NIVELES Y PROPAGACIN DEL SONIDO
1. Introduccin: Conceptos de vibracin y onda
El sonido, como caso particular de una onda acstica, es una onda en la que se propaga una vibracin de las partculas del medio. Conviene, pues, introducir los conceptos devibracin y onda, aunque solo sea de una forma cualitativa.
En este movimiento, existe una fuerza, llamada recuperadora,que acta sobre la partcula o el sistema, tratando de llevarlo a su posicin de equilibrio cuando ste se separa de ella.
Vibracin: Es un movimiento, en general de pequea amplitud, en el cual se produce un desplazamiento en torno a una determinada
posicin media de equilibrio.
Tipos
-Armnica: El desplazamiento vara senoidalmente con el tiempo.
-Peridica: El desplazamiento se repite peridicamente con el tiempo. Las armnicas son un tipo de vibraciones peridicas.
-Compleja: El desplazamiento sigue una variacin no peridica con el tiempo.
Onda: Propagacin de una determinada magnitud fsica a travs del espacio, generada en un determinado lugar (foco emisor de la
onda). Sea cual sea la magnitud propagada, toda onda propaga energa.
Propiedades fsicas bsicas de una onda
-Su velocidad de propagacin (m/s): Depende del tipo de onda y del medio de propagacin
-Su energa (J), potencia(w=J/s) e intensidad(w/m2), transportadas. Suelen ir disminuyendo con el avance de la onda
-Su contenido en frecuencia
Tipos de ondas segn el medio de propagacin
Ondas mecnicas: Precisan de un medio material para propagarse. Ejemplo: el sonido, ondas producidas en la superficie del agua por el movimiento de un cuerpo, ondas en una cuerda, etc.
Ondas electromagnticas: No precisan de medio de propagacin. Se propagan variaciones de campos elctricos y magnticos. Ejemplo: La luz, infrarrojos, UV, ondas de radio, etc.
Tipos de ondas mecnicas segn la direccin de variacin de la magnitud fsica que propagan
Ondas longitudinales: La direccin de variacin de la magnitud fsica propagada y la direccin de propagacin de la onda coinciden.
Ondas transversales: La direccin de variacin de la magnitud fsica propagada y la direccin de propagacin de la onda son perpendiculares.
Tipos de ondas segn la variacin espacio-temporal
En toda onda, hay variaciones de la magnitud fsica propagada:
-En el espacio: Variaciones de un punto a otro del espacio.
-En el tiempo: Variaciones de un instante a otro.
Ondas armnicas: Las variaciones son senoidales
Ondas peridicas: Lasvariaciones son repetitivas, con un tiempo llamado periodo. Las armnicas son un caso particular de ondas peridicas
Ondas complejas: Las variaciones no son peridicas
2. Definicin del sonido: Onda sonora
Qu es una onda acstica?Es la propagacin (onda) de una vibracin en un determinado medio material
Qu es el sonido? Es una onda acstica capaz de producir una sensacin auditiva
Por tanto: Hay ondas acsticas que no son sonidos (Infrasonidos y Ultrasonidos)
Una misma onda acstica puede ser un sonido para un ser vivo y no para otro
El fenmeno auditivo: El sonido
ACSTICAFSIOLGICA
ACSTICA FSICA
EFECTO
Receptor
(Percepcinpor el odo)
CAUSA
Emisor o fuente sonora
(Vibracin)
Mediomaterial
(Propagacinde la onda)
-Cuerdas vocales
-Instrumento o equipo musical
-Avin, tren, coche, etc.
-Objeto vibrante en general
-Habitualmente el aire (SONIDO AREO)
-Cerramientos
-Es el que genera la sensacin auditivaen nuestro cerebro
Qu es un ruido? Qu diferencia hay entre sonido y ruido?
Es un sonido que produce molestia, es decir, resulta desagradable
-La diferencia entre sonido y ruido es muy subjetiva
-Un mismo sonido puede resultar molesto (ruido) para una persona, pero no para otra (sonido).
Por ejemplo: Si omos msica en casa y nos escucha el vecino, la msica para nosotros ser un sonido, pero para el vecino ser un ruido
Por tanto:
Cmo se genera una onda acstica o un sonido?
