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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