de silicio y 0.3 volt para un diodo de germanio o germano. Con un voltaje inferior al de la barrera el diodo presenta una resistencia muy alta comportndose como un aislante, si se supera la barrera el diodo comienza a comportarse como un conductor. Polarizacin directa Cuando la corriente circula por un diodo desde el nodo al ctodo, se rompe la barrera de potencial, se comporta en este caso como un conductor, tiene una cada de tensin que depende de el material con el que esta construido el diodo.

Polarizacin inversa Si circula una corriente de ctodo a nodo este se comporta como una impedancia muy alta como resultado la corriente no circula por el diodo, si se considera como una flecha el smbolo del diodo en este caso la corriente va en contra de la flecha por lo tanto no pasa.

Curva caractersticaCuadernos de Apuntes de uso exclusivo estudiantes del Instituto Profesional AIEP: Prohibida su reproduccin. Derechos reservados AIEP.

5


Zona de ruptura

Polarizacin directa

VPolarizacin inversa 0.7

v

Rectificador de onda El rectificador de media onda es un circuito empleado para eliminar la parte negativa o positiva de una seal de corriente alterna de entrada (Vi) convirtindola en corriente directa de salida (Vo). Es el circuito ms sencillo que puede construirse con un diodo.

Vi

RL

Vo

Si el voltaje de entrada es mayor a cero el diodo permite el paso de la corriente, provocando una cada de tensin de 0.7 V en el caso del silicio, la intensidad de la corriente se puede calcular usando la ley de Ohm

Si el voltaje de entrada es menor a cero, el diodo quedar en polarizacin inversa por lo que se comporta como un aislante, el voltaje en la salida es cero por lo que no hay corriente elctrica. Vo = 0 I=0 El voltaje no es constante por lo que su aplicacin no es transformar corriente continua solo elimina la los voltajes negativos, pero sigue siendo corriente alterna. Para calcular el voltaje efectivo.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOSCuadernos de Apuntes de uso exclusivo estudiantes del Instituto Profesional AIEP: Prohibida su reproduccin. Derechos reservados AIEP.

6


1.- Se tiene un diodo de silicio en serie con una fuente alterna, llene la siguiente tabla con los valores de el voltaje en la carga.

Vi

RL

Vin Vrl

0.1 0

0.2 0

0.3 0

0.4 0

0.5 0

0.6 0

0.7 0

0.8 0.1

0.9 0.2

1 0.3

1.1 0.4

1.2 0.5

1.3 0.6

1.4 0.7

1.5 0.8

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Se tiene un diodo de germano en serie con una fuente alterna, llene la siguiente tabla con los valores de el voltaje en la carga.

Vin

RL

llene la siguiente tabla con el voltaje en RL Vin Vrl 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo http://www.unicrom.com/Tut_diodo.asp http://www.youtube.com/watch?v=gfmeTxqLeX0


7



Comprenden nocin de semiconductor Rectificador de onda completa

Circuitos rectificadores con diodos

Un rectificador de onda completa es un circuito empleado para convertir una seal de corriente alterna de entrada (Vi) en corriente directa de salida (Vo). A diferencia del rectificador de media onda, en este caso, la parte negativa de la seal se convierte en positiva o bien la parte positiva de la seal se convertir en negativa, segn se necesite una seal positiva o negativa de corriente continua.D1 RL D2

En este caso la seal de salida se vuelve casi continua el voltaje de salida se hace mas constante pero todava tiene una frecuencia, los diodos el diodo 1 funciona cuando el voltaje es positivo y el diodo dos funciona cuando el voltaje es negativo, la onda varia de cero a Vmax.

Rectificador de onda completa tipo puente En este caso se emplean cuatro diodos con la disposicin de la figura. Al igual que antes, slo son posibles dos estados de conduccin, o bien los diodos 1 y 3 estn en directa y conducen (tensin positiva) o por el contrario son los diodos 2 y 4 los que se encuentran en directa y conducen (tensin negativa). A diferencia del caso anterior, ahora la tensin mxima de salida es la del secundario del transformador (el doble de la del caso anterior), la misma que han de soportar los diodos en inversa, al igual que en el rectificador con dos diodos. Esta es la configuracin usualmente empleada para la obtencin de onda continua.

RL


8


Circuito de corriente continua Se coloca un condensador despus del rectificador, el condensador elimina la componente alterna de el rectificador dejando un voltaje de corriente continua, se puede calcular el porcentaje de ruido o rizado. Mientras menos ruido tenga la seal mas constante ser el voltaje de salida.

Se pude calcular el voltaje de corriente continua usando la siguiente relacin

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS Se tiene un el siguiente circuito, la tensiona mxima es de 10v 50Hz, calcular voltaje de salida, corriente en L, porcentaje de ruido, voltaje de corriente continua.

200f

RL=300


9


EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS Se tiene un el siguiente circuito, la tensiona mxima es de 50v 60Hz, calcular voltaje de salida, corriente en L, porcentaje de ruido, voltaje de corriente continua.

150f

RL=400

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://es.wikipedia.org/wiki/Diodo http://es.wikipedia.org/wiki/Rectificador


10



Comprenden nocin de semiconductor Diodo Zener

Aplican circuitos utilizando el diodo zener

El diodo zener es un tipo especial de diodo, que siempre se utiliza polarizado inversamente. En este caso la corriente circula en contra de la flecha que representa el diodo. Si el diodo zener se polariza en sentido directo se comporta como un diodo rectificador comn. Cuando el diodo zener funciona polarizado inversamente mantiene un voltaje constante, se usa como estabilizador y regulador de voltaje.

Diodo zener como regulador y estabilizador.

+ Vcc -

RL

Puede variar la carga (Rl) o la fuente. Como regulador: si varia la impedancia de la carga, el diodo zener varia su impedancia haciendo que cambie la corriente en RL con eso se produce que la cada de tensin en la carga (RL) sea constante. Como estabilizador: si varia la fuente cambia, el diodo cambia si impedancia para mantener la corriente constante en la carga. RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.unicrom.com/Tut_diodozener_.asp CLASE 5APRENDIZAJES ESPERADOS CONTENIDOS

Prueba parcial


11



-Relacionan los semiconductores con circuitos componentes de amplificacin de seal de audio

y/o Estudio del transistor bipolar.

Transistor bipolar o BJT El transistor bipolar es el ms comn de los transistores, y como los diodos, puede ser de germanio o silicio. Existen dos tipos transistores BJT: el NPN y el PNP, y la direccin del flujo de la corriente en cada caso, lo indica la flecha que se ve en el grfico de cada tipo de transistor.

N P P N

C N P B N E

P N N P

P N P

El transistor es un dispositivo de 3 terminales con los siguientes nombres: base (B), colector (C) y emisor (E), coincidiendo siempre, el emisor, con la terminal que tiene la flecha en el grfico de transistor. El transistor bipolar es un amplificador de corriente, esto quiere decir que si le introducimos una cantidad de corriente por una de sus terminales (base), el entregar por otra (emisor) , una cantidad mayor a sta, en un factor que se llama amplificacin. Este factor se llama (beta) y es un dato propio de cada transistor.


12


Curva caracterstica de una transistor Bjt

Ic

Ib

Ic

Ib=200 A Ib=150 A Ib=100 A Ib=0 A Vce

VceIc (corriente de colector) Ib (corriente de base) Ie (corriente de emisor)

En el segundo grfico las corrientes de base (Ib) son ejemplos para poder entender que a ms corriente la curva es ms alta, se comporta como un nivel controlado por corriente, poca corriente de base detiene el paso de la corriente entre el colector y emisor, valores intermedios de corriente dejan pasar la corriente un valor muy alto satura el transistor. RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_unin_bipolar


13




y/o Estudio del transistor bipolar.

