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Clase 1 Acústica

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Paolo Capeles

on 18 June 2014

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Transcript of Clase 1 Acústica

Unidad I
Velocidad del Sonido
Velocidad del sonido en el aire es de 1130 pies/seg (344) a una temperatura y presión normal. Esto es 770 mi/hr y no es muy rápido si lo comparamos a la velocidad de un Boeing 787 que es 561 mi/hr y a la velocidad de la luz que es 670,616,629 mi/hr. Le toma al sonido 5 segundos viajar una milla.

El sonido depende del medio y otros factores para propagarse. Mientras mas densa la estructura molecular mas fácil es la transferencia de energía de sonido. El sonido viaja mas rápido en líquidos y solidos. Ejemplo: Sonido a través de agua fresca es 4,900 pies/seg y en acero es 16,700 pies/seg
También el sonido viaja mas rápido en temperaturas mas altas. Mientras mas humedad mas rápido viaja también.

Duración de Onda y Frecuencia
El wavelength λ es la distancia que la onda viaja en el tiempo que le toma completar un ciclo. Una onda se puede medir entre picos consecutivos. Esto también aplica a otro tipo de ondas periódicas. La frecuencia f especifica el numero de ciclos por segundos.
Acústica
Sonido y sus Propiedades
Propiedades generales del sonido son:

Tono (pitch),
Timbre (color of tone)
Volumen (loudness),
Duración (wavelength).

Reflexiones de Espejo
Los frentes de onda esféricos (líneas continuas) chocan con la pared y los frentes de onda reflejadas (líneas discontinuas) se devuelven hacia la fuente. Esto se llama reflexión especular y se comporta igual que los reflejos de luz de un espejo, descrito por la ley de Snell.
Absorción sonora, tiempo de reverberación
Ondas Complejas
Mensaje hablado y ondas musicales son mucho mas complejas que un sine wave, como sea no importa lo compleja que sea después que sea periódica, puede ser analizada de la misma forma. Joseph Fourier fue el primero en probar estas relaciones.

Propagación de Sonido
Los punto en esta figura representan las moléculas de aire con distintas variaciones en densidad (millones de moléculas en cada pulgada cúbica de aire). Las moléculas que están juntas representan las áreas de compresión y las áreas esparcidas muestran las de refracción.
Propiedades Acústicas del Espacio: Ecos, Reflexiones Tempranas, Ambiente
El sonido emana de una fuente en todas direcciones. En un campo abierto el sonido pasa y nunca regresa. Si consideran la misma situación en un cuarto. El sonido te pasa pero cuando choca con los limites del cuarto, rebota. El sonido directo solo te pasa una vez, el sonido que rebota pasa muchas veces hasta que muere. El sonido acompañado de muchas reflexiones suena muy diferente aun sonido en un campo abierto. Estas reflexiones contienen mucha información acerca del tamaño del cuarto, y su composición.
Resonancia y Campo Sonoro Directo y Reverberante
Sonido Directo y Reflexiones Iniciales
Frecuencia y la duración de onda se relacionan de esta forma:
Cuando el sonido llega más de una superficie, se crearán múltiples reflexiones. Por ejemplo, existirán las imágenes de las imágenes.
En una sala rectangular, hay seis superficies y la fuente tiene una imagen en todas las seis superficies, el envío de la energía de vuelta al receptor, lo que resulta en un campo de sonido altamente complejo. En el cálculo de la intensidad del sonido total en un punto de recepción dada, las contribuciones de todas estas imágenes deben ser tomados en consideración.

Flutter Echoes
Si la distancia entre las paredes es lo suficientemente grande para que el tiempo entre reflexiones este fuera de la zona de fusión de Haas o efecto de precedencia, se crea un "flutter echo" como sonido rebota de una pared a la otra. Debido a la regularidad de estas reflexiones, el oído es muy sensible al efecto; De hecho, incluso si los retardos de tiempo son de otro modo en la zona de fusión, el efecto puede aún ser audible como un eco. Este eco puede ser muy importante en un campo de sonido difuso de lo contrario, y es altamente indeseable. En teoría, con paredes perfectamente reflectantes, abría un número infinito de imágenes.

Siempre que sea posible, las paredes paralelas deben evitarse, y cuando es inevitable, que deben ser cubiertos mediante la absorción o difusión de material. Extendiendo paredes por una pequeña cantidad de quizás 5 ° o 10 ° también puede evitar flutter echos.
Ondas Estacionarias
Es un patrón estacionario en el aire que consiste de zonas de baja presión(nodo) y zonas de alta presión (antinodos).