Al golpear al diapasn, las partculas de aire vecinas se ponen en movimiento, empujando tambin a las de su entorno, regresando despus a su posicin de equilibrio ya que su movimiento se ve frenado.
Por tanto
-Cada partcula del medio realiza una vibracin de desplazamiento muy pequeo en torno a su posicin de equilibrio. Es decir, no se propaga materia.
-La onda acstica propaga energa mecnica, llamada energa acstica.
Se genera la propagacin de la vibracin original del diapasn a lo largo del medio que lo rodea. Esta propagacin es la onda acstica.
Una onda acstica conlleva
Una onda de densidad
Cuando las partculas del medio se acumulan, se crea una zona de compresin (mayor densidad), mientras que cuando se separan, se crea una zona de dilatacin (menor densidad).
Una onda de presin
Cuando las partculas del medio se acumulan, aumenta la presin respecto de la que haba antes de llegar la onda (compresin), mientras que cuando se separan, disminuye la presin respecto de la que haba antes de llegar la onda (presin de equilibrio, normalmente la atmosfrica).
Por tanto
-Si nos quedamos parados en un punto del espacio, y vemos cmo pasa la onda, observamos que: Vara la presin y la densidad en dicho punto.
-Si detenemos el tiempo, y vemos todos los puntos por los que ha pasado la onda, observamos que: Vara la presin y la densidad de un punto a otro del espacio.
En la onda acstica hay tres variables
-La magnitud que vara (presin y densidad del medio).
-El tiempo
-La posicin
La presin sonora
De todas estas magnitudes, lo ms utilizado en Acstica Arquitectnica y Ambiental es caracterizar la onda sonora como una onda de presin
P0= Presin en el medio antes de que llegue la onda (presin de equilibrio)
P(x,t) = Presin real en un punto x y un instante t, una vez que ha llegado la onda
PRESIONSONORA
p(x,t)= P(x,t)-P0
La presin sonora nos informa de cmo cambia la presin al pasar la onda, respecto de la que haba antes de pasar
Su valor es muy pequeo respecto de las presiones habituales
3. Caracterizacin fsica del sonido
3.1. Velocidad del sonido
Velocidad de propagacin del sonido: Distancia que avanza la onda por unidad de tiempo, medida en una determinada direccin de propagacin.
Unidades S.I.: m/s
Depende de:
-Densidad del medio
-Elasticidad del medio
Depende de la presin, humedad, temperatura, etc.
Aire
T=00C, P0=1,5013 105 N/m2U0= 1,293 Kg/m3 c0=330 m/s
273/10 Tcc
T=200 C c=342 m/sSi T n c n
En slidos:Velocidades de ondas sonoras a 200C en m/s
-Es mayor que en gases y lquidos, por ser ms densos.
-Puede depender mucho de:
-Frecuencia del sonido (dispersin)
-Si es onda longitudinal o transversal
-De la homogeneidad del material
3. 2. Frecuencia, longitud de onda y espectro sonoro
3.2.1. Tono puro: Frecuencia y longitud de onda
Un tono puro es un sonido en el cual la presin sonora vara en posicin y tiempo senoidalmente
Ejemplo: Sonido emitido por un diapasn
Periodo (T): Duracin de una oscilacin de un tono puro (s)
Frecuencia de un tono puro
Frecuencia (f): Nmero de oscilaciones por segundo
(Unidad S.I.: 1/s=Hz Herzio) (Heinrich Hertz 1857-1894)
Posicin fija
La frecuencia del sonido suele coincidir con la frecuencia de la vibracin mecnica que lo ha generado (frecuencia del diapasn)
La frecuencia de un sonido y de una onda acstica en general, es una magnitud fsica muy importante pues:
-El odo humano de un adulto normal solo es capaz de detectar ondas acsticas entre 20 y 20000 Hz (SONIDOS).
-El comportamiento acstico de los materiales y soluciones constructivas depende mucho de la frecuencia.
