UNIDAD 2: ACÚSTICA CAPÍTULO 4 NIVELES Y PROPAGACIÓN DEL SONIDO

1. Introducción: Conceptos de vibración y onda 2. Definición del sonido: Onda sonora 3. Caracterización física del sonido 3.1. Velocidad del sonido 3.2. Frecuencia, longitud de onda y espectro sonoro 3.2.1. Tono puro: Frecuencia y longitud de onda 3.2.2. Sonido armónico: Espectro sonoro 3.2.3. Sonido complejo 3.2.4. Bandas de frecuencia: Octavas y tercios de octava 3.2.5. Algunos ruidos de interés 3.3. Magnitud del sonido 3.3.1. Presión, intensidad y potencia sonoras 3.3.2. El decibelio: Composición de niveles 4. Percepción del sonido: Sonoridad 5. Niveles acústicos: Medición 5.1. La escala de decibelios A 5.2. Nivel global 5.3. Nivel sonoro equivalente 5.4. Niveles percentiles 5.5. El Sonómetro 6. Propagación del sonido 6.1. Propagación en espacio libre 6.2. Reflexión, transmisión y absorción 6.3. Difracción 6.4. Reflexión especular y difusión

1. Introducción: Conceptos de vibración y onda El sonido, como caso particular de una onda acústica, es una onda en la que se propaga una vibración de las partículas del medio. Conviene, pues, introducir los conceptos de vibración y onda, aunque solo sea de una forma cualitativa.

Vibración: Es un movimiento, en general de pequeña amplitud, en el cual se produce un desplazamiento en torno a una determinada posición media de equilibrio.

En este movimiento, existe una fuerza, llamada recuperadora, que actúa sobre la partícula o el sistema, tratando de llevarlo a su posición de equilibrio cuando éste se separa de ella.

Tipos -Armónica: El desplazamiento varía senoidalmente con el tiempo. -Periódica: El desplazamiento se repite periódicamente con el tiempo. Las armónicas son un tipo de vibraciones periódicas. -Compleja: El desplazamiento sigue una variación no periódica con el tiempo.

Onda: Propagación de una determinada magnitud física a través del espacio, generada en un determinado lugar (foco emisor de la onda). Sea cual sea la magnitud propagada, toda onda propaga energía. Propiedades físicas básicas de una onda -Su velocidad de propagación (m/s): Depende del tipo de onda y del medio de propagación -Su energía (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 según el medio de propagación Ondas mecánicas: 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 electromagnéticas: No precisan de medio de propagación. Se propagan variaciones de campos eléctricos y magnéticos. Ejemplo: La luz, infrarrojos, UV, ondas de radio, etc.

Tipos de ondas mecánicas según la dirección de variación de la magnitud física que propagan Ondas longitudinales: La dirección de variación de la magnitud física propagada y la dirección de propagación de la onda coinciden.

Ondas transversales: La dirección de variación de la magnitud física propagada y la dirección de propagación de la onda son perpendiculares.

Tipos de ondas según la variación espacio-temporal En toda onda, hay variaciones de la magnitud física propagada: -En el espacio: Variaciones de un punto a otro del espacio. -En el tiempo: Variaciones de un instante a otro.

Ondas armónicas: Las variaciones son senoidales Ondas periódicas: Las variaciones son repetitivas, con un tiempo llamado periodo. Las armónicas son un caso particular de ondas periódicas Ondas complejas: Las variaciones no son periódicas

2. Definición del sonido: Onda sonora

¿Qué es una onda acústica?

¿Qué es el sonido?

