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Física del sonido

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by

Jero Kohn

on 19 April 2013

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Transcript of Física del sonido

Apuntes 2 Módulos Principios Básicos Sonido Efecto producido cuando el Tímpano es expuesto a la vibración producida por las pequeñas Oscilaciones del Aire que son provocadas por el choque de moléculas originado por una Fuente con cierto movimiento. Sensación Sonora Onda Mecánica (movimiento ondulatorio)
A diferencia de otras ondas (por ej. la Luz), necesita un medio para propagarse. Sonido Receptor Medio Fuente Sensación Sonora Sistema Nervioso Oido interno Tímpano Límites Sólido > Líquido > Gaseoso
(dif velocidad) Resonador Elemento Vibrante Mecanismo Variable Receptor Medio Fuente Sensación Sonora Elemento vibrante Sonido original Resonador actuando Resonador: elemento agregado que cuando coincide en forma positiva con la frecuencia de resonancia, enfatiza esa parte del espectro. Caja de resonancia Oido 3 2 1 Fuerza de Aceleración Aceleración Fuerza Elástica Recuperadora Molécula en reposo Fuerza Externa Para que una fuente actúe sobre el medio necesitamos aplicarle cierta energía Este movimiento se puede graficar en el tiempo Fotocopia sobre calle Zapata
o Fotoduplicación en Ciudad Universitaria Gráfica de la oscilación Descomp Descomp Comp Comp Comp Moléculas vecinas propagan la energía Molécula en reposo Fuerza Externa Para que una fuente actúe sobre el medio necesitamos aplicarle cierta energía Onda Sinusoidal o Senoidal Función y = sen X Gráfica de la oscilación Las variaciones de presión que una onda produce en el espacio, pueden representarse en el tiempo Ejemplos 2001: A Space Odyssey
Director: Stanley Kubrick Star Wars: Episode V - The Empire Strikes Back
Director: Irvin Kershner Características de la Onda Características de la Onda Tiempo = 1/seg Frecuencia = 1/t Se mide en Ciclos x Segundo = Hertzios = Hz Frecuencia: a medida que aumenta la frecuencia percibimos un aumento en la altura (agudos) Parámetros fundamentales del Sonido Relativos (Perceptual) Absolutos (Mediciones) Altura (Tono) Frecuencia Sonoridad (Nivel) Amplitud Timbre (Color) Forma de Onda Parámetros fundamentales del Sonido Altura La altura está relacionada con la frecuencia. Al aumentar esta, percibimos un aumento en el tono: Sonidos más Agudos Cuando la frecuencia de la fuente se duplica en relación a un tono escuchado, se dice que la altura aumentó una octava. 80 Hz
160 Hz una 8va
más agudo Parámetros fundamentales del Sonido Sonoridad La sonoridad está relacionada con la intensidad de la energía aplicada al elemento vibrante. A mayor intensidad: mayor presión sonora: mayor amplitud: mayor sonoridad (o nivel) Amplitud (a) Parámetros fundamentales del Sonido Timbre Es el resultado de la combinación de varios factores que componen el espectro armónico de los sonido de la naturaleza que le dan identidad única a un sonido LA (440 Hz) Parámetros fundamentales del Sonido Timbre La onda sinusoidal responde a una función matemática Los Tonos Puros solo existen al ser generados electrónicamente por Osciladores. Son constantes y se mantienen en el tiempo. Parámetros fundamentales del Sonido Timbre Los sonidos de la naturaleza son complejos Los sonidos complejos tienen un espectro sonoro armónico que puede descomponerse en tonos puros, según el análisis de Fourrier LA 440 Hz
Piano Espectro Sonoro de un Sonido Complejo 1er armónico Ciclo 3er armónico 4to armónico 2do armónico 1320 Hz 1760 Hz 880 Hz 440 Hz Espectro Sonoro o Armónico Fundamental Parámetros fundamentales del Sonido Timbre Está determinado en buena medida por el comportamiento del espectro sonoro.
La variables son: La cantidad, la calidad, la distribución relativa y la intensidad relativa de los componentes o armónicos Parámetros fundamentales del Sonido Forma de Onda Es la representación gráfica del sonido. Está directamente relacionada con la intensidad, la frecuencia y el timbre. Envolvente Dinámica Envolvente Dinámica Envolvente ADSR Amortiguación de la Onda Sonora El sonido se propaga en todas las direcciones.
Esto da lugar a que la intensidad del mismo disminuya según el inverso del cuadrado de la distancia a la fuente. (Ley de divergencia) Amortiguación de la Onda Sonora Para mantener la misma sonoridad al duplicar la distancia, necesitaremos cuadriplicar la potencia de la fuente. sonoridad x
potencia x sonoridad x
potencia 4x Amortiguación Hidráulica Las ondas se amortiguan en el aire por la fricción entre moléculas. A mayor velocidad de las partículas en la oscilación (mayor frecuencia) se produce mayor fricción sonoridad x
potencia x sonoridad x