Configuraciones usando transistores Configuracin de emisor comn

Rc Rb Vbb VccCircuito Base-emisor Circuito colector-emisor

Ganancia

Configuracin de base comn

Re

Rc

Vee

Circuito Base-emisor

Circuito colector-base

Vcc

Ganancia


14


Configuracin de colector comn

Re Rb VbbCircuito colector-base Circuito colector-emisor

Vcc

Ganancia

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS

1.- Para el siguiente amplificador de corriente, calcular Ic, Ib, Vrb. (15 pt) RC = 270Rb = 27K Vce=27V Hfe = 158 Vcc = 45V

Vbb = 12 V

Voltaje en RC 18V


15


EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS

1.- Para el siguiente amplificador de corriente, calcular Ic, Ib, Vrb. (15 pt) RC = 200Rb = 20K Vce=27V Hfe = 130 Vcc = 48V

Vbb = 15V

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.unicrom.com/Tut_transistor_bipolar.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Transistor_de_unin_bipolar


16



Aplican transistores, OPAMP y tubos de vaco a circuitos de Aplican el transistor a distintas configuraciones audio (filtros, eq, sumadores, adaptadores, amplificadores, etc.) Oscilador En el caso de un oscilador se puede usar un condensador, el condensador se carga y descarga logrando que el transistor consuma y no conduzca, esto ocurre por que le condensador hace oscilar la corriente de colector.

Circuito astable con transistores Usando el tiempo de carga y descarga de dos condensadores se puede hacer que dos transistores funcionen de forma alterna, mientras un transistor conduce el otro no lo hace y viceversa, el transistor que conduce primero lo hace por las pequeas diferencias entre dos de un mismo modelo, el tiempo que conduce cada uno tiene que ver con la carga y descarga.


17


Circuito push pull Este es un circuito usado para amplificar corriente, tiene la particularidad de que usa dos transistores un conduce cuando la entrada es negativa, el otro cuando la entrada es positiva, por lo tanto cada transistor se encarga de un semiciclo de la onda.

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.unicrom.com/Tut_Fet.asp http://www.youtube.com/watch?v=2kvajfSCMd0&feature=channel


18




y/o Estudio del transistor fet..

Transistores Fet (transistor de efecto de campo) Se construyen otros tipos de transistores, principalmente el mosfet, mejorando la forma de crear uniones entre semiconductores tipo p y tipo n se ha llegado a fabricar transistores muy pequeos, esto ha provocado que se les ocupe al interior de micro-procesadores y memorias porttiles. Cuenta con una barra de silicio tipo N o P, tiene 3 terminales Gate, Source y Drain, el funcionamiento se basa es que una corriente en el Gate controla la cantidad de corriente entre la fuente y el drenaje, en ese caso se podra utilizar como un interruptor controlado por tensin, las aplicaciones son diversas dependiendo de cmo se unen los materiales, la gracia principal es que tiene una sola unin, el Bjt tiene dos, Cambiando la forma con la que se unen los cristales se pueden fabricar distintos tipos de transistores fet: Jfet, mosfet, entre otros, agregando otros materiales, o aplicando procesos qumicos a los materias.

Canal tipo P Source Gate Drain G S D

Canal tipo N

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.unicrom.com/Tut_Fet.asp http://www.youtube.com/watch?v=2kvajfSCMd0&feature=channel


19



Aplican en distintas etapas operacional. Amplificador Operacional

del audio

el amplificador Amplificador operacional, aplicaciones

Un amplificador operacional es un circuito electrnico que tiene dos entradas y una salida. El operacional amplifica las diferencias entre las dos si se usa el amplificador sin control de ganancia el amplificador debera tener una ganancia infinita, en la practica esto es el 90% del voltaje de la fuente para controlar la ganancia se debe colocar una resistencia entre la entrada y la salida que retroalimenta la seal, por lo que se conoce como resistencia de retroalimentacin. El smbolo de un amplificador operacional es el mostrado en la siguiente figura:

+Vcc

+ VCC 90% + VCC

+

Vout

90% - VCC -VccLazo abierto Si no existe retroalimentacin la salida del amplificador operacional ser la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Este factor suele ser del orden de 100.000 (que se considerar infinito en clculos con el componente ideal). Circuito comparador

- VCC

Esta es una aplicacin sin la realimentacin. Compara entre las dos entradas y saca una salida en funcin de qu entrada sea mayor. Se puede usar para adaptar niveles lgicos. Como no tiene retroalimentacin el circuito el operacional satura negativamente o positivamente segn que entrada es mayor.


20


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Se tiene un circuito comparador con amplificador operacional, indique la salida del operacional para los siguientes valores de entrada, el amplificador se encuentra alimentado con Vcc 10 v.

V1 V2 Vout

0 -4 -9v

3 2 -9v

4 5 9v

-5 -7 -9v

-2 4 9v

7 -10 -9v

10 5 -9v

6 9 9v

-10 7 9v

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Se tiene un circuito comparador con amplificador operacional, indique la salida del operacional para los siguientes valores de entrada, el amplificador se encuentra alimentado con Vcc 15 v.

V1 V2 Vout

-4 0

2 3

5 4

-7 -5

4 -2

-10 7

5 10

9 6

7 -10

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.htm


21



-Miden comportamiento de distintos tipos de amplificadores y Aplican en distintas etapas deducen criterios de calidad. operacional Configuraciones de operacionales

del audio

el amplificador

Para cerrar el lazo y tener control de la ganancia se debe retroalimentar la seal a la entrada del amplificador. Inversor El amplificador inversor tiene una resistencia de entrada y una de retroalimentacin que comunica la salida con la entrada inversora, la relacin entre las dos resistencias define la ganancia del amplificador, la onda sale desfasada en 180 grados con respecto de la entrada, con la configuracin inversora se puede lograr amplificar y atenuar la seal.

No inversor A diferencia del amplificador inversor, este no desfasa la seal, la entrada se aplica al la entrada no inversora, solo amplifica no atena la seal


22


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS Se tiene el siguiente circuito, el operacional se alimenta con 12V, calcule la salida y llene la tabla a continuacin

Rf=3K R1=1K

Vin Vout

1 -3

-2 6

3 -9

-4 10.8

5 -10.8

-6 10.8

7 -10.8

-8 10.8

9 -10.8

-10 10.8

El operacional no puede entregar mas de 10.8 volt, sobre ese valor cualquier valor satura la salida. EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS Se tiene el siguiente circuito, el operacional se alimenta con 12V, calcule la salida y llene la tabla a continuacin

R1=1K

Rf=2K

Vin Vout

1

-2

3

-4

5

-6

7

-8

9

-10

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.htmCuadernos de Apuntes de uso exclusivo estudiantes del Instituto Profesional AIEP: Prohibida su reproduccin. Derechos reservados AIEP.

23



-Miden comportamiento de distintos tipos de amplificadores y Montaje de filtros activos con amplificadores operacionales. deducen criterios de calidad.

Sumador

Amplificador diferencial. El amplificador diferencial resta las igualdades entre las dos entradas, este circuito puede ser ocupado para balancear una seal, evitando ruidos, el diferencial resta las seales de la enterada no inversora con la de la inversora.


24


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- El siguiente circuito sumador recibe 4 voltajes distintos por sus cuatro entradas, calcule el valor del voltaje de salida.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- El siguiente circuito sumador recibe 4 voltajes distintos por sus cuatro entradas, calcule el valor del voltaje de salida.

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.htm


25



-Disean en laboratorio ctos basados en transistores y Montaje de filtros activos con amplificadores operacionales. OPAMP y los relacionan con funcionamiento de equipos de audio. Filtros con amplificador operacional Se pueden crear distintos tipos de filtros usando amplificadores operacionales y condensadores y bobinas, los filtros mas simples que pueden generarse son usando un operacional y un condensador y resistencias, esto da un decaimiento de 6dB por octava, a esto se le llama filtro de primer orden, para crear uno de segundo orden se debe agregar otra red RC, se pueden poner dos redes RC en un operacional, para crear uno de 3er o 4to orden se debe poner un segundo operacional. Se pueden ocupar diversas configuraciones de condensadores y resistencias, distinto orden de los componentes afecta la curva del filtro. Filtro pasa alto

Filtro pasa bajos


26


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Se tiene el siguiente circuito calcule las frecuencias de corte para los dos filtros.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Se tiene el siguiente circuito calcule la frecuencia de corte para el filtro indique que tipo de filtro es y el orden.