SONIDOS
INF
RA
SON
IDO
S
ME
DIO
S
AG
UD
OS
GR
AV
ES
UL
TR
ASO
NID
OS
0 20 400 20000 f (Hz)1600
Longitud de onda de un tono puro
Longitud de onda (O): Distancia
entre dos puntos consecutivos que
se encuentren en el mismo estado de vibracin en todo instante de tiempo
Tiempo fijo
f
ccT ODistancia recorrida por la onda en el tiempo de un periodo (T)
Para un tono de una frecuencia determinada, su longitud de onda depende de la velocidad, y por tanto, del medio de propagacin
Onda cortaOnda mediaOnda larga
Para un medio determinado
Si la f aumenta, la O disminuyeSi la f disminuye, la O aumenta
Ejemplo: Aire (200C, 1 atm)
f=20 Hz O=17,2mf=20000 Hz O=17,2mm
3.2.2. Sonido armnico: Espectro sonoro
Sonido formado por la superposicin de un tono puro primario con una frecuencia determinada (frecuencia fundamental o primer armnico) y un conjunto finito o infinito de tonos con frecuencias mltiplos de esta (armnicos secundarios)
Ejemplo:Sonido emitido por los instrumentosmusicales
Sonido formado por el primer armnico (f0) y su tercer armnico (3f0)
Espectro sonoro:Representacin grfica de la presin de cada tono puro frente a su frecuencia
Cada tono puro de los superpuestos tendr una presin sonora diferente
3.2.3. Sonido complejo
Sonido formado por la superposicin de infinitos tonos puros, con frecuencias infinitamente prximas
Ejemplo: Casi la totalidad de los sonidos son sonidos complejos (voz, msica, ruido, etc.)
Espectro sonoro: Representacin de la presin sonora de cada tono puro en los que se descompone el sonido, frente a su frecuencia correspondiente. Cada sonido tiene su espectro sonoro.
Para analizar un sonido o un ruido es bsico conocer su espectro. El espectro del sonido es
como su firma de identidad. Al hecho de extraer el espectro de un sonido, se le llama
ANLISIS FRECUENCIAL O ESPECTRAL DEL SONIDO
El comportamiento acstico de los materiales depende del espectro del sonido que incide
sobre ellos
3.2.4. Bandas de frecuencia: Octavas y tercios de octava
A una zona del espectro se le llama BANDA DE FRECUENCIA. Est caracterizada por dos frecuencias
lmite (inferior y superior) y una frecuencia central.
Ancho de banda: Diferencia entre las dos frecuencias lmite
En Acstica Arquitectnica, para realizar el anlisis espectral de un
sonido, el rango audible (20-20000)Hz se suele dividir en bandas de frecuencia.
Se usan dos tipos de bandas:
Bandas de octava
Bandas de tercios de octava
Ancho de banda
fi fc fs
BANDAS DE OCTAVA (1/1)
Una octava es una banda de frecuencias cuya frecuencia superior es el doble de la inferior
Bandas de octava usadas en Acstica Arquitectnica
BANDAS DE TERCIOS DE OCTAVA (1/3)
En ciertas situaciones, el anlisis de sonidos y ruidos
en octavas, puede no ser suficiente, ya que se necesita ms precisin en el espectro
Se usa un anlisis en tercios de octava, pues es un anlisis
ms preciso
Un banda de tercios de octava es la tercera parte de una banda de octava, es decir, cada octava se
divide en tres bandas de frecuencias
Bandas de octava y tercios de octava usadas en Acstica Arquitectnica (norma ISO 266)
Ejemplos de espectros sonoros en octava y tercios de octava
Dentro cada octava, la presin sonora se
considera la misma
Dentro cada tercio de octava, la presin
sonora se considera la misma
3.2.5. Algunos ruidos de inters
Ruido blanco: Es un ruido patrn, que se caracteriza por un aumento de 3dB en la presin sonora cada vez que aumentamos la banda de octava
Ruido rosa: Es un ruido cuyo nivel sonoro es constante en todas las bandas de octava. Es el que se usa en medidas de aislamiento y en laboratorio
Ruido de trfico: Su presin sonora es ms importante en las frecuencias graves que en las agudas
Ruido rosa por bandas de octava
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Pre
sin
son
ora
3. 3. Magnitud del sonido
3.3.3. Presin, intensidad y potencia sonoras
Para medir lo fuerte o dbil que es un sonido, se usan diferentes magnitudes. La primera ya la conocemos, es la PRESIN
SONORA, p
A lo largo del tiempo p va variando, es
decir p(t)
UnidadesS.I.