potencia 4x Frecuencias Agudas Mayor Amortiguación Cuanto mayor humedad hay en el aire con mayor facilidad se propagan los sonidos agudos. Fase Acústica Se refiere a la relación de tiempo entre 2 ondas en un punto dado de sus ciclos. MIC A MIC B Fase Acústica Si ambas señales comienzan su propagación en un mismo tiempo, sus intervalos en grados coinciden se dice que están en Fase Fase Acústica MIC A MIC B Fase Acústica Si las señales se propagan en diferente tiempo, sus intervalos en grados coinciden y se dice que están Fuera de fase (defasadas) NO Fase Acústica MIC A MIC B Fase Acústica Si las señales se propagan corridas en el tiempo, con un diferencia de 180˚ sus intervalos en grados se oponen y se dice que están en Cancelación se oponen Contrafase Fase Acústica Corbatero Shotgun Velocidad de Propagación Depende de las características mecánicas del medio portador Sólido > Líquido > Gaseoso En el aire (gaseoso) depende de la temperatura a 0˚C = 331,4m/seg y por cada grado de aumento en la temperatura, la velocidad aumenta 0,6m/seg 0˚C = 331,4m/seg Acero= 6000m/s; - Madera= 3900m/s; - Agua=1 600m/s Al incidir sobre una superficie con mayores dimensiones que su longitud de onda, una porción se refleja (con el mismo ángulo) y otra es absorbida En caso de que la dimensión sea menor que la long. de onda, está envuelve al obstáculo y continúa su trayectoria Reflexión de la Onda Sonora Ondas Estacionarias Debido a los múltiples rebotes y por lo visto en fase acústica se producen zonas de aumento y otras de disminución de la Presión Sonora Efecto Doppler Aumento o descenso de la altura que percibe un escucha estático cuando una fuente en movimiento se aleja o se acerca Espectro de frecuencias audibles Espectro de frecuencias audibles Espectro de frecuencias audibles Rango Dinámico Cuando hablamos de Rango Dinámico, nos referimos a una diferencia, una relación entre un piso y un techo, un valle y un pico, un pianissimo y un fortissimo Rango Dinámico Audible Se refiere a la diferencia entre el nivel más débil captado por el oído humano y el momento en que el oído sufre un dolor, provocado por la alta presión sonora Por encima de estos valores, seguimos escuchando, pero dependiendo del tiempo de exposición podemos perder la audición permanentemente Rango Dinámico Audible La intensidad del sonido se mide como Presión Sonora. (una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie)
Para ello se utiliza el Pascal (Pa). Con un tono de 1Khz se determinó que el oído escucha los sig. valores: Umbral del dolor 100 Pa 20µPa
(0,00002 Pa) Nivel mínimo de audición Escala lineal de 5.000.000 de pasos Rango Dinámico Audible Para hacer manejables estos números se creó una escala logarítmica, que establece una relación entre dos magnitudes. El decibel SPL mide Niveles de Presión Sonora (Sound Pressure Level) en relación a una referencia dada. Umbral del dolor 120 dB SPL 0 dB SPL Nivel mínimo de audición Rango Dinámico Audible Curvas de Igual Sonoridad (Munson y Fletcher) Calculan la relación entre la frecuencia (Hz) y la intensidad (dB) para que estos sean percibidos a un mismo nivel. Para mantener igual sonoridad necesitamos 70dB con un tono en los 40Hz y 20dB en los 1000Hz Curvas de Igual Sonoridad (Munson y Fletcher) La respuesta del oído a las frecuencias no mantiene la misma sensibilidad para todas las frecuencias audibles. Dependiendo del nivel al que escuchemos, tenemos una pérdida de las bajas y altas frecuencias (Principio de igual sonoridad) Escucha Binaural El hecho de tener dos oídos nos permite la localización y la dimensión del sonido Localización: dado por la intensidad del sonido, el tiempo de llegada y las fases. Dimensión: relación entre tiempo de llegada e intensidad. Determina la profundidad y extensión del sonido Las frecuencias graves son envolventes, las agudas más direccionales Escucha Binaural Mayor Intensidad Relativa en R
La señal llega primero a R
Varía la Fase Acústica
Se pierden agudos en L Igual Intensidad Relativa
Igual Tiempo de Llegada
Igual Fase Acústica
Igual Timbre Ciclo de vida de una onda sonora Ondas directas: llegan al oyente sin haber rebotado en una superficie. Contienen la información sobre el origen del sonido, tamaño y timbre. 1ros reflejos: rebotan en una única superficie antes de llegar al escucha 10 a 30 mseg después de la O. Dir. Se perciben como parte de la señal directa, pero agregan Nivel y Plenitud al sonido inicial, ayudando a crear una impresión subjetiva de la sala. Ondas directas: 1ros reflejos: Reverberación o 2dos reflejos: producto del rebote aleatorio en muchas superficies, llega después de los 10 a 30 mseg. Completa el nivel y cuerpo del sonido y contiene la mayor parte de energía del mismo. Reverberación o 2dos reflejos: Relación fondo - figura La reverberación da espacialidad a un sonido ubicándolo en un espacio. Sin embargo es uno de lo principales problemas con los que se encuentra el sonidista al intentar registrar voces para un producto audiovisual. La elección de una locación con bajo tiempo de reverberancia o su acustización es el primer paso para intentar una buena relación entre el fondo y la figura (voces)
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