Por tanto:

Es la propagación (onda) de una vibración en un determinado medio material Es una onda acústica capaz de producir una sensación auditiva

Hay ondas acústicas que no son sonidos (Infrasonidos y Ultrasonidos) Una misma onda acústica puede ser un sonido para un ser vivo y no para otro

El fenómeno auditivo: El sonido ACÚSTICA FÍSICA CAUSA Emisor o fuente sonora (Vibración) -Cuerdas vocales -Instrumento o equipo musical -Avión, tren, coche, etc. -Objeto vibrante en general

ACÚSTICA FÍSIOLÓGICA

Medio material

EFECTO

(Propagación de la onda)

(Percepción por el oído)

-Habitualmente el aire (SONIDO AÉREO) -Cerramientos

Receptor

-Es el que genera la sensación auditiva en nuestro cerebro

¿Qué es un ruido? ¿Qué 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 Por tanto:

-Un mismo sonido puede resultar molesto (ruido) para una persona, pero no para otra (sonido). Por ejemplo: Si oímos música en casa y nos escucha el vecino, la música para nosotros será un sonido, pero para el vecino será un ruido

¿Cómo se genera una onda acústica o un sonido? Al golpear al diapasón, las partículas de aire vecinas se ponen en movimiento, empujando también a las de su entorno, regresando después a su posición de equilibrio ya que su movimiento se ve frenado.

Se genera la propagación de la vibración original del diapasón a lo largo del medio que lo rodea. Esta propagación es la onda acústica.

Por tanto -Cada partícula del medio realiza una vibración de desplazamiento muy pequeño en torno a su posición de equilibrio. Es decir, no se propaga materia. -La onda acústica propaga energía mecánica, llamada energía acústica.

Una onda acústica conlleva Una onda de densidad

Una onda de presión

Cuando las partículas del medio se acumulan, se crea una zona de compresión (mayor densidad), mientras que cuando se separan, se crea una zona de dilatación (menor densidad).

Cuando las partículas del medio se acumulan, aumenta la presión respecto de la que había antes de llegar la onda (compresión), mientras que cuando se separan, disminuye la presión respecto de la que había antes de llegar la onda (presión de equilibrio, normalmente la atmosférica).

Por tanto -Si nos quedamos parados en un punto del espacio, y vemos cómo pasa la onda, observamos que: Varía la presión y la densidad en dicho punto. -Si detenemos el tiempo, y vemos todos los puntos por los que ha pasado la onda, observamos que: Varía la presión y la densidad de un punto a otro del espacio.

En la onda acústica hay tres variables -La magnitud que varía (presión y densidad del medio). -El tiempo -La posición

La presión sonora De todas estas magnitudes, lo más utilizado en Acústica Arquitectónica y Ambiental es caracterizar la onda sonora como una onda de presión P0= Presión en el medio antes de que llegue la onda (presión de equilibrio) P(x,t) = Presión real en un punto x y un instante t, una vez que ha llegado la onda

p(x,t)= P(x,t)-P0 La presión sonora nos informa de cómo cambia la presión al pasar la onda, respecto de la que había antes de pasar

PRESION SONORA

Su valor es muy pequeño respecto de las presiones habituales

3. Caracterización física del sonido 3.1. Velocidad del sonido Velocidad de propagación del sonido: Distancia que avanza la onda por unidad de tiempo, medida en una determinada dirección de propagación. Unidades S.I.: m/s

Depende de: -Densidad del medio -Elasticidad del medio

Depende de la presión, humedad, temperatura, etc.

Aire

T=00C, P0=1,5013 105 N/m2 ρ0= 1,293 Kg/m3

c0=330 m/s

c = c0 (1 + T / 273) Si T ↑ ⇒ c ↑

T=200 C ⇒ c=342 m/s

En sólidos:

-Es mayor que en gases y líquidos, por ser más densos. -Puede depender mucho de: -Frecuencia del sonido (dispersión) -Si es onda longitudinal o transversal -De la homogeneidad del material

Velocidades de ondas sonoras a 200C en m/s

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 presión sonora varía en posición y tiempo senoidalmente Ejemplo: Sonido emitido por un diapasón

Periodo (T): Duración de una oscilación de un tono puro (s)

