TEMA 3 Percepción del sonido y su medida

(1)

TEMA 3

Percepción del sonido y su medida

(2)

Magnitudes: presión, intensidad y potencia sonora

3.1. Niveles acústicos

ESCALA LOGARÍTMICA:

- comodidad: el rango de presiones sonoras es muy amplio

- respuesta del oído humano

- NIVELES de presión, intensidad y potencia sonora

Nivel de referencia:

frecuencias: 20 - 20.000 Hz presiones: 2 × 10^-5- 10³Pa intensidades: 10^-12 - 200 W/m²

(3)

Intensidad: energía por unidad de área perpendicular a la dirección especificada NIVEL DE INTENSIDAD ACÚSTICA:

0

log 10 I

L

_I

= I

¹² ²

0

10 W / m

I =

⁻

0

10

10 LI

I I = ⋅

BELIO (unidad adimensional):

2 1 2

1

10 log

log E

E E

n = E ⇒

(4)

Magnitud más utilizada y medible:

NIVEL DE PRESIÓN ACÚSTICA:

2 0 0 2

log 20 log

10 p

p p

L

_P

= p

^ef

=

^ef

p

₀

= 2 × 10

⁻⁵

Pa

0

10

20 LP

ef

p

p = ⋅

94 log

20 +

=

_ef

p

L

(5)

(6)

Esfuerzo vocal

Lp (a 1m), dB

Umbral de dolor: 130 dB

Voz en conversación normal: 70 dB

Cambio de nivel claramente perceptible: 5 dB La sensación sonora se duplica: 10 dB

(7)

NIVEL DE POTENCIA ACÚSTICA:

120 log

10 log

10

0

+

=

⇒

= L W

W

L

_W

W

_W

vatios W

₀

= 10

⁻¹²

0 10 10

LW

W

W = ⋅

(8)

Relación entre niveles acústicos de presión, intensidad y potencia:

0

log 10 I L

_I

= I

0

log 20 p L

_P

= p

^ef

0

log 10 W L

_W

= W

Relación entre niveles, ¿bajo que condiciones?

CAMPO ACÚSTICO LIBRE O DIRECTO: ondas directas Sin reflexiones, se consigue en cámara anecoica

(9)

a) RELACIÓN ENTRE NIVELES DE PRESIÓN E INTENSIDAD ACÚSTICA:

c I p

^ef

ρ

2

=

ref ef

ref ef ref

I

cI

p p

p cI

p I

L I

ρ ρ

2 0 2

0 2

log 10 log

10 log

10 = = +

=

K L

L

_I

=

_p

+ 10 log

3 12

2 2 5

0 2

0

400 /

10 ) 10 2

1 ( N s m

I c p cI

p

ref ref

×

× =

=

⇒

= ρ

₋⁻

ρ

p

I

L

L ≈

⇒ +

× s m C

N

Aire : 410 /

³

22 º

(10)

b) RELACIÓN ENTRE NIVELES DE INTENSIDAD Y POTENCIA ACÚSTICA:

Fuente onmnidireccional o isótropa:

S I W = ⋅

S L

I S S

I

L

_W

W 10 log

_I

10 log

10 log 10 10

log 10 10

log

10

12

= ⋅

12

=

12

+ = +

=

₋ ₋ ₋

, 2

4 log 1 1 10

log

10 L r

L S

L

_P _I _W _W

+ π

= +

=

(11)

FUENTE DIRECCIONAL:

2 2

iso

p

iso

p I

Q = I = 4 )

log(

10

2

r L Q

L

_P _W

+ π

=

EXTERIOR:

vegetación suelo

aire W

P

A A A

r L Q

L = + ) + + +

log( 4

10 π

2

INTERIOR:

4 ) 4

log(

10

2

+ ℜ

+

= r

L Q L

_P _W

π

ℜ :

constante de la sala

(12)

3.2. Composición de niveles acústicos

Fuentes incoherentes:

) ( ...,

),...

( ),

(

₂

1

t p t p t

p

_n

2 2

1

2 _ef _ef

... ... ...