27


RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://es.wikipedia.org/wiki/Amplificador_operacional http://www.ifent.org/temas/amplificadores_operacionales.htm CLASE 15APRENDIZAJES ESPERADOS CONTENIDOS

Prueba Parcial.


Reforzamiento unidad.


28


SEGUNDA UNIDAD: ACSTICA DE LOCALES CLASE 1APRENDIZAJES ESPERADOS CONTENIDOS

Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en Introduccin, Densidad Acstica recintos cerrados Niveles sonoros Los niveles sonoros son una forma de representar una cantidad de sonido. Los principalmente son la intensidad sonora, presin sonora, potencia acstica. Intensidad acstica Representa la amplitud del movimiento de las partculas de aire en 1 metro cuadrado de aire. Se mide en W/M2, Watt partido en Metros. Presin sonora Representa cuanta fuerza con la que se mueve una superficie de 1 metro cuadrado de aire, se mide en N/M2, Newton partido metro, se usa la medida con el nombre de Pascal PA ) Potencia acstica Se encuentra relacionado con una fuente sonora, representa la capacidad de la fuente para generar presin o intensidad a una distancia, se mide en Watt. Debido a que las medidas en las unidades anteriores presentan valores con rangos muy extensos se utiliza una conversin a una escala graduada en dB (decibeles) esto permite hacer comparaciones con valores mas tangibles. Nivel de presin sonora Nps = 20 log ( P / 2x10-5 pa) Nivel de intensidad sonora. Nis = 10 log ( I / 1x10-12 W/m2) Nivel de potencia sonora. Nws = 10 log ( W / 1x10-12 W)


29


DENSIDAD DE ENERGA Se define como la energa contenida en un determinado volumen de medio. Se mide en watt segundo, metro cbico, WS/m3 , se puede expresar como:

Densidad de energa en el tiempo Cuando una fuente genera un sonido en una sala o material la densidad vara en el tiempo. El ataque (Attack) es el tiempo desde que se inicia el movimiento hasta que llega a un mximo de amplitud. El decaimiento (Decay) ocurre despus del mximo hasta que el sistema se estabiliza. En el estado de Sostenimiento (Sustain) hay un nivel estable en el movimiento de partculas. Desde que la fuente deja de generar sonido hasta que se extingue el sonido se llama Relajacin (Relase), el tiempo de cada uno de los estados tienen que ver principalmente con las caractersticas del medio donde se genera el sonido.

A

D

S

R

Para analizar lo que ocurre en una sala con 3 dimensiones se debe hacer un analisis de la dinamica en una direccion, esto permite llevar el analisis en una dimension y aplicarlo a una sala tridimensional, para esto se usa un tubo largo y delgado, se coloca un microfono en la parte central, en los extremos del tubo se coloca mayterial con un coeficiente de absorcion conocido. El experimento consiste en disparar un sonido desde un extremo de el tubo y ver que es lo que pasa con cada reflexion, y analizar la cantidad de energia cada vez que el sonido pasa por el microfono.


30


Dinmica Para Un Sonido De Impacto La densidad de energa decae cada vez que el sonido se absorbe con los materiales en los extremos, el si el material absorbente tiene un coeficiente de absorcin denominado como o, se obtiene lo siguiente. N de paso. 0 1 2 Densidad (Do) Do Do (1 - o ) Do (1 - o )2

La densidad decae hasta ser absorbida totalmente por el material en los extremos del tubo

Do

tEJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1) Se tiene una fuente que genera, 0.1 watt acsticos, sobre una superficie de 1 m2, si se considera que la velocidad del sonido es de 344 m/s, calcule la densidad de energa.

2) Si el sonido usando anteriormente es de impacto, calcule la densidad para las primeras 3 pasadas por el micrfono, si es que el material en los extremos del tubo tiene un coeficiente de absorcin de 0.35 Sab. N de paso. 0 1 2 3 4 5 Densidad (Do) Do Do ( 1 - o ) D o ( 1 - o )2 D o ( 1 - o )3 D o ( 1 - o )4 D o ( 1 - o )5

0.00029 WS/m3 0.0001885 WS/m3 0.0001225 WS/m3 0.0000796 WS/m3 0.000051 WS/m3 0.000033 WS/m3


31


3) Realice la grafica del decaimiento de la energa usando los valores de los ejercicios anteriores.

0.0003 0.00025 0.0002 0.00015 0.0001 0.00005 0 0 1 2 3 4 5

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1) Se tiene una fuente que genera, 0.3 watt acsticos, sobre una superficie de 2 m2, si se considera que la velocidad del sonido es de 344 m/s, calcule la densidad de energa. 2) Si el sonido usando anteriormente es de impacto, calcule la densidad para las primeras 4 pasadas por el micrfono, si es que el material en los extremos del tubo tiene un coeficiente de absorcin de 0.2 Sab. 3) Realice la grafica del decaimiento de la energa usando los valores de los ejercicios anteriores.

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.ehu.es/acustica/espanol/ruido/acaces/acaces.html http://personal.redestb.es/azpiroz/acusticap.html http://www.acusticaintegral.com/


32



Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en recintos cerrados DINMICA PARA UN SONIDO CONSTANTE Ataque

Dinmica de Energa en un tubo delgado

La densidad de entrada se va agregando a la densidad que vuelve de las reflexiones, con esto se consigue que el nivel suba. N de paso. 0 1 2 Densidad (Do) Do Do + Do (1 - o ) Do + Do (1 - o ) + Do (1 - o )2 N de reflexiones (K) 0 0 1 2 Densidad (Dn) 0 Do Do + Do (1 - o ) Do + Do (1 - o ) + Do (1 - o )2

muestra Tiempo (t) N de pasadas por el micrfono (n) 0 0 0 1 L / 2C 1 2 3L / 2C 2 3 5L / 2C 3

El incremento se puede expresar como una sumatoria, en la cual se puede calcular la densidad para cualquier pasada con la siguiente formula:

Simplificando lo anterior, para calcular la densidad en el ataque en funcin del numero de pasadas, se tiene los siguiente:


33


Se puede considerar la densidad en funcin del tiempo, para esto se necesita saber el largo del tubo si se considera como L el largo, c la velocidad del sonido, y t el tiempo.

Estado estacionario Despus de un tiempo se considera que el medio llego a un limite, si la energa crece indefinidamente se puede decir que el numero de pasadas tiende a infinito, esto hace que el factor de (1 - ( 1 - o )n tienda a cero

Do o

Dmax

Do

1

2

3

4

5

N

Cuando la energa llega al valor constante se considera que esta en estado estacionario, es el mximo valor desde el ataque hasta que se apaga la fuente.

Energa reverberarte en estado estacionario


34


Decaimiento Se considera el tiempo desde que se apaga la fuente, la densidad de energa decae dependiendo de la absorcin de los materiales. N de paso. 0 1 2 3 Densidad (Do) D D ( D o ) D ( D o ) - o (D ( D o ) D ( D o ) - o (D ( D o ) o (D ( D o ) - o (D ( D o ))

D

0

1

2

3

4

N

Decaimiento en funcin numero de pasadas por el micrfono.

Decaimiento en funcin del tiempo


35


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS Se conecta una fuente de audio de 350 mili Watts acsticos, a un tubo largo y delgado el que contiene en sus extremos un material poroso que absorbe una parte de la energa incidente. Rendimiento de la fuente: Coef. Absorc.: 0,44 12 cms 85 cms 1.- Calcular la densidad mxima dentro del tubo a) Calcular densidad inicial

b) la densidad mxima se obtiene

2.- Calcular densidad de energa despus de que el sonido pasa por 5ta vez a travs del micrfono.

