Investigacion Sistemas acusticos

EL RANGO AUDIBLE DE FRECUENCIAS.
El rango de frecuencias que puede oír el ser humano es limitado. Va aproximadamente desde 20 Hz hasta 20 kHz. Estos límites varían en función de la persona y de su edad. Los tiburones pueden oír frecuencias ultra-bajas y los perros ultrasonidos.
Este rango hace que no sea necesario que los altavoces reproduzcan más allá de esas frecuencias, ya que no serán audibles, pero a normalmente se hace que reproduzcan frecuencias de más para mantener una cierta linealidad y que no se degrade el sonido al llegar a los extremos de la banda.
Fuera del espectro audible:
• Por encima estarían los ultrasonidos (Ondas acústicas de frecuencias superiores a los 20 kHz).
• Por debajo, los infrasonidos (Ondas acústicas inferiores a los 20 Hz).
El espectro audible podemos subdividirlo en función de los tonos:
1. Tonos graves (frecuencias bajas, correspondientes a las 4 primeras octavas, esto es, desde los 16 Hz a los 256 Hz).
2. Tonos medios (frecuencias medias, correspondientes a las octavas quinta, sexta y séptima, esto es, de 256 Hz a 2 kHz).
3. Tonos agudos (frecuencias altas, correspondientes a las tres últimas octavas, esto es, de 2 kHz hasta poco más 16 kHz).
En Occidente, dividimos el espectro audible en 11 secciones que denominamos octavas.
El término de octava se toma de una escala musical. La octava es el intervalo entre dos sonidos que tienen una relación de frecuencias igual a 1:2 y que corresponde a ocho notas de dicha escala musical. Por ejemplo: si comenzamos con una nota como DO, la octava completa será: DO-RE-MI-FA-SOL-LA-SI-DO. Si el primer DO estaba afinado en 440 Hz el segundo estará en 880 Hz
El valor máximo de las frecuencias cada octava es el doble del de la anterior.
1. La primera y segunda octava (los tonos más graves, 16 - 64 Hz). No todas las personas son capaces de percibirlos, depende de la sensibilidad del oído de cada persona.
2. La tercera y cuarta octava (tonos graves medios, 64 - 250 Hz)
3. La Quinta, Sexta y Séptima octava (tonos medios, 250 Hz – 2.000 Hz). Contienen el tono fundamental y los primeros armónicos de la mayoría de las fuentes sonoras.
4. La octava octava (tonos agudos, 2.000 Hz – 4.000 Hz). Comprende el margen en que el oído humano tiene mayor sensibilidad.
5. La novena y décima octava (tonos agudos de frecuencia alta, 4.000 a 16.000 Hz).
6. La undécima octava (los tonos más agudos del espectro audible, por encima de los 16.000 Hz). No todas las personas son capaces de percibirlos, depende de la sensibilidad del oído de cada persona.
La octava se puede dividir en valores más pequeños, por ejemplo: la media octava (divide cada octava en dos) y el tercio de octava (cada intervalo de la octava se divide en tres partes).
Además, cada octava esta compuesta por 12 semitonos que determina lo que se conoce como altura musical o altura armónica y determinan la llamada escala cromática del sonido.
PRESION SONORA
La presión sonora o acústica es producto de la propia propagación del sonido. Las partículas que viajan en el aire aprovechando el movimiento ondulatorio de las ondas sonoras generan una variación alterna en la presión estática del aire (pequeñas variaciones en la presión atmosférica. La presión atmosférica es la presión del aire sobre la superficie terrestre). La razón de estas variaciones de presión atmosférica es que se producen áreas donde se concentran estas partículas (zonas de concentración) y otras áreas quedan menos saturadas (zonas de rarefacción). Las zonas con mayor concentración de moléculas tienen mayor densidad y las zonas de menor concentración tienen menor densidad. Cuando estas ondas se encuentran en su camino con el oído la presión que ejercen sobre el mismo no es igual para toda la longitud de onda.
Así pues, la presión acústica queda definida como la diferencia de presión instantánea (cuando la onda sonora alcanza al oído) y la presión atmosférica estática.
La presión sonora tolerable es muy pequeña comparada con la presión atmosférica. Una presión sonora mil veces menor que la atmosférica nos provocará dolor en los oídos e incluso riesgo de pérdida auditiva.

POTENCIA ACUSTICA
La potencia acústica es la cantidad de energía (potencia) radiada por una fuente determinada en forma de ondas por unidad de tiempo.
La potencia acústica viene determinada por la propia amplitud de la onda, pues cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la cantidad de energía (potencia acústica) que genera.
La potencia acústica es un valor intrínseco de la fuente y no depende del local donde se halle. Es como una bombilla, puede tener 100 w y siempre tendrá 100 w la pongamos en nuestra habitación o la pongamos dentro de una nave enorme su potencia siempre será la misma. Con la potencia acústica ocurre lo mismo el valor no varia por estar en un local reverberante o en uno seco. Al contrario de la Presion Acústica que si que varia según varié las características del local donde se halle la fuente, la distancia etc.







INTENSIDAD ACUSTICA

La intensidad del sonido percibido, o propiedad que hace que éste se capte como fuerte o como débil, está relacionada con la intensidad de la onda sonora correspondiente, también llamada intensidad acústica. La intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.
Se define como la energía que atraviesa por segundo una superficie unidad dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación. Equivale a una potencia por unidad de superficie y se expresa en W/m2. La intensidad de una onda sonora es proporcional al cuadrado de su frecuencia y al cuadrado de su amplitud y disminuye con la distancia al foco.

VELOCIDAD DEL SONIDO

Velocidad de sonido en el aire
En este caso las propiedades físicas del aire, su presión y humedad por ejemplo, son factores que afectan la velocidad.
Por ejemplo, cuanto mayor es la temperatura del aire mayor es la velocidad de propagación. La velocidad del sonido en el aire aumenta 0,6 m/s por cada 1º C de aumento en la temperatura.
Una velocidad aproximada (en metros/segundo) puede ser calculada mediante la siguiente fórmula empírica:

donde es la temperatura en grados Celsius (-273 kelvin);
.
Una ecuación más exacta, referida normalmente como velocidad adiabática del sonido, viene dada por la fórmula siguiente:

Donde
• R es la constante de los gases,
• m es el peso molecular promedio del aire (R/m = 287 J/kgK para el aire),
• κ es la razón de los calores específicos (κ=cp/cv siendo igual a 1,4 para el aire), y
• T es la temperatura absoluta en kelvin.
En una atmósfera estándar se considera que T es 293,15 K, dando un valor de 343 m/s ó 1.235 kilómetros/hora. Esta fórmula supone que la transmisión del sonido se realiza sin pérdidas de energía en el medio, aproximación muy cercana a la realidad.
Velocidad de sonido en los sólidos
En sólidos la velocidad del sonido está dada por:

donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero que es aproximadamente de 5.146 m/s.
Velocidad de sonido en el agua
La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500 m/s y en agua dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían debido a la presión, profundidad, temperatura, salinidad y otros factores.