Frecuencia de un tono puro Frecuencia (f): Número de oscilaciones por segundo (Unidad S.I.: 1/s=Hz Herzio) (Heinrich Hertz 1857-1894) Posición fija

La frecuencia del sonido suele coincidir con la frecuencia de la vibración mecánica que lo ha generado (frecuencia del diapasón)

La frecuencia de un sonido y de una onda acústica en general, es una magnitud física muy importante pues: -El oído humano de un adulto normal solo es capaz de detectar ondas acústicas entre 20 y 20000 Hz (SONIDOS). -El comportamiento acústico de los materiales y soluciones constructivas depende mucho de la frecuencia.

0

20

400

ULTRASONIDOS

AGUDOS

MEDIOS

GRAVES

INFRASONIDOS

SONIDOS

1600

20000

f (Hz)

Longitud de onda de un tono puro

Tiempo fijo

Distancia recorrida por la onda en el tiempo de un periodo (T)

Longitud de onda (λ): Distancia entre dos puntos consecutivos que se encuentren en el mismo estado de vibración en todo instante de tiempo

c λ = cT = f

Para un tono de una frecuencia determinada, su longitud de onda depende de la velocidad, y por tanto, del medio de propagación Onda larga

Onda media

Para un medio determinado Si la f aumenta, la λ disminuye Si la f disminuye, la λ aumenta

Onda corta

Ejemplo: Aire (200C, 1 atm) f=20 Hz ⇒ λ=17,2m f=20000 Hz ⇒ λ=17,2mm

3.2.2. Sonido armónico: Espectro sonoro Sonido formado por la superposición de un tono puro primario con una frecuencia determinada (frecuencia fundamental o primer armónico) y un conjunto finito o infinito de tonos con frecuencias múltiplos de esta (armónicos secundarios)

Ejemplo: Sonido emitido por los instrumentos musicales

Sonido formado por el primer armónico (f0) y su tercer armónico (3f0)

Cada tono puro de los superpuestos tendrá una presión sonora diferente

Espectro sonoro: Representación gráfica de la presión de cada tono puro frente a su frecuencia

3.2.3. Sonido complejo Sonido formado por la superposición de infinitos tonos puros, con frecuencias infinitamente próximas Ejemplo: Casi la totalidad de los sonidos son sonidos complejos (voz, música, ruido, etc.)

Espectro sonoro: Representación de la presión 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 básico 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 ANÁLISIS FRECUENCIAL O ESPECTRAL DEL SONIDO ¡¡¡ El comportamiento acústico 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. Está caracterizada por dos frecuencias límite (inferior y superior) y una frecuencia central. Ancho de banda: Diferencia entre las dos frecuencias límite En Acústica Arquitectónica, para realizar el análisis espectral de un sonido, el rango audible (20-20000)Hz se suele dividir en bandas de frecuencia. Se usan dos tipos de bandas:

Ancho de banda

Bandas de octava fi

fc

fs

Bandas de tercios de octava

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 Acústica Arquitectónica

BANDAS DE TERCIOS DE OCTAVA (1/3) En ciertas situaciones, el análisis de sonidos y ruidos en octavas, puede no ser suficiente, ya que se necesita más precisión en el espectro

Se usa un análisis en tercios de octava, pues es un análisis más 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 Acústica Arquitectónica (norma ISO 266)

Ejemplos de espectros sonoros en octava y tercios de octava

Dentro cada octava, la presión sonora se considera la misma

Dentro cada tercio de octava, la presión sonora se considera la misma

3.2.5. Algunos ruidos de interés Ruido blanco: Es un ruido patrón, que se caracteriza por un aumento de 3dB en la presión 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 tráfico: Su presión sonora es más importante en las frecuencias graves que en las agudas

120

120

100

100

100

80 60 40 20 0 63

Presión sonora

120

Presión sonora

Presión sonora

Ruido rosa por bandas de octava 80 60 40 20 0

125 250 500 1000 2000 4000 8000

60 40 20 0

63

f(Hz)