3.- Calcular la densidad a 30 ms despus de apagar la fuente..

4.- Calcular la densidad reverberarte en el estado estacionario.


36


EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS Se conecta una fuente de audio de 2 mili Watts acsticos, a un tubo largo y delgado el que contiene en sus extremos un material poroso que absorbe una parte de la energa incidente. Rendimiento de la fuente: Coef. Absorc.: 0,22 2 cm 1m 1. 2. 3. 4. Calcular la densidad mxima dentro del tubo Calcular densidad de energa despus de que el sonido pasa por 3ra vez a travs del micrfono. Calcular la densidad reverberarte en el estado estacionario. Calcular la densidad a 10 ms despus de apagar la fuente.



37



Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en Dinmica de Energa en Recintos recintos cerrados DINAMICA PARA RECINTOS TRIDIMENSIONALES Se deben considerar las caractersticas del recinto, principalmente la absorcin de los materiales del recinto. A= absorcin mtrica total (m2) Ai=Si * i AT = AI

Densidad De Energa Para Recintos Tridimensionales

Se modifica la formula principal para ser aplicada a los distintos estados de dinmica basado en las condiciones para cada momento. Ataque

Estado estacionario

Decaimiento


38


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Se tiene una sala de 7 x 5 x 3 mt. La sala tiene un alfa promedio de 0.07. en la sala se coloca en una esquina una fuente que genera 1.5 mili Watts acsticos, calcular: a) Densidad mxima de energa. Se debe conocer la absorcin mtrica total de la sala. Se puede calcular usando el dato del alfa promedio y la superficie total. St=142 m2

b) Densidad a los 15 mSeg despus de encender la fuente.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Se tiene una sala de 10 x 7 x 3 mt. La sala tiene un alfa promedio de 0.2. en la sala se coloca en una esquina una fuente que genera 3 mili Watts acsticos, calcular: a) Densidad mxima de energa. b) Densidad a los 5 mSeg despus de encender la fuente. b) Densidad a los 15 mSeg despus de apagar la fuente. RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.ehu.es/acustica/espanol/ruido/acaces/acaces.html http://personal.redestb.es/azpiroz/acusticap.html http://www.acusticaintegral.com/


39



Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en Clase de Ejercicios recintos cerrados


Prueba parcial N 1


40



Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en recintos cerrados Modos Normales de Vibracin ONDAS ESTACIONARIAS Cuando en un medio elstico que propagan simultneamente dos ondas de igual frecuencia y amplitud el resultado obtenido es el producto de la suma de ambas componentes a esto se le llama onda resultante. El ngulo de fase entre las componentes determina las caractersticas de la resultante. La amplitud de la onda resultante tiene un valor mximo en algunas posiciones llamados anti-nodosos, otros puntos donde la amplitud resultante es cero se denomina nodo.

A T0

N

A

N

A

N

A

N

A ONDA

T1

REFLEXIN RESULTANTE

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8


41


Entre una onda directa y su reflexin sobre una superficie se producen nodos y anti-nodos siempre que la distancia entre las dos superficies reflectantes y la longitud estn relacionadas. La onda resultante no se desplaza en el tiempo por lo que recibe el nombre de onda estacionaria Para un recinto tridimensional se producen ondas estacionarias en las 3 dimensiones se tiene tienen ondas estacionarias en 3 dimensiones, se pueden en solo un eje como en los 3 ejes. El nmero del modo se denomina mediante 3 valores (Nx, Ny, Nz) El valor de N siempre es un nmero entero, indica cuantas medias longitudes de onda caben en un espacio determinado. Si N en cualquiera de los ejes valiera 2, indica que en esa distancia cabe 2 veces media longitud de onda de una frecuencia determinada. Para encontrar la frecuencia de cualquier modo se utiliza la formula presentada a continuacin. Donde los valores de N son los modos, y los valores de X, Y, Z son las medidas de la sala. El valor de N puede ser cero, en el caso que no se quiera considerar eje, puede tomar valores hasta el infinito. Pero las ondas donde los modos presentan ms problemas son en las frecuencias bajas.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS Para las siguientes salas.

2.50 mt

3.5 mt 3.20 mt 2.50 mt

1.- Obtenga los 7 primeros modos normales para la sala de la derecha. Para el modo (1,0,0)

Para el modo (0,1,0)


42







La frecuencia ms baja se produce en la distancia mas larga esto es por que la longitud de onda es mas baja. Si se ordena lo anterior quedara en el siguiente orden: 1 modo = 2 modo = 3 modo = 4 modo = 5 modo = 8 modo = 7 modo = (0,1,0) (1,0,0) (0,0,1) (1,1,0) (0,1,1) (1,0,1) (0,2,0) 49.1 Hz 68.8 Hz 68.8 Hz 84.5 Hz 84.5 Hz 97.2 Hz 98.2 Hz

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Obtenga los 7 primeros modos normales para la sala de la izquierda. RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.ehu.es/acustica/espanol/ruido/acaces/acaces.html http://personal.redestb.es/azpiroz/acusticap.html http://www.acusticaintegral.com/


43



Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en recintos cerrados Distribucin de Energa Espectral DISTRIBUCIN DE ENERGA ESPECTRAL Si en un recinto existen modos normales, la energa no se distribuye de forma uniforme, dependiendo de cada modo se pueden encontrar los puntos de mxima o mnima energa en un recinto tridimensional, usando un eje de coordenadas X,Y,Z.

Esto hace que una sala presente distinta respuesta de frecuencia para distintos puntos. Dependiendo de sus ondas estacionarias una sala presentara concentracin de energa para algunas frecuencias y ausencia de energa de algunas frecuencias para todos los puntos. Se debe utilizar la calculadora en radianes. Por ejemplo si se tuviera una distancia de 6.5 metros y se indica que N=2 se tendra que la energa variara en ese eje de la siguiente manera.

Se tiene que en puntos la energa es cero y en otros puntos la energa es mxima (cercano a 1 o -1), el grafico anterior se refiere a solo un modo en un solo eje, en el caso de ser una sala tridimensional se forma mucho mas.


44


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Calcule la presin sonora relativa para el modo ( 4, 2, 1 ) en el punto [ 2.3; 1.4; 1.6 ].

3mt

7mt 6mt

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Se tiene una sala de 10x10x3 mt, calcule la densidad de energa al centro de la sala para el modo (2,2,4). 2.- En la misma sala se necesita saber la presin relativa en el punto x,y,z, 4.2,5.5,0.8 si se considera el modo (1,0,1)



45



Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en recintos cerrados Tiempo de Reverberacin

TIEMPO DE REVERBERACIN Uno de los factores predominantes en un recinto es cuanto tiempo demora la energa en decaer despus de apagada una fuente, el tiempo tiene que ver con la absorcin de el recinto. Mientras mas material absorbente tenga una sala mas rpido se absorbe la energa en su interior, a esto se le denomina por lo general sala seca. Una sala viva tendra poco material absorbente y la energa demorara mas tiempo en decaer. Para cuantificar el tiempo de reverberacin se usa una medida que indica cuanto tiempo demora la energa en decaer a millonsima parte despus de apagada la fuente. D

D/106

T1

T1

La diferencia entre d y su millonsima parte es de 60dB por los que se denomina T60, la forma mas simple para calcularlo es la presentada por Sabine. T60 segn Sabine.

La teora se Sabine se basa en la suposicin de que la energa dentro de un recinto cerrado es difusa y que todas las direcciones de propagacin son igualmente posibles, para salas mas bien reverberantes con mas o menos distribucin uniforme la forma de Sabine funciona bien, pero mientras mas seco es el recinto se vuelve inexacta. Por eso el uso de una formula o otra tiene que ver con la absorcin de la sala y el volumen de la sala. Formula de Eyring.