_nef

ef

p p p

p = + + +

⎥ ⎥

⎦

⎤

⎢ ⎢

⎣

= ⎡ +

+

= +

⎥ ⎥

⎦

⎤

⎢ ⎢

⎣

= ⎡ ∑

= n

i

ef i nef

ef ef

ef

p p

L p

1 2 0 2

, 2

0

2 2

1 2

0

log ... 10

...

log 10 log

10

i

Lp

ef i ef

i i

p

p p

L p

⁰^,¹ ^,

2

0 , 2

0 ,

,

10 log ⎥ = 10

⎦

⎢ ⎤

⎣

⇒ ⎡

⎥ ⎦

⎢ ⎤

⎣

= ⎡

⎥ ⎥

⎦

⎤

⎢ ⎢

⎣

= ⎡

⊕

=

ⁿ

∑

ⁿ ^L

p

i

L

p

L L

L

₁ ₂

... 10 log 10

⁰^,¹ ^,

(13)

3.3. Análisis espectral del sonido.

Ruido blanco y ruido rosa

ANÁLISIS ESPECTRAL: determinación de la presión sonora en función de la frecuencia

BANDAS DE FRECUENCIA:

2 1

, f

f f

₂

− f

₁

1 2

f f

ACÚSTICA:

- BANDAS DE OCTAVA

- BANDAS DE TERCIO DE OCTAVA

(14)

a) Bandas de octava:

2

1 2

= f f

1

2

1

f f

f

_C

= ⋅ =

f

C

f f

f =

₂

−

₁

= 0 . 7

∆

Hz f

f

_C₂

= 2 ⋅

_C₁

= 2 ⋅ 1000

Hz f

f

_C₃

= 2 ( 2 ⋅

_C₁

) = 2

²

⋅ 1000

Hz f

f

_C₄

= 2

_C₃

= 2 ( 2 ( 2 ⋅

_C₁

)) = 2

³

⋅ 1000

n

f

C

= 1000 ⋅ 2 4 6 ≤ ≤

− n

(15)

n

f

C

= 1000 ⋅ 2 − 6 ≤ n ≤ 4

n fc(Hz) f1(Hz) f2(Hz) f2-f1(Hz)

-6 15.6 11 22 11

-5 31.5 22.3 44.6 22.3

-4 63 44.5 89 44.5

-3 125 88.4 176.8 88.4

-2 250 176.8 353.6 176.8

-1 500 353.6 707.1 353.5

0 1000 707.1 1414.2 707.1

1 2000 1414.2 2828.5 1414.3

2 4000 2828.6 5656.9 2828.3

3 8000 5656.9 11313.8 5656.9

4 16000 11313.8 22627.6 11313.8

Frecuencias centrales en ACÚSTICA DE LA EDIFICACIÓN:

(16)

b) Bandas de tercio de octava:

2 1

f f f

_C

= ⋅

1 3 2

1

2

2 f 1 , 26 f

f

f = ⇒ =

f

C

f f

f =

₂

−

₁

= 0 , 23

∆

Frecuencias centrales de las bandas de tercio de octava en ACÚSTICA DE LA EDIFICACIÓN:

100 400 1600

125 500 2000

160 630 2500

200 800 3150

250 1000 4000

315 1250 5000 Hz

(17)

Para más precisión bandas de 1/12 y 1/24 de octava

(18)

Nivel global:

⎥ ⎥

⎦

⎤

⎢ ⎢

⎣

= ⎡

⊕

= ∑

= n

i

L n

GLOBAL

i p

L L

1 2 10

1

,

10 log

10 ...

[ ] [ ] ^dB

L

_GLOBAL

= 10 log 10

⁹^,⁵

+ 10

⁹^,³

+ 10

⁷

+ 10

⁷

+ 10

⁶

+ 10

⁶^,²

+ 10

⁶

≅ 10 log 10

⁹^,⁵

+ 10

⁹^,³

= 97

(19)

RUIDO BLANCO:

RUIDO ROSA:

RUIDO DE TRÁFICO:

(20)

3.4. Redes de ponderación

PSICOACÚSTICA: estímulos provocados por las ondas sonoras e interpretación que hace el cerebro (Fechnery Weber)

SONORIDAD O INTENSIDAD SUBJETIVA: sensación que permite ordenar de forma subjetiva los sonidos de débiles a fuertes

1 kHz y 0 dB, 100 Hz y 37 dB

RED DE PONDERACIÓN: red en sistemas de medida para que sea representativa de la sonoridad asociada a un sonido

(21)

LÍNEAS ISOFÓNICAS O ISÓFONAS: líneas con igual nivel de sonoridad

Conclusiones sobre el oído humano:

- más sensible a medias y altas frecuencias

- niveles bajos de presión: sensible a bajas frecuencias - niveles altos de presión: respuesta homogénea

(22)

Red de ponderación: A, B, C ⇒ dBA, dBB, dBC

(23)

(24)

⎥ ⎥

⎦

⎤

⎢ ⎢

⎣

= ⎡ ∑

= n +

i

A L pA

i i p

L

1

10 ) ( _,

10 log

10

Nivel global ponderado A:

-26,2 -16,1 -8,6 -3,2 0 1,2 1 -1,1