N/m2=Pa
Otra magnitud es la INTENSIDAD SONORA, I
Unidades S.I.: w/m2
I=Energa transportada por la onda por unidad de tiempo y
unidad de rea perpendicular a la direccin de propagacin
Potencia sonora de una fuente
Para caracterizar la capacidad de emisin de una fuente de sonido, se suele usar la magnitud POTENCIA
SONORA, W
Cantidad de energa sonora emitida por
la fuente por unidad de tiempo
Unidad S.I.: J/s=w
Ejemplos
Una persona: 0.00001 w (a gritos 0.001 w)
Personas hablando de una ciudad de 6 millones de habitantes.: 60w
Aspiradora: 0.0001w
Coche: 0.001w
Cohete despegando: 100 millones de w
3.3.2. El decibelio: Composicin de niveles
En Acstica, para medir un sonido, no se suelen usar las magnitudes anteriores (presin, intensidad y potencia sonoras) directamente con sus unidades en el S.I., sino que se suele usar
una escala logartmica y unas nuevas unidades llamadas DECIBELIOS.
Adems, a las magnitudes presin, intensidad y potencia sonoras,medidas en decibelios se les llama NIVEL DE PRESIN
SONORA (Lp o SPL), NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (LI)y NIVEL DE POTENCIA SONORA (Lw), respectivamente
Por qu se usa la escala de decibelios en lugar de las unidades en el S.I.?
Razn 1: Para manejar cantidades ms sencillas numricamente, ya que el rango de sonidos que se pueden percibir es muy amplio
Presin sonora mnima que tiene que tener un sonido para ser odo (umbralde audicin)= 0.00002 Pa (10-12 w/m2)
Log (0.00002)=-4.7
Log(10-12)=-12
Presin sonora a partir de la cual un sonido produce dolor (umbral de dolor)= 63.2 Pa, (10w/m2)
Log (63.2)=1.8
Log(10)=1
Por qu se usa la escala de decibelios en lugar de las unidades en el S.I.?
Razn 2: El sistema auditivo humano no responde de manera lineal a los estmulos que recibe, sino que lo hace de una formalogartmica, aproximadamente.
Si la presin acstica de un tono puro de 1000Hz se duplica, la sensacin percibida por el odo humano
(y el cerebro), no se duplica. Para duplicar la sensacin percibida, habra que multiplicar la presin
acstica por 3.16
Nivel de presin sonora, Lp
p: presin sonora en unidades S.I.
p0: presin sonora de referencia en unidades S.I. elegida como el umbral de audicin que es 0.00002=2 10-5 Pa0
log20p
pLp
Ejemplos
Umbral de audicin: Lp=20log(2 10-5/2 10-5)=0 dB
Umbral de dolor: Lp=20log(63.2/2 10-5)=130dB
Voz en conversacin normal: Lp=20log(0.06325/2 10-5)=70dB
1dB: Mnimo cambio de nivel perceptible
5dB: Cambio de nivel claramente perceptible
10dB: La sensacin sonora se duplica
Ejemplos
Nivel medio de presin sonora a 1m de distancia, producido por una persona hablando
Nivel de intensidad sonora, LI
0
log10I
ILI
I: Intensidad sonora en unidades S.I.
I0: Intensidad sonora de referencia en unidades S.I. elegida como el umbral de audicin que es 10-12 w/m2
p
I
Lp
p
p
p
I
ILpI
|
0
20
2
0
2
log20
log10log10 LI y Lp coinciden.Normalmente se usa Lp porque es ms fcil medirlo
Ejemplos
Umbral de audicin: LI=10log(10-12/10-12)=0 dB
Umbral de dolor: Lp=10log(10/10-12)=130dB
Ejemplos
Umbral de audicin00.0000000000010.00002
Susurro humano100.000000000010.0000632
Campo tranquilo200.00000000010.0002
Area suburbana tranquila (noche)300.0000000010.000632
Area urbana tranquila (noche)400.000000010.002
Area urbana tranquila (da)500.00000010.00632
Conversacin normal a 1m600.0000010.02
Oficina ocupada700.000010.0632
Grito (a 1m)800.00010.2
Camin diesel a 15m900.0010.632
Martillo neumtico1000.012
Mquina de remachado1100.16.32
Despegue avin120120
Umbral de dolor1301063.2
FuenteL(dB)I(w/m2)p (Pa)
Nivel de potencia sonora, Lw
0
log10W
WLw
W: Potencia sonora en unidades S.I.