46


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Se tiene una sala de 8750 m3 con una superficie de 1350 m2 y un alfa promedio de 0.27, calcular el t60 para 500Hz

2.- Se tiene una sala de 6.5x5.8x3.5, calcular t60 segn Eyring, si los materiales y sus coeficientes de absorcin respectivos son los siguientes. Superficie Paredes laterales Frontis y fondo Piso cielo sup 20.3 20.3 22.75 22.75 37.7 37.7 material Madera masisa Yeso sobre ladrillo Bloques de madera de pino Madera en panel Ai 2.03 2.03 0.455 0.455 1.885 11.31 Alfa 0.1 0.02 0.05 0.3

PL1 PL2 PF PT Cielo Piso St=161.5 m2 At=18.17 m2

0.1 0.1 0.02 0.02 0.05 0.3

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Se tiene una sala de 8750 m3 con una superficie de 1350 m2 y un alfa promedio de 0.14, calcular el t60 para 500Hz 2.- Se tiene una sala de 6.5x5.8x3.5, calcular t60 segn Eyring, si los materiales y sus alfas respectivos son los siguientes. Superficie Paredes laterales Piso cielo material Madera masisa Bloques de madera de pino Madera en panel Alfa 0.1 0.05 0.3


47




Manejan conceptos y ecuaciones asociados con sonidos en recintos cerrados Diseo - Ejercicios Se desarrolla reforzamiento de la unidad temtica orientado a la prueba nacional, se realizar una clase explicativa demostrado los ejercicios propuestos en las clases anteriores.


Prueba nacional especialidad.


48



Disean absortores simples para salas de grabacin en base al anlisis modal de la sala. Absortores Porosos y Resonadores ABSORTORES POROSOS Y RESONADORES Si se tiene un recinto y se quiere lograr tener una mejor respuesta de frecuencia y buena inteligibilidad del sonido, se puede modificar sus caractersticas usando estructuras que permitan mejorar alguna caracterstica, se pueden usar materiales absortores o estructuras creadas para alguna funcin determinada. MATERIAL ABSORTOR Minerales : lana de vidrio, lana mineral, aislan, . Sintticos : espuma poliuretano, polietileno expandido. Si se coloca un material absortor en una sala se producen es que baja el T60 para las frecuencias altas, se seca la sala, por ejemplo con poner una alfombra y unas cortinas en una sala, se fabrican materiales especiales para salas con espuma de poliuretano. RESONADORES Panel elstico Si se coloca un panel de algn material (madera, yeso, etc.) separado de una superficie se crea un sistema que resuena a una frecuencia, a esta frecuencia y en las frecuencias cercanas se produce transformacin de energa, la energa acstica se transforma en energa mecnica por lo tanto absorbe sonido, depende de la elasticidad del material, si el material no es muy elstico la absorcin ser poca, su funcin principal es para absorber frecuencias bajas. Se puede calcular la frecuencia de resonancia del sistema:

d = distancia del panel a la pared

= Densidad del material (Kg/m3) = Espesor del material (m)


49


Resonador De Helmholtz Un resonador es un volumen de aire encerrado que se comunica al exterior por una abertura pequea, cuando un sonido incide en la abertura las partculas al interior comienzan a vibrar, el roce entre las partculas provoca la absorcin de energa, la mayor absorcin ocurre cuando el sonido que incide es de la misma resonancia del sistema.

S

VL

En la practica se debe considerar el largo acstico, se modifica el largo medido en funciona del radio de la abertura.

R= radio de la abertura Una aplicacin de el resonador es colocar un panel con perforaciones, se comporta como varios resonadores, se puede instalar sin separacin entre cada uno se debe tomar en cuenta la distancia entre cada perforacin para calcular uno de los resonadores.


50


Panel Ranurado Usando resonadores de puede crear un resonador ranurado, tienen mejor respuesta en frecuencias bajas,

L

b

A

A = rea transversal del interior B = separacin de la ranura. L = longitud de la ranura. Wo= Frecuencia angular.


51


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Calcular la frecuencia de resonancia para un tabique plano de Volcanita de espesor 12 mm. con una separacin a la pared slida de 10 cm. Densidad del material 1149.41 Kg/m3

2.- Calcular la frecuencia de resonancia para una plancha de madera perforada de 5 mm. de espesor. Especificaciones: Dimetro de cada agujero: 6 mm. Separacin entre agujeros: 60 mm. Distancia a la pared: 8 cm.

6 mm 60 mm

5.- Para lograr una absorcin mxima en 240 Hz., A qu distancia a la pared debera ubicarse el mismo panel de la pregunta anterior?


52


EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Calcular la frecuencia de resonancia para un tabique plano de Volcanita de espesor 10 mm. con una separacin a la pared slida de 15 cm. 2.- Calcular la frecuencia de resonancia para una plancha de madera perforada de 10 mm. de espesor. Especificaciones: Dimetro de cada agujero: 8 mm. Separacin entre agujeros: 50 mm. Distancia a la pared: 10 cm. 3.- Para lograr una absorcin mxima en 240 Hz., A qu distancia a la pared debera ubicarse el mismo panel de la pregunta anterior? RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://www.ehu.es/acustica/espanol/ruido/acaces/acaces.html http://personal.redestb.es/azpiroz/acusticap.html http://www.acusticaintegral.com/


53



Aplican nociones mnimas de acstica grfica. ACSTICA GRAFICA

Acstica Grfica

Se trabaja en plano, se utiliza una lnea recta para simbolizar el frente de onda de una fuente puntual, sirve para analizar las caractersticas de recintos asociado a las reflexiones, para anlisis mas exactos se pueden utilizar todas los las direcciones de propagacin usando arcos no flechas, se debe considerar la superficie donde incide el sonido, si la estructura es cncava o convexa tendr distintas implicancias en como se percibe una reflexin en un material. Si una onda incide en una superficie la reflexin tendra un ngulo igual al de incidencia.

Fuente virtual

Fuente


54


Focalizacin La forma con la que incide el sonido en una superficie y la forma de la superficie tiene incidencia en las reflexiones que se producen, se pueden genera puntos de concentracin o difusin usando distintas formas dentro de recintos. Superficies perpendiculares Superficies paralelas

Superficie cncava

Superficie convexa


55



Disean reflectores y difusores para salas de control.

Difusores y reflectores, diseo y aplicaciones

DIFUSORES Para evitar las concentraciones de energa en puntos de la sala se pueden usar estructuras llamadas difusores, se utilizan principalmente en lugares donde una buena inteligibilidad del sonidos sea necesaria, como salas de grabacin salas de conferencia o conciertos, existen diversos diseos de los cuales el mas popular es el QRD, estos estn echos de materiales reflectantes, cambiando la profundidad de secciones de el material se logran formas que actan como difusores. Los difusores se disean para frecuencias determinadas, o para un rango de frecuencias. Difusor MLS El difusor MLS se construye a partir de superficies lisas las que tienen ranuras, el tamao y la distribucin de las ranuras dependen de la frecuencia a difundir. Ancho de la ranura

Profundidad de la ranura


56


Difusor QRD Est compuesto por ranuras de igual ancho pero distinta profundidad, la profundidad de las ranuras dependen de una serie numrica, este difusor funciona para un rango de frecuencias.

Mmax = numero de direcciones para las cuales la energa reflejada tiene un mismo valor. Secuencia

N= numero entero (0P-1) P= numero primo (2, 3, 5, 7, 11, 13, 17, 19, 23) Mod= es el resto de la divisin entre n2/P Por ejemplo para P = 7 N N2 Sn 0 0 0 1 1 1 2 4 4 3 9 2 4 16 2 5 25 4 6 36 1

Profundidad de la ranura (Dn).

Ancho de la ranura (W) T= ancho separador.