80

125 250 500 1000 2000 4000 8000

63

125 250 500 1000 2000 4000 8000

f(Hz)

f(Hz)

120

80 60 40 20 0

80 60 40 20

80 60 40 20 63

63

f(Hz)

100

0

0

125 250 500 1000 2000 4000 8000

125 250 500 1000 2000 4000 8000 f(Hz)

125 250 500 1000 2000 4000 8000 f(Hz)

120

120

100

100

Presión sonora

63

120

100 Presión sonora

Presión sonora

100

Presión sonora

Presión sonora

120

80 60 40 20 0

80 60 40 20 0

63

125 250 500 1000 2000 4000 8000 f(Hz)

63

125 250 500 1000 2000 4000 8000 f(Hz)

3. 3. Magnitud del sonido 3.3.3. Presión, intensidad y potencia sonoras Para medir lo fuerte o débil que es un sonido, se usan diferentes magnitudes. La primera ya la conocemos, es la PRESIÓN SONORA, p Otra magnitud es la INTENSIDAD SONORA, I I=Energía transportada por la onda por unidad de tiempo y unidad de área perpendicular a la dirección de propagación

A lo largo del tiempo p va variando, es decir p(t)

UnidadesS.I. N/m2=Pa

Unidades S.I.: w/m2

Potencia sonora de una fuente Para caracterizar la capacidad de emisión de una fuente de sonido, se suele usar la magnitud POTENCIA SONORA, W

Cantidad de energía 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: Composición de niveles

En Acústica, para medir un sonido, no se suelen usar las magnitudes anteriores (presión, intensidad y potencia sonoras) directamente con sus unidades en el S.I., sino que se suele usar una escala logarítmica y unas nuevas “unidades” llamadas DECIBELIOS. Además, a las magnitudes presión, intensidad y potencia sonoras, medidas en decibelios se les llama NIVEL DE PRESIÓN SONORA (Lp o SPL), NIVEL DE INTENSIDAD SONORA (LI) y NIVEL DE POTENCIA SONORA (Lw), respectivamente

¿Por qué se usa la escala de decibelios en lugar de las unidades en el S.I.? Razón 1: Para manejar cantidades más sencillas numéricamente, ya que el rango de sonidos que se pueden percibir es muy amplio Presión sonora mínima que tiene que tener un sonido para ser oído (umbral de audición)= 0.00002 Pa (10-12 w/m2) Presión sonora a partir de la cual un sonido produce dolor (umbral de dolor)= 63.2 Pa, (10w/m2)

Log (0.00002)=-4.7 Log(10-12)=-12 Log (63.2)=1.8 Log(10)=1

¿Por qué se usa la escala de decibelios en lugar de las unidades en el S.I.? Razón 2: El sistema auditivo humano no responde de manera lineal a los estímulos que recibe, sino que lo hace de una forma logarítmica, aproximadamente. Si la presión acústica de un tono puro de 1000Hz se duplica, la sensación percibida por el oído humano (y el cerebro), no se duplica. Para duplicar la sensación percibida, habría que multiplicar la presión acústica por 3.16

Nivel de presión sonora, Lp

p L p = 20 log p0

p: presión sonora en unidades S.I. p0: presión sonora de referencia en unidades S.I. elegida como el umbral de audición que es 0.00002=2 10-5 Pa

Ejemplos Umbral de audición: Lp=20log(2 10-5/2 10-5)=0 dB Umbral de dolor: Lp=20log(63.2/2 10-5)=130dB Voz en conversación normal: Lp=20log(0.06325/2 10-5)=70dB 1dB: Mínimo cambio de nivel perceptible 5dB: Cambio de nivel claramente perceptible 10dB: La sensación sonora se duplica

Ejemplos

Nivel medio de presión sonora a 1m de distancia, producido por una persona hablando