W0: Potencia sonora de referencia en unidades S.I. elegida como el umbral de audicin que es 10-12 w
Ejemplos
Composicin de niveles: Cmo se suman o restan los decibelios?
80dB+80dBz 160dB 80dB+80dB= 83dB
)log()log()log( yxyx zpor qu?El nivel total ser
Supongamos que tenemos N fuentes sonoras y cada una provoca en un punto
dado un nivel Li
N
i
Li
L1
1010log10
dBL 831010log10 1080
10
80
dBL 5.791010log10 1070
10
80
Ejemplo (80dB+80dB):
Ejemplo (80dB-70dB):
Composicin de niveles iguales
Dos sonidos del mismo nivel se componen
dando un sonido 3dB ms alto
4. Percepcin del sonido: Sonoridad
Banda de frecuencias audibles 20-20000Hz
Umbral de dolor 130dB
Umbral de audicin 0dB
El odo no tiene la misma sensibilidad para todas las frecuencias. Los umbrales de audicin varan con la
frecuencia
Sonoridad
Capacidad de un sonido para producir una sensacin sonora en nuestro cerebro
Conclusiones importantes
1) El odo es mucho ms sensible a medias y altas frecuencias que a bajas frecuencias
2) A niveles bajos de presin, el odo es muy insensible a las bajas frecuencias
3) A niveles altos de presin, el odo tiende a responder de una manera ms homognea en todo el rango de frecuencias.
Ejemplos: 1)Un sonido de 20Hz con 70dB tiene la misma sonoridad que otro de 1KHz y 0dB
2) Un sonido de 1KHz con 60dB tiene la misma sonoridad que otro de 52dB a 4KHz y otro de 68dB a 100Hz
5. Niveles acsticos: Medicin
5.1. La escala de decibelios A
Este nivel es totalmente fsico, y no incorpora los
aspectos fisiolgicos asociados con la diferente
sensibilidad del odo a distintas frecuencias, es
decir, no tiene en cuenta la sonoridad del sonido
Hasta ahora, hemos visto que para medir la magnitud de un sonido se usa el nivel de presin sonora Lp en dB
(llamada escala lineal)
Para que la medida realizada sea representativa de la sonoridad
asociada a un sonido cualquiera, los sistemas de medida llevan lo que se
llama una red de ponderacin
Redes existentes
A, B, C, D
Una red de ponderacin es un sistema de correccin de los niveles de presin sonora por frecuencias mediante unos factores de compensacin fijos en
decibelios que dependen de la red usada, a semejanza de lo que hace el odo humano
RED DE PONDERACIN A
+14000
-18000
+12000
01000
-3500
-9250
-16125
-2663
-3931.5
Correccin(dB)
Bandafrecuencia
Ejemplo: A 250Hz
Lp= 50dB
LA (Nivel ponderado A) =50-9=41dBA (decibelio A)
Ejemplo
7079 80 82
96 98 100
85
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f (Hz)
Niv
el d
e p
resi
n s
onor
a (d
B)
44
6371
79
97 99 9985
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Niv
el d
e p
resi
n s
onor
a (d
BA
)
9999978579716344dBA
-1110-3-9-16-26Corre.
10098968582807970dB
800040002000100050025012563f
5. 2. Nivel global
Se denomina NIVELGLOBAL O NIVEL PASO TODO (LAP) , a la suma de
los niveles en bandas de octava o tercios de octava, Li,que componen el sonido.Este
nivel lo suelen dar los equipos de medida
Sabemos que un sonido complejo se puede analizar en bandas de octava o bandas de
tercios de octava. En cada banda tendremos un nivel diferente Li
Ejemplo
95 93
70 7060 62 60
70
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Niv
el d
e p
resi
n s
onor
a(dB
)
LGLOBAL=97dB
5963637067617769dBA
-1110-3-9-16-26Correccin.