57


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Disear un difusor MLS para una frecuencia de 2000 Hz

Ancho de la ranura

Profundidad de la ranura

El difusor debe tener ranuras de 8.9 cm de ancho y 4.3 cm de profundidad. 2.- Disear un difusor QRD que funcione para un rango de frecuencia de 500 a 1000 Hz, Mmax = 3. Se debe buscar el valor de P

Como 12 no es nmero primo se utiliza un P de 11 Calculo de la seria para N=7

N N2 Sn

0 0 0

1 1 1

2 4 4

3 9 9

4 16 5

5 25 3

6 36 3

7 49 5

8 64 9

9 81 4

10 100 1


58


Profundidad de la ranura (Dn) Para D4

Para calcular las medidas se utiliza la misma formula y se remplaza Sn por los valores de la serie numrica. D1 0 cm D2 3.12 cm D3 12.5 cm D4 28.1 cm D5 15,6 cm D6 9.38 cm D7 9.38 cm D8 15,6 cm D9 28.1 cm D10 12.5 cm D11 3.12 cm

Ancho de la ranura (W) Utilizando un separador de 4 mm

Cada ranura debe medir 16.8 cm, en su interior con una separacin de 3mm EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Disear un difusor MLS para una frecuencia de 4000 Hz 2.- Disear un difusor QRD que funcione para un rango de frecuencia de 500 a 2000 Hz, Mmax = 5.



59



Transmisin de Sonido TRANSMISIN DE SONIDO

Perdida por transmisin.

Si se coloca una fuente en una sala mucha de la energa es transmitida por las paredes hacia el exterior, para conocer la cantidad de sonido que se transmite de una sala a la otra se puede colocar una fuente en una de las dos salas, realizando mediciones con un sonmetro en las dos salas se puede saber cuanta de la cantidad se transmiti de una sala a la otra. Sala emisora Sala receptora

L1

L2

Aislamiento acstico

Aislamiento acstico normalizado

Factor de transmisin

Perdida por transmisin.

Perdida por transmisin para pared heterognea (distintos materiales)


60


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1.- Se instala una altavoz que genera una nivel de potencia sonora de 100 dB en una sala anecoica, se mide un NPS a 1.5 m del altavoz, la sala dos tiene un alfa promedio de 0.08, se mide un nps de 35 dB, calcular el aislamiento normalizado. La sala uno y dos miden 7x5x3 mt. Sala emisora Sala receptora

L1

L2

Como no se conoce el Nps en la sala emisora se debe calcular.

Se debe calcular el t60 de la sala receptora, para eso se considera las medidas de la sala y el alfa promedio.

Con los datos anteriores se puede calcular la aislacin acstica normalizada.


61


2.-calcular el TL para una pared de 7x2.5 mt de material slido (TL=53 dB), la pared tiene dos ventanas de 1x3 mt cada una (TL=48 dB), y una puerta de 0.7x2 mt (TL=50 dB) Factor de transmisin para el muro

Factor de transmisin para las ventanas

Factor de transmisin para la puerta

Perdida por transmisin para la pared heterognea

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1.- Se instala una altavoz que genera una nivel de presin sonora de 80 dB en una sala anecoica, la sala dos tiene un alfa promedio de 0.12, se mide un nps de 35 dB, calcular el aislamiento normalizado. La sala uno y dos miden 8x6x4 mt. 2.- Calcular el TL para una pared de 8x5 mt de material slido (TL=60 dB), la pared tiene una ventana de 2x3 mt (TL=50 dB), y una puerta de 1x2 mt (TL=30 dB)



62



Prueba parcial N 2


Reforzamiento unidad temtica


63


TERCERA UNIDAD: COMPONENTES DE REFUERZO SONORO CLASE 1APRENDIZAJES ESPERADOS CONTENIDOS

Manejan Teora de Parlantes

Tipos de cajas acsticas. Altavoz Dinmico al aire libre. fcca con y sin pestaa

Un altavoz electro-magntico funciona al hacer reaccionar el campo magntico variable creado por una bobina con el campo magntico fijo de un imn. Esto hace que se produzcan fuerzas, que son capaces de mover una estructura mvil que es la que transmite el sonido al aire. Esta estructura mvil se llama diafragma, puede tener forma de cpula o de cono.

Cortocircuito Acstico Si un altavoz recibe una corriente positiva el diafragma se mueve hacia fuera, creando delante una concentracin de partculas de aire, atrs del altavoz se produce una descompresin de partculas, si se considerara la concentracin como un valor positivo y la descompresin como un valor negativo la suma de los dos da como resultado una cancelacin de energa.

Corto circuito

Seal trasera

Seal frontal.

Corto Circuito

La cancelacin de energa no se produce en todas las frecuencias, solo se produce en las frecuencias bajas. Se puede calcular la frecuencia del corto circuito con la siguiente frmula.Cuadernos de Apuntes de uso exclusivo estudiantes del Instituto Profesional AIEP: Prohibida su reproduccin. Derechos reservados AIEP.

64


Poniendo el altavoz en una pestaa puede bajar la frecuencia de cortocircuito acstico, se considera el lado mas corto de la pestaa para el valor de P.

D dimetro del altavoz. C velocidad del sonido

Para contrarrestar el efecto del cortocircuito acstico se disea una estructura o recinto para contener al altavoz. 1.- Altavoz en una pestaa o bafle. Poniendo el altavoz en una pestaa puede bajar la frecuencia de cortocircuito acstico, se considera el lado mas corto de la pestaa para el valor de P. D dimetro del altavoz. P lado de la pestaa. C velocidad del sonido

2.- Colocar el altavoz entre dos salas. Si se coloca la parte delantera del altavoz hacia una sala y la parte trasera del altavoz se puede eliminar totalmente el cortocircuito ya que no existe interferencia entre las dos ondas.


65


3.- Colocar el altavoz dentro de una caja. Caja cerrada o bafle infinito. La caja cerrada es totalmente hermtica, presenta una respuesta de frecuencia medianamente plana, por lo general esta rellena de material absorbente, su uso mas comn es en monitores de estudio.

Caja Bass-Reflex. La caja Bass-Reflex tiene un ducto que comunica la parte interior con el exterior de la caja, tiene un realce en frecuencias bajas. Se usa para estudio y refuerzo.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1) Se tiene un altavoz de 8, calcule su Fcc. Se debe utilizar el dimetro del altavoz pero se debe calcular con el valor en metros la relacin que debe mantenerse es que 1 (pulgada) = 2.54 X102 Metros El dimetro en metros entonces es: 8 * 2.54 X102 Metros = 0.2032 metros

Esto significa que desde los 846 hz hacia abajo se cancelan las ondas producidas por la parte trasera y delantera del altavoz. 2) Se coloca una pestaa de 20 cm a un altavoz de 10 calcule su fcc. Para encontrar el valor de P se debe considerar el lado mas corto de la pestaa, los valores deben ser usados en metros para que el resultado de un valor de frecuencia en hertz El dimetro en metros entonces es: 8 * 2.54 X102 Metros = 0.2032 metros


66


Con esto se comprueba que con una pestaa se puede bajar el valor de la frecuencia de corto-circuito acstico.

3) Cual debera ser el largo de una pestaa para que un altavoz de 12 tenga su fcc bajo los 60hz. Se debe despejar la formula principal queda expresada de la siguiente manera.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1) Se tiene un altavoz de 10, calcule su Fcc. 2) Se coloca una pestaa de 35 cm a un altavoz de 8 calcule su fcc. 3) Cual debera ser el largo de una pestaa para que un altavoz de 12 tenga su fcc bajo el rango mnimo audible.