Nivel de intensidad sonora, LI

I LI = 10 log I0

I: Intensidad sonora en unidades S.I. I0: Intensidad sonora de referencia en unidades S.I. elegida como el umbral de audición que es 10-12 w/m2

I p2 I ≈ p ⇒ LI = 10 log = 10 log 2 = I0 p0 2

p = 20 log = Lp p0

LI y Lp coinciden. Normalmente se usa Lp porque es más fácil medirlo

Ejemplos Umbral de audición: LI=10log(10-12/10-12)=0 dB Umbral de dolor: Lp=10log(10/10-12)=130dB

Ejemplos p (Pa)

I(w/m2)

L(dB)

Fuente

63.2

10

130

Umbral de dolor

20

1

120

Despegue avión

6.32

0.1

110

Máquina de remachado

2

0.01

100

Martillo neumático

0.632

0.001

90

Camión diesel a 15m

0.2

0.0001

80

Grito (a 1m)

0.0632

0.00001

70

Oficina ocupada

0.02

0.000001

60

Conversación normal a 1m

0.00632

0.0000001

50

Area urbana tranquila (día)

0.002

0.00000001

40

Area urbana tranquila (noche)

0.000632

0.000000001

30

Area suburbana tranquila (noche)

0.0002

0.0000000001

20

Campo tranquilo

0.0000632

0.00000000001

10

Susurro humano

0.00002

0.000000000001

0

Umbral de audición

Nivel de potencia sonora, Lw

W Lw = 10 log W0

W: Potencia sonora en unidades S.I. W0: Potencia sonora de referencia en unidades S.I. elegida como el umbral de audición que es 10-12 w

Ejemplos

Composición de niveles: ¿Cómo se suman o restan los decibelios? 80dB+80dB ≠ 160dB ¿por qué?

80dB+80dB = 83dB

log( x + y ) ≠ log( x) + log( y ) El nivel total será

Supongamos que tenemos N fuentes sonoras y cada una provoca en un punto dado un nivel Li Ejemplo (80dB+80dB): Ejemplo (80dB-70dB):

Li  N 10  L = 10 log ∑10   i =1  80 80   10 10 L = 10 log10 + 10  = 83dB  

80 70  10  10 L = 10 log10 − 10  = 79.5dB  

Composición de niveles iguales

Dos sonidos del mismo nivel se componen dando un sonido 3dB más alto

4. Percepción del sonido: Sonoridad Banda de frecuencias audibles

20-20000Hz

Umbral de dolor

130dB

Umbral de audición

0dB

El oído no tiene la misma sensibilidad para todas las frecuencias. Los umbrales de audición varían con la frecuencia

Sonoridad Capacidad de un sonido para producir una sensación sonora en nuestro cerebro Conclusiones importantes 1) El oído es mucho más sensible a medias y altas frecuencias que a bajas frecuencias 2) A niveles bajos de presión, el oído es muy insensible a las bajas 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

3) A niveles altos de presión, el oído tiende a responder de una manera más homogénea en todo el rango de frecuencias.

5. Niveles acústicos: Medición 5.1. La escala de decibelios A Hasta ahora, hemos visto que para medir la magnitud de un sonido se usa el nivel de presión 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 ponderación

Este nivel es totalmente físico, y no incorpora los aspectos fisiológicos asociados con la diferente sensibilidad del oído a distintas frecuencias, es decir, no tiene en cuenta la sonoridad del sonido Redes existentes A, B, C, D

Una red de ponderación es un sistema de corrección de los niveles de presión sonora por frecuencias mediante unos factores de compensación fijos en decibelios que dependen de la red usada, a semejanza de lo que hace el oído humano

RED DE PONDERACIÓN A

Ejemplo: A 250Hz Lp= 50dB LA (Nivel ponderado A) =50-9=41dBA (decibelio A)

Banda frecuencia

Corrección (dB)

31.5

-39

63

-26

125

-16

250

-9

500

-3

1000

0

2000

+1

4000

+1

8000

-1

120 98

96

100 80

79

70

80

82

100

85

60 40 20 0 63

125

250

Nivel de presión sonora (dBA)

Nivel de presión sonora (dB)

Ejemplo 120 97

100 80 60

63

71

79

99

99

85

44

40 20 0 63

500 1000 2000 4000 8000

125 250 500 1000 2000 4000 8000 f(Hz)

f (Hz)

f

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

dB

70

79

80

82

85

96

98

100

Corre.