6062607070709395dB
800040002000100050025012563f
6977
6167
61 63 5970
0
20
40
60
80
100
120
63 125 250 500 1000 2000 4000 8000
f(Hz)
Niv
el d
e p
resi
n s
onor
a (d
BA
) OJO: El nivel global en dB no se puede pasar directamente a dBA; Hay que pasarlo banda a
banda.
LGLOBAL=79dBA
Niveles globales tpicos en dBA de algunas fuentes conocidas
5. 3. Nivel sonoro equivalente
Para valorar lo que ha ocurrido acsticamente a lo largo de un
perodo de medida determinado enun punto del espacio, se usan diferentes ndices o niveles de valoracin. El ms usado es el
NIVEL SONORO EQUIVALENTE, Leq
Lmax: Nivel mximo en el periodo de
medida
Lmin: Nivel mnimo en el periodo de
medida
Leq: Nivel de un sonido constante en todo el perodo de medida, que tuviese la misma energa acstica que el sonido
que estamos valorando (es como una media a lo largo del periodo de medida)
5. 4. Niveles percentiles
Para tener una idea de las fluctuaciones de sonido a lo largo
del tiempo, se suelen usar unos ndices estadsticos llamados
niveles percentiles (bien en dB como en dBA).
El nivel percentil n, Ln, es el nivel que se sobrepasa durante el n% del periodo de medida
Se suelen usar los percentiles L1, L5, L10, L50, L90, L95 y L99
Por ejemplo, si el tiempo de medida son 10 minutos, y L90=80dBA y L10=90dBA, quiere decir que durante 9 minutos hemos tenido niveles superiores a 80dBA, y que durante 1 minuto hemos tenido niveles superiores a 90dBA. O dicho de otro modo, que durante 8 minutos los niveles han estado entre 80 y 90dBA, lo cual indica un gran nivel de ruido durante mucho tiempo
Importante
Todos estos ndices (nivel Leq, Lmin, Lmax, Ln) admiten ser evaluados:
-En bandas de octava y tercios de octava
-En nivel global
-En escala no ponderada (dB) y escala ponderada A (dBA)
5.5. El sonmetro
Dependiendo de la sensibilidad y precisin,, se dividen en:
-Tipo 0: Mxima precisin
-Tipo 1: Buena precisin (mnimo exigido)
-Tipo 2: Mala precisin
-Sin calificar
Dependiendo de sus prestaciones, pueden ser:
-Convencionales: Miden niveles instantneos y suelen dar niveles mximo y mnimo en un periodo de medida.
-Integradores: Miden niveles instantneos, y calculan el Leq y los niveles mximo y mnimo en un periodo de medida.
-Analizadores: Hacen anlisis en frecuencia del sonido en octavas y/o tercios de octava de los niveles medidos.
-Analizadores en tiempo real:. Hacen anlisis en frecuencia, a lo largo de todo el proceso de medida y recogen la historia temporal del sonido.
Sonmetro integrador, analizador en tiempo real en octavas y tercios de octavas,
con medicin de Leq ypercentiles. Tipo 1
NA-27
Equipo de aislamiento acstico
Sonmetro tipo 1 analizador
Fuente omnidireccional
Tripodes
6. Propagacin del sonido
6.1. Propagacin en el espacio libre
Espacio libre: La onda no encuentra obstculos ni sufre atenuacin
Consideremos una fuente puntual que emite por igual en todas las direcciones (omnidireccional) con una potencia W (onda esfrica). Su intensidad a una distancia R es
24 R
W
S
WI S
Ley del inverso de la distancia
Conclusin
Si la distancia aumenta, la intensidad de la onda disminuye; Por ejemplo, si la distancia aumenta el doble, la intensidad se reduce a la
cuarta parte
Relacin del nivel sonoro en dos puntos a
distancias R1 y R2 de la fuente
100
210
11 log204
log104
log10log10 RI
W
IR
W
I
IL SS
200
220
22 log204
log104
log10log10 RI
W
IR
W
I
IL SS
1
221 log20
R
RLL
2
112 log20
R
RLL Restando
El nivel sonoro disminuye 6dBSi se duplica la distancia
(R2=2R1)dBLLL 6
2
1log20 112
En general las fuentes no son ni puntuales ni omnidireccionales, sino que emiten con niveles de
potencia diferentes en cada direccin y en cada frecuencia Niveles de presin sonora de un orador en
el espacio libre, en la banda de 2kHz
6.2. Reflexin, transmisin y absorcin
Cuando una onda sonora llega a un obstculo, su energa acstica Ei se
divide en tres:
REFLEXIN: Una onda de energaEr que vuelve al medio original
TRANSMISION: Una onda que cruza el obstculo y aparece al otro lado, con energa Et
Conservacin de la energaABSORCION: Parte de la energa,
Ea, es retenida dentro del obstculo y convertida en calor por rozamiento
atri EEEE
Coeficiente de reflexin
Coeficiente de transmisin
Coeficiente de absorcin
i
t
E
Et
i
a
E
E Di
r
E
Er
1 DtrEl valor de estos coeficientes
depende de dos factores importantes:
1) Las caractersticas fsicas y geomtricas del obstculo (composicin del material, detalle constructivo, densidad,
dimensiones del material, etc.)