RECURSOS COMPLEMENTARIOS http://en.wikipedia.org/wiki/Loudspeaker_enclosure http://www.pcpaudio.com/pcpfiles/pcpfiles.html http://www.ajdesigner.com/phpsubwooferclosed/resonance_frequency_equation_fs.php


67




Caja cerrada, diseo: parmetros Thielle-small Recinto L.A.P

Diseo de cajas cerradas Existen diversos mtodos para disear cajas acsticas, los mtodos mas populares son los desarrollados por A.N. Thiele y Richard H. Small, se utilizan principalmente 3 mtodos de los cuales el THIELE-SMALL es el mas complejo. Proporciones de cajas acsticas (recinto L. A. P.). Se puede calcular el largo alto y profundidad de una caja en funcin del volumen.

Largo = Alto Alto = 1.6 Largo Profundidad = 0.6 Largo Profundidad Largo Se puede modificar la proporcin respetando el volumen. Lo mejor es modificar el la profundidad, as se obtiene una caja con una profundidad mayor y menos altura. volumen profundidad = ancho x alto

Como se debe disear el recinto de acuerdo con un volumen determinado para cada altavoz. Existen diversos mtodos para disear cajas acsticas, los mtodos mas populares son los desarrollados por A.N. Thiele and Richard H. Small, para cajas cerradas se utilizan principalmente 3 mtodos de los cuales el THIELE-SMALL es el mas complejo.


68


Mtodo 1 En este mtodo se recomienda el volumen que debe contener la caja, depende solamente de el dimetro del altavoz, si tiene varios altavoces se considera el dimetro del Woofer, los valores de volumen se dan en la siguiente tabla. dimetro 4 6 8 10 12 15 Mtodo 2 En este caso se debe conocer el dimetro del altavoz y la rigidez de las suspensiones, puede darse que dos altavoces de el mismo dimetro se coloquen en cajas de distinto volumen, Para el calculo se considera la complienza (Cs) representa el valor inverso de la rigidez, se mide en mM/N (Milmetros / Newton) Se especifican los rangos de volumen mediante una tabla. dimetro 4 6 8 10 12 15 Volumen recomendado (litros) 7 L 10 L 9.9 L 15.2 L 15.2 L 25 L 25 L 48 L 48 L 99 L 99 L 226 L Volumen recomendado 0.008 m3 0.013 m3 0.0203 m3 0.0368 m3 0.0736 m3 0.1627 m3

Se calcula con una proporcin entre el rango de volumen y la complienza, para un altavoz con una suspensin dura, nos da una caja grande, y para un altavoz con una suspensin blanda nos da una caja pequea.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1) Se tiene un altavoz de 12 el volumen recomendado para la caja es de 0.0936 m3, cuales son las medidas la caja. Medidas de la caja L.A.P.

Alto = 1.6 Largo = 0.736 metros Profundidad = 0.6 Largo = 0.276 metros


69


2) Se tiene un altavoz de 8 con una Cs de 0.2 mm/n, su volumen esta dentro de un rango de 15.2 25 litros, calcule el volumen recomendado para una caja cerrada.

3) Calcule un recinto para un altavoz de 10 con una complienza de 0.17 mm/n , su volumen esta dentro de un rango de 25 l a 48 l.

El volumen de la caja debe dar dentro del rango, el resultado de la formula da en litros, para calcular el recinto lap se debe ocupar el valor en cm3 o en m3 1 litro = 1000 cm3 = 0.001 m3

Alto = 1.6 Largo =58.592 cm Profundidad = 0.6 Largo = 21.972 cm 4) El recinto calculado en el ejercicio anterior se necesita modificar de tal manera de que el frente de la caja sea cuadrado, calcular la profundidad sin modificar el volumen de la caja.

como resultado la caja quedara de las siguientes medidas ancho y alto = 36 cm profundidad = 36.38 cm


70


EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1) Se tiene un altavoz de 12, cuales son las medidas para un recinto lap. 2) Calcule un recinto para un altavoz de 10 con una complienza de 0.17 mm/n , su volumen esta dentro de un rango de 25 l a 48 l. 3) Calcule un recinto para un altavoz de 15 con una complienza de 0.7 mm/n , su volumen debe estar dentro de un rango de 99 L 226 L.



71




Caja cerrada, Mtodo de Thiele y Small. Respuesta de frecuencia, rendimiento y sensitividad.

Mtodo de thiele-small Para este mtodo se consideran los siguientes parmetros. VAS Es el volumen de aire equivalente a las suspensiones, representa el volumen de aire que tiene la misma impedancia que las suspensiones altavoz. QTS El coeficiente de sobre-tensin de la frecuencia de resonancia, es una relacin que representa cuanto cambia la frecuencia de resonancia cuando ponemos el altavoz dentro de una caja. Qtc Es el coeficiente de sobre-tensin total de la caja, tiene relacin con la respuesta de frecuencia del sistema, influye en la respuesta en frecuencias bajas y el tamao de la caja, el valor del Qtc puede tomarse para lograr una respuesta especial se puede elegir tomando en cuenta la siguiente grafica. -Un Qtc alto (1.5) nos da una caja chica sin bajos. -Un Qtc bajo (0.5) nos da una caja grande que pierde bajos -Un Qtc de 0.9 nos dara una buena relacin entre el tamao y la respuesta de frecuencia.

Volumen recomendado segn Thiele-Small

Sensitividad y eficiencia


72


La sensitividad Se mide en una sala anecoica, se alimenta el altavoz con 1 We, un sonmetro ubicado a un metro de la fuente mide el NPS. Ejemplo: Sen 94 db nps (1w, 1mt) Como se conoce el valor en dB NPS se puede obtener el valor de presin equivalente.

Con el valor de presin de puede remplazar en la formula de potencia acstica para obtener la potencia acstica de la fuente.

R = es el radio 0= densidad volumtrica del aire 1.18 Kg/M2 P = es la presin C= velocidad del sonido a 22, 344 m/s Q = es el factor de direccionalidad Eficiencia Con el valor de la potencia acstica se puede calcular la eficiencia del altavoz, que se expresa en un porcentaje, indica cuanta potencia elctrica se transforma en potencia acstica. Se calcula usando la potencia electrica continua, esta se mide durante 2 horas a muy alto nivel. Algunas especificaciones de potencia son: Peak= nivel en el que altavoz satura. Rms= 70.7% de la potencia peak. Program=capacidad de soportar musica a alto nivel por tiempo. Continuo=medicion durante largos periodos de 2 horas. Long therm= medicion durante 100 o mas horas. Por ejemplo los valores para una misma caja podrian ser: Peak= 1000 watt Rms= 707 watt Program=500watt Continuo=250watt Long therm= 200watt Se debe hacer usando el valor de la potencia electrica continua usando la siguente formula:


73


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1) Cual es el volumen recomendado segn Thiele-small, para un altavoz con Vas = 26 l y Qts=0.27, considerando un Qtc de 0.7.

2) Calcule un recinto segn Thiele-small, para un altavoz con Vas = 199 l y Qts=0.37, considerando un Qb de 0.7.

Alto = 1.6 Largo =69.072 cm Profundidad = 0.6 Largo = 25.9 cm 3) Se tiene un altavoz en una sala anecoica, se alimenta el altavoz con 1 We, un sonmetro ubicado a un metro de la fuente mide 98 dB. Calcule la eficiencia del altavoz.


74


4) El altavoz anterior se conecta a una fuente de 1000 Watt, calcule el nivel de presin sonora a 30 Mts. WA=(7.8%/100) x 1000 we = 78 wa

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS 1) Cual es el volumen recomendado segn Thiele-small, para un altavoz con Vas = 100 l y Qts=0.4. 2) Calcule un recinto segn Thiele-small, para un altavoz con Vas = 66 l y Qts=0.8. 3) un altavoz tiene una sensitividad de 100 dB (1 w, 1 m, o). Calcule la eficiencia del altavoz. 4) El altavoz anterior se conecta a una fuente de 500 Watt, calcule el nivel de presin sonora a 30, 50 y 100 Mts.