-26

-16

-9

-3

0

1

1

-1

dBA

44

63

71

79

85

97

99

99

5. 2. Nivel global 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

Nivel de presión sonora(dB)

Ejemplo 120 100

95

93

80

70

70

70

250

500 1000 2000 4000 8000

60

60

62

Se denomina NIVEL GLOBAL 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

60

40 20 0 63

125

f(Hz)

LGLOBAL=97dB

63

125

250

500

1000

2000

4000

8000

dB

95

93

70

70

70

60

62

60

Correc ción.

-26

-16

-9

-3

0

1

1

-1

dBA

69

77

61

67

70

63

63

59

Nivel de presión sonora (dBA)

f

OJO: El nivel global en dB no se puede pasar directamente a dBA; Hay que pasarlo banda a banda.

120 100 80

69

60

77 61

67

70

61

63

59

40 20 0 63

125 250 500 1000 2000 4000 8000 f(Hz)

LGLOBAL=79dBA

Niveles globales típicos en dBA de algunas fuentes conocidas

5. 3. Nivel sonoro equivalente Para valorar lo que ha ocurrido acústicamente a lo largo de un período de medida determinado en un punto del espacio, se usan diferentes índices o niveles de valoración. El más usado es el NIVEL SONORO EQUIVALENTE, Leq Leq: Nivel de un sonido constante en todo el período de medida, que tuviese la misma energía acústica que el sonido que estamos valorando (es como una media a lo largo del periodo de medida)

Lmax: Nivel máximo en el periodo de medida Lmin: Nivel mínimo en el 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 índices estadísticos 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 índices (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 sonómetro Dependiendo de la sensibilidad y precisión,, se dividen en: -Tipo 0: Máxima precisión -Tipo 1: Buena precisión (mínimo exigido) -Tipo 2: Mala precisión -Sin calificar Dependiendo de sus prestaciones, pueden ser: -Convencionales: Miden niveles instantáneos y suelen dar niveles máximo y mínimo en un periodo de medida. -Integradores: Miden niveles instantáneos, y calculan el Leq y los niveles máximo y mínimo en un periodo de medida. -Analizadores: Hacen análisis en frecuencia del sonido en octavas y/o tercios de octava de los niveles medidos. -Analizadores en tiempo real:. Hacen análisis en frecuencia, a lo largo de todo el proceso de medida y recogen la historia temporal del sonido.

Sonómetro integrador, analizador en tiempo real en octavas y tercios de octavas, con medición de Leq y percentiles. Tipo 1 NA-27

Equipo de aislamiento acústico Sonómetro tipo 1 analizador Fuente omnidireccional Tripodes

6. Propagación del sonido 6.1. Propagación en el espacio libre Espacio libre: La onda no encuentra obstáculos ni sufre atenuación Consideremos una fuente puntual que emite por igual en todas las direcciones (omnidireccional) con una potencia W (onda esférica). Su intensidad a una distancia R es

W W = I= S 4π R 2

Ley del inverso de la distancia

Conclusión 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

Relación del nivel sonoro en dos puntos a distancias R1 y R2 de la fuente

L1 = 10 log

I1 W W = 10 log = 10 log − 20 log R1 2 I0 4 π R1 I 0 4π I0

L2 = 10 log

I2 W W = 10 log = 10 log − 20 log R2 2 I0 4 π R2 I 0 4π I 0

Restando

R2 L1 − L 2 = 20 log R1

R1 L2 = L1 + 20 log R2

Si se duplica la distancia (R2=2R1)