Un standing wave se forma solo si el wavelength de el sonido es del mismo tamaño del cuarto.
Ejemplo: El wavelength de un tono de 100 Hz es 1130 pies/seg ÷ 100 ciclos/ seg = 11.3 pies/ciclos. Las ondas que rebotan se refuerzan y forman puntos estacionarios nodal y antinodal en el cuarto. El mismo efecto va a ocurrir en múltiplos de 100 Hz(200Hz, 300 Hz, etc.).
Ejemplo de cómo esto afecta en un mundo real seria en un concierto; cuando el bajo toca una nota en la frecuencia 100 Hz algunas en la audiencia van a tener problemas escuchando y otros la van a oír con alto volumen.
En un cuarto la situación es mas compleja. Hay varios sistemas simples de resonancia uno entre cada pared opuesta, uno entre el piso y el techo, uno que envuelve las cuatro paredes, y uno que envuelve las seis superficies.

Cuando esto empieza a ser un poco más complicado es que las frecuencias que son armónicos de una frecuencia primordial relacionada con una dimensión de la habitación también se pueden excitar. Cualquier número entero múltiplo de la frecuencia también será un problema. Así que si 55 Hz es un problema, entonces 110 es un problema, 165, 220, 275, etc Esto corresponde a 1/2 de la longitud de la habitación, un tercio de la longitud de la habitación, un cuarto de la longitud de la habitación, 1 / 5 de la longitud habitación, etc
Ambiente
- Es un efecto de un espacio en particular que es dependiente de las cualidades especificas de este.

Ambiente utiliza descriptores subjetivos como cuan vivo, espacio, calidez, y es determinado por patrones específicos de reflexiones.


El sonido directo se reducirá en 6 dB por cada duplicación de la distancia propagada.
Nuestro sistema auditivo determinará la dirección de una fuente de sonido de los sonidos directos que llega al oído .

Las primeras reflexiones que llegan dentro de aproximadamente 50 a 80 milisegundos no son escuchadas como algo separado de los sonidos directos . Más bien , tienden a reforzar el sonido directo . Por variación rápida de sonido, como el habla, el límite es de alrededor de 50 ms , mientras que para los que varía lentamente la música , el límite está más cerca de 80 ms.

La fuente se percibe en la dirección desde la que llega siempre el primer sonido que (1) los sonidos sucesivos llegará dentro de unos 35 milisegundos, (2) los sonidos sucesivos tienen espectros y tiempo características razonablemente similares a las del primer sonido , y (3) los sonidos sucesivos no son demasiado mucho más fuerte que el primero. Esto se conoce como el
Efecto de Precedencia .

Cont.
De un estudio realizado por Leo Beranek ( 1962 ) , una sala de conciertos se considera "íntima'' si el tiempo de retraso entre el directo y el primer sonido reflejado es inferior a 20 milisegundos.
Primeras reflexiones suelen llegar desde la pared lateral más cercana ( reflexiones laterales ) o desde el techo para los que estaban sentados en el centro.
Reflexiones desde el techo o reflectores aéreos no son tan perceptivamente deseable que los de las paredes laterales.
Reverberación - se produce la persistencia de sonido en un espacio particular, después de que el sonido original suena.
Reverberación
Sonido en un cuarto - Consideremos una fuente S y L de un oyente en un cuarto. La fuente S se activa de repente, el sonido viaja hacia el exterior desde S en todas las direcciones. El sonido viaja un camino directo al oyente L y lo que consideraremos cero tiempo como el momento en el que el sonido directo llega a los oídos del oyente.

El crecimiento de sonido en una habitación es, pues, relativamente lento debido al tiempo de tránsito finito, pero en la práctica, el crecimiento del sonido es tan rápido como para ser percibido como instantáneo por un oyente.

¿Cuál es el destino , por ejemplo , del techo refleja componente R1 ? Como S se corta , R1 es en su camino hacia el techo . Se pierde energía en el techo de la reflexión y se dirige hacia L. Después de pasar L golpea la pared posterior , a continuación, el suelo , el techo , la pared frontal , el suelo de nuevo , y así sucesivamente , la pérdida de energía en cada reflexión . Pronto es tan débil que puede ser considerado muerto.

Lo mismo sucede con R2 , R3, R4, y una multitud de otros que no se muestra . Figura C muestra la disminución exponencial de los primeros componentes de reflexión , que también se aplicarían a las reflexiones de las paredes que no se muestran ya los muchos componentes múltiples reflexiones . El sonido en la sala por lo tanto se extingue , sino que se necesita un tiempo finito para hacerlo debido a la velocidad del sonido , las pérdidas a las reflexiones , el efecto amortiguador del aire, y la divergencia .
Decay of Sound
El tiempo de reverberación (RT) es una medida de la tasa de desintegración de sonido. Se define como el tiempo en segundos requerido para la intensidad del sonido en una habitación para bajar 60 dB desde su nivel original.

Esto representa un cambio en la intensidad de sonido o fuente de sonido de 1,000,000 (1,000,000 10 log = 60 dB), o un cambio de la presión acústica o el nivel de presión acústica de 1000 (20 log 1000 = 60 dB). Esta medición del tiempo de reverberación se conoce como RT60.