75




Criterio de small uso de relleno, Caja amortiguada, caja sobre-amortiguada

Amortiguamiento acstico en recintos para altavoces Una vibracin o cualquier fenmeno fisico se encuentra dentro de un medio tiende a perder fuerza por la existencia del roce, se pueden explicar fenmenos sonoros usando el movimiento armonico simple, la verdad el movimiento perpetuo por lo menos en la tierra no existe, lo que explica enrealidad el comportamiento del sonido es el movimiento armonico simple amortiguado, que decae despus de un tiempo.

Colocando material absorbente dentro de la caja se puede amortiguar la energa producida dentro del altavoz, se usa principalmente en cajas pequeas donde la cantidad de energa dentro del recinto es mucha, cuando se amortigua una caja ocurren los siguentes fenmenos. Aumenta la complienza total de la caja, lo que hace disminir el tamao de la caja entre un 15 y un 25 % Aumenta la eficiencia de la caja, aumenta alrededor de un 15% La masa del altavoz se ve modificada por la masa del material en el interior lo que hace que cambie la frecuencia de resonancia de la caja.

Dentro de la caja ocurren los mismos fenmenos que en recintos grandes, lo que se ve acentuado con el echo de que el 90% de las cajas son rectangulares, esto hace que la presencia de modos normales dentro de la caja sea alta, y de frecuencia muy alta, por las dimensiones. Se puede disear una caja con material absorbente en el interior, cubriendo las paredes del recinto se habla de una caja amortiguada, segn thielle y small se debe llenar la caja de material absorbente, con esto se obtiene una caja sobreamortiguada, lo que produce una caja mas chica, con una respuesta mas clara, es por eso el uso de estos sistemas en monitores de estudio (que no sean bass reflex).


76




Prueba parcial N 1



Resonador de helmholtz. Caja Bass Reflex de helmholtz. Diseo caja, ducto.

Diseo de cajas bass reflex Un altavoz en una caja cerrada pierde la mitad de energa al quedar encerrada en el interior de la caja, se busca un mtodo para utilizar esta energa.

Mtodo de Helmholtz Resonador de Helmholtz Segn Helmholtz si se tiene un volumen de aire encerrado en una estructura que tenga un ducto que comunique el interior con el exterior es un resonador, permite generar o eliminar una frecuencia, la frecuencia de resonancia depende de el volumen de aire, del largo y la superficie del ducto. foh L S C V frecuencia de resonancia de Helmholtz (Hz). largo del ducto (M). superficie abertura del ducto (m2). Velocidad del sonido a 22, 344 m/s volumen de aire (m3)


77


Se debe conocer la masa y la complianza de las suspensiones del altavoz, se puede calcular la frecuencia de resonancia con la siguiente formula. Formula de la frecuencia de resonancia fo frecuencia de resonancia al aire libre (Hz). m masa mvil del altavoz (Kg). Cs complianza de las suspensiones (m/n).

Un volumen de aire tiene una complianza acstica dada por la densidad del aire y la temperatura. Formula de la frecuencia de la complianza acstica. Vol 0 C Aef Volumen de la caja (m3). Densidad volumtrica del aire 1.18 Kg/M2 Velocidad del sonido a 22, 344 m/s rea efectiva del diafragma. (m2).

Para obtener la complianza acstica se debe conocer el rea efectiva del diafragma y el volumen de aire, el rea del diafragma puede medirse, es rea de la parte mvil, se considera el cono y las suspensiones. Si no se conoce el rea del diafragma se puede calcular con la siguiente relacin. ref radio efectivo (pulgadas) d dimetro (pulgadas)

ref radio efectivo (m). Aef area efectiva (m2).

Con la complianza de las suspensiones y la complianza acstica se puede calcular la complianza total. Ct complianza total. Ca complianza acstica. Cs complianza de las suspensiones.


78


Con la complianza total se puede calcular la frecuencia de resonancia del altavoz dentro de la caja. fo frecuencia de resonancia dentro de la caja (Hz). m masa mvil del altavoz (Kg). Ct complianza total (m/n).

Criterio de diseo para una caja bass reflex segn helmholtz. Se debe disear un ducto que junto al volumen de aire de la caja formen un sistema que resuene a la frecuencia de resonancia de el altavoz en la caja. Calculo de las medidas del ducto en funcin de el largo o la superficie de el ducto.

f o Ld Sd C V

frecuencia de resonancia de Helmholtz (Hz). largo del ducto (M). superficie abertura del ducto (m2). Velocidad del sonido a 22, 344 m/s volumen de aire (m3)


79


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1) los 4 altavoces presentados a continuacin son de la marca celestino los valores son entregados por el fabricante, calcule dimensiones del recinto y largo del ducto para los 4 altavoces, usando los mtodos de Helmholtz.

Celestion 6 pulgadas. NTR06-1705D Mmd (g) 15.89 Qts 0.461 Vas (lt) 10.725 Cs (mm/N) 0.43 Sensitividad (db) 90 Celestion 10 pulgadas. NTR10-2520E Mmd (g) 42.788 Qts 0.301 Vas (lt) 33.78 Cs (mm/N) 0.199 Sensitividad (db) 95

Celestion 8 pulgadas. NTR08-2011D Mmd (g) 22.39 Qts 0.41 Vas (lt/ft3) 11.3 Cs (mm/N) 0.16 Sensitividad (db) 92 Celestion 15 pulgadas. NTR15-3018E Mmd (g) 81.63 Qts 0.261 Vas (lt) 223.52 Cs (mm/N) 0.216 Sensitividad (db) 98

Para el altavoz marca Celestion modelo NTR08-2011D, 8 :

Volumen recomendado Debe calcular:

15.2 - 25

Lts

Medidas de la caja L.A.P. (3 pt) Frecuencia de resonancia del altavoz fuera de la caja fo Frecuencia de resonancia del altavoz dentro de la caja fo Largo del ducto usando tubo de dimetro 2 Medidas de la caja L.A.P.

Vrec = 24.690 lts


80


Alto = 1.6 Largo = 47.216 cm Profundidad = 0.6 Largo = 17.7 cm Frecuencia de resonancia del altavoz fuera de la caja fo

Frecuencia de resonancia del altavoz dentro de la caja fo


81


Largo del ducto usando tubo de dimetro 2 S= (1 x 2.54x10-2 m)2 = 2.026x10 -3 m2

En resumen se tendra una caja con las siguientes medidas: Profundidad = 17.7

Alto =47.216 cm 2.23 cm 2 Largo = 29.51 cm La frecuencia de resonancia de la caja estara alrededor de los 105 hz y el resonador creado por la caja y el ducto resonara a la misma frecuencia.

EJERCICIOS Y PROBLEMAS PROPUESTOS Desarrollar diseo para los 3 altavoces restantes.



82




Caja Bass Reflex de Tielle/Small Diseo caja, ducto segn Tielle/Small.

Mtodo de Thiele & Small Se basa en conocer 3 datos de un altavoz. VAS Es el volumen de aire equivalente a las suspensiones, representa el volumen de aire que tiene la misma complianza de las suspensiones altavoz. QTS El coeficiente de sobre-tensin de la frecuencia de resonancia, es una relacin que representa cuanto cambia la frecuencia de resonancia cuando ponemos el altavoz dentro de una caja. Con el valor de Vbr (volumen optimo bass reflex) se pueden obtener las medidas de la caja L.A.P.

Diseo del ducto segn Thiele & Small. Para el calculo de el ducto se considera la frecuencia del sistema de Thiele Small (Fs).

Se aplica una correccin a la ecuacin de helmholtz Fs L S C V frecuencia del sistema(Hz). largo del ducto (M). superficie abertura del ducto (m2). Velocidad del sonido a 22, 344 m/s volumen de aire (m3)


83


EJERCICIOS Y PROBLEMAS RESUELTOS 1) los 4 altavoces presentados a continuacin son de la marca celestino los valores son entregados por el fabricante, calcule dimensiones del recinto y largo del d

sistemas de refuerzo sonoro eso - 120

Documents