En general las fuentes no son ni puntuales ni omnidireccionales, sino que emiten con niveles de potencia diferentes en cada dirección y en cada frecuencia

El nivel sonoro disminuye 6dB 1 L2 = L1 + 20 log = L1 − 6dB 2

Niveles de presión sonora de un orador en el espacio libre, en la banda de 2kHz

6.2. Reflexión, transmisión y absorción Cuando una onda sonora llega a un obstáculo, su energía acústica Ei se divide en tres: REFLEXIÓN: Una onda de energía Er que vuelve al medio original TRANSMISION: Una onda que cruza el obstáculo y aparece al otro lado, con energía Et ABSORCION: Parte de la energía, Ea, es retenida dentro del obstáculo y convertida en calor por rozamiento

Conservación de la energía

Ei = Er + Et + Ea

Coeficiente de reflexión

Er r= Ei

Coeficiente de transmisión

Coeficiente de absorción

Et t= Ei

Ea α= Ei

r + t +α = 1 El valor de estos coeficientes depende de dos factores importantes: 1) Las características físicas y geométricas del obstáculo (composición del material, detalle constructivo, densidad, dimensiones del material, etc.) 2) La frecuencia del sonido incidente

En un obstáculo pesado (más peso por unidad de área), la reflexión es mucho más importante que en un obstáculo ligero. La transmisión y absorción son menos importantes en un obstáculo pesado que en uno ligero

6.3. Difracción: Sombras acústicas Es la habilidad del sonido para rodear un obstáculo Si el sonido no se difractara, detrás del obstáculo se produciría una sombra acústica similar a la sombra óptica. Sin embargo, la sombra acústica es menor que la sombra óptica.

¿Por qué ocurre la difracción? Por que los límites del obstáculo se convierten en emisores de nuevas ondas (ondas difractadas)

Conclusión La difracción es más fuerte a bajas frecuencias (sonidos graves) que a altas. Es decir, en las sombras acústicas los sonidos graves se perciben de forma más importante que los agudos (A este efecto se le llama coloración del sonido por difracción) Por tanto, la existencia de un obstáculo entre la fuente y el receptor atenúa las componentes de alta frecuencia (agudos), pero no así las de baja frecuencia (graves), que siguen percibiéndose, a menos que las dimensiones del obstáculo sean muy grandes

Ejemplos de sobras acústicas: Perjudiciales y beneficiosas Perjudicial Zona bajo un palco en la que se produce una sombra acústica mayor para altas que para bajas frecuencias: Malo para la calidad musical y la inteligibilidad de la palabra para las personas bajo el palco

Beneficiosa Barreras para ruido de tráfico en urbanizaciones: Deben hacerse suficientemente altas y largas como para evitar al máximo la difracción de las bajas frecuencias

6.4. Reflexión especular y Difusión La reflexión de una superficie grande, pesada y de un material no poroso puede ser de dos tipos: Reflexión especular Reflexión difusa (o Difusión)

Reflexión especular: Es la que cumple la Ley de Snell (El ángulo del rayo incidente es igual al ángulo del rayo reflejado) Se produce si: Las irregularidades y la textura de la superficie son mucho más pequeñas que la longitud de onda del sonido incidente (superficie lisa)

Reflexión especular en superficie curva

Reflexión especular en una superficie convexa: Dispersa el sonido

Reflexión especular en una superficie plana

Reflexión especular en una superficie cóncava: Concentra el sonido

Efecto creado por superficies cóncavas: Focalización

Focalización del sonido (no deseado)

Reflexión difusa: Es la que no cumple la Ley de Snell. El sonido 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 energía reflejada es mínima

La energía reflejada es mucho mayor y se concentra en una dirección

La energía 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