La cifra de 60 dB no se eligió arbitrariamente, sino que se corresponde aproximadamente con el tiempo requerido para que un sonido fuerte a decaer a inaudible. El oído es más sensible a la parte inicial de la mayoría de los decaimientos de reverberación.
Cálculo del Tiempo de Reverberación

Ecuación de reverberación de Sabine, publicado en 1900, se desarrolló de una manera estrictamente empírica. Él tenía dos salas de conferencias a su disposición y mediante la adición o eliminación de sillas acojinadas de forma uniforme, que fue capaz de aclarar el papel de la absorción en la sala de reverberación.

Observó que el tiempo de reverberación depende de volumen de la sala, y de la absorción. A mayor es la absorción, más corto es el tiempo de reverberación. Del mismo modo, cuanto mayor sea el volumen de la sala, más largo es el tiempo de reverberación porque el sonido golpeará los límites de la sala de absorción con menos frecuencia.

La cantidad 4V / S describe la distancia media de un sonido viaja entre dos reflexiones sucesivas; que a veces se llama el camino libre medio. En la ecuación, V es el volumen de la sala, y S es el área superficial habitación. Por ejemplo, considere una sala de medición se 23.3 × 16 × 10 pies El volumen es 3.728 m3 y la superficie es de 1.533 ft² .
Ecuación Sabine
El uso de este tipo de teoría estadística rayos acústicos geométricos, Sabine ideó su ecuación de reverberación de la sala. En particular, ideó la siguiente relación:

RT60 = 0.049 V / A en pies o en unidades métricas = RT60 = 0.161 V / A

Donde: RT60 = tiempo de reverberación, seg
V = volumen del cuarto, ft3
A = absorción total del cuarto, sabins



Cont. Ecuación Sabine
Resonancia
En aplicaciones de sonido, una frecuencia de resonancia es una frecuencia natural de vibración determinada por los parámetros físicos del objeto que vibra. Esta misma idea básica de frecuencias naturales determinadas físicamente se aplica en toda la física de la mecánica, la electricidad y el magnetismo, e incluso en todo el ámbito de la física moderna. Algunas de las implicaciones de las frecuencias resonantes son:
1. Es fácil conseguir un objeto a vibrar a sus frecuencias de resonancia, difíciles de conseguir que vibre en otras frecuencias.
2. Un objeto que vibra escogerá sus frecuencias de resonancia de una excitación compleja y vibrar a esas frecuencias, esencialmente "filtrando" otras frecuencias presentes en la excitación.
3. Mayoría de los objetos que vibran tienen múltiples frecuencias resonantes.
Campo sonoro directo
Una región en la que el sonido medido puede ser atribuido a la fuente solo sin los efectos de las obstrucciones, las paredes, de otras superficies reflectantes o fuentes de ruido adyacentes.
Campo Reverberante
El siguiente esquema representa el sonido recibido por un solo oyente como una función del tiempo como resultado de un pulso de sonido fuerte a cierta distancia. El sonido directo recibido es seguido por sonidos reflejados distintos y luego una colección de muchos reflejado sonidos que se mezclan y superponen en lo que se llama reverberación. El retraso entre el sonido directo y el sonido reflejado primera es una característica importante para un auditorio, aunque no tan importante como el tiempo total de la reverberación.
El proceso puede durar de cuatro a seis rebotes antes de la energía del sonido en este sonido está perdido sobre todo, un proceso de descomposición que se llevará a 42.5 ms.

Pero el número de rebotes en realidad necesarios dependerá de la absorción de la habitación. Por ejemplo, el proceso de descomposición se requieren más rebotes en un cuarto vivo, y por lo tanto tomar más tiempo. Además, debido a que el camino libre medio es mayor en las grandes salas, el proceso de descomposición se necesitará más tiempo en habitaciones grandes.
Área de el techo (piso):
largo x ancho = 23.3 ft x 16 ft = 372.8

Área de pared 1 y la pared opuesta:
largo x altura = 23.3 ft x 10 ft = 233

Altura de pared 2 y la opuesta:
ancho x altura = 16 ft x 10 ft = 160

372.8 + 372.8 + 233 + 233 + 160 + 160 = 1532 ft².

Superficie de área
El camino libre medio de esta habitación es 4V / S o (4) (3728) / 1533 = 9.7 ft Puesto que la velocidad del sonido es de 1.130 pies / seg, en promedio, una onda de sonido viajará 8.5 mseg antes de golpear a otra superficie de habitación.
Calcular el tiempo de reverberación a 125 Hz, 500 Hz y 2000 Hz para un salón de clases que es de 8m de ancho por 12 metros de largo por 3 m de alto. El suelo es de vinyl tile sobre concreto, las paredes son de 1/2 "drywall (yeso) a bordo, y el techo del azulejo acústico suspendido en tramas.
Ejemplo:
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