2) La frecuencia del sonido incidente
En un obstculo pesado (ms peso por unidad de rea), la reflexin es mucho ms importante que en un obstculo
ligero. La transmisin y absorcin son menos importantes en un obstculo pesado que en uno ligero
6.3. Difraccin: Sombras acsticas
Es la habilidad del sonido para rodear un obstculo
Si el sonido no se difractara, detrs del obstculo se producira una sombra
acstica similar a la sombra ptica. Sin embargo, la sombra acstica es menor
que la sombra ptica.
Por qu ocurre la difraccin?
Por que los lmites del obstculo se convierten en emisores de
nuevas ondas (ondas difractadas)
Conclusin
La difraccin es ms fuerte a bajas frecuencias (sonidos graves) que a altas.
Es decir, en las sombras acsticas los sonidos graves se perciben de forma ms importante que los agudos (A este efecto se le llama coloracin del sonido por difraccin)
Por tanto, la existencia de un obstculo entre la fuente y el receptor atena las componentes de alta frecuencia (agudos),
pero no as las de baja frecuencia (graves), que siguen percibindose, a menos que las dimensiones del obstculo
sean muy grandes
Ejemplos de sobras acsticas: Perjudiciales y beneficiosas
Zona bajo un palco en la que se produce una sombra acstica
mayor para altas que para bajas frecuencias: Malo para la calidad musical y la inteligibilidad de lapalabra para las personas bajo el
palco
Barreras para ruido de trfico en urbanizaciones: Deben hacerse
suficientemente altas y largas como para evitar al mximo la difraccin de las bajas
frecuencias
Perjudicial
Beneficiosa
6.4. Reflexin especular y Difusin
La reflexin de una superficie grande, pesada y de un material no poroso puede ser de dos tipos:
Reflexin especular
Reflexin difusa (o Difusin)
Reflexin especular: Es la que cumple la Ley de Snell (El ngulo del rayo incidente es igual al ngulo del rayo reflejado)
Se produce si:
Las irregularidades y la textura de la superficie son mucho ms pequeas que la longitud de onda del sonido incidente (superficie lisa)
Reflexin especular en superficie curva
Reflexin especular en una superficie convexa: Dispersa
el sonido
Reflexin especular en una superficie cncava:
Concentra el sonido
Reflexin especular en una superficie plana
Efecto creado por superficies cncavas: Focalizacin
Focalizacin del sonido (no deseado)
Reflexin difusa: Es la que no cumple la Ley de Snell. Elsonido es reflejado en todas las direcciones
Para que se produzca
Las irregularidades y la textura de la superficie deben ser del orden de la longitud de onda del sonido
incidente (superficie rugosa)
Efecto producido sobre el sonido por diferentes materiales
La energa reflejada es mnima
La energa reflejada es mucho mayor y se
concentra en una direccin
La energa reflejada es elevada y se reparte uniformemente en
todas las direcciones
Techo muy difusor de artesonado; Izquierda: sala Herkulessaal de Munich; Derecha: Sala Beetthovenhalle de Bonn