tema 6 - Fenómenos acústicos PDF

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Fenómenos acústicos: Reflexión, refracción, difracción, absorción, resonancia,
reverberación. El Efecto Doppler. Acústica de las salas: Aislamiento, acondicionamiento acústico
Estos fenómenos ocurren cuando la onda sonora se encuentra con una superficie de
separación entre dos medi...

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6.- Fenómenos acústicos: Reflexión, refracción, difracción, absorción, resonancia, reverberación. El Efecto Doppler. Acústica de las salas: Aislamiento, acondicionamiento acústico. ********************************************************** NOTA: Esto es un esquema orientativo del capítulo. Para más detalles consultar la bibliografía. Os agradecería que me comuniquéis los posibles errores que encontréis. ********************************************************** Reflexión, refracción, difracción, absorción - Estos fenómenos ocurren cuando la onda sonora se encuentra con una superficie de separación entre dos medios de diferente densidad. Reflexión superficie opaca a la onda incidente y la refleja. Rayos y ángulos incidente y reflejado. Ángulos iguales. Irregularidades parecidas a long. de onda = reflex. difusa parábola, rayos foco - rayos paralelos onda estacionaria: distancia = múltiplo entero de (long onda/2) Refracción cuando la onda atraviesa la superficie, la veloc. cambia Rayos y ángulos de incidencia y refracción Densid refractante > Dens. incidente, la onda se separa de la normal y aumenta la velocidad de propagación. Superficie nevada fría, se refracta hacia el suelo y se oye lejos Difracción la onda sonora puede rodear un obstáculo o propagarse a través de una pequeña abertura. Sombra acústica: zona donde no llega el sonido. Depende de la relación entre la dimensión del obstáculo y la longitud de onda. Ej. agudos se atenúan Absorción Sonido incidente = S. reflej + Sdisipado + Stransmitido Sdisp + Stransm = absorción 1

Coef. absorción = energ. absorbida / Energ. transmitida

(de 0 a 1) depende de la

frec. El Efecto Doppler. Efecto de variación de la frecuencia percibida debido a al movimiento relativo entre la fuente y el observador. Se acercan => aumenta la frecuencia. Se alejan => disminuye la frecuencia En esta figura se representa: a) Obsevador “O” se acerca a la fuente “Q”. b) Fuente se acerca al observador. En ambos casos la frecuencia aumenta.

Eco y reverberación El eco se produce en el mundo real cuando emitimos un sonido y lo oímos después debido a que se ha reflejado en un obstáculo. Con un eco electrónico se puede añadir al sonido una dimensión espacial; por ejemplo, si queremos dar el efecto de tener una pared enfrente a 68 metros (ver Fig..),

el camino de ida y vuelta sería de 136 metros y como el sonido recorre 340 metros cada segundo, el retardo sería de 0,4 seg. (136 dividido entre 340). El sonido cuando se emite en una sala llega hasta el oyente no sólo en línea recta, sino siguiendo muchos caminos ( ver FIG.)

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a través de sus reflexiones en las paredes, techo, suelo y en otros objetos contenidos en la sala. Naturalmente, el sonido llegará antes cuanto menor sea el camino que ha recorrido, y cuanto más veces se haya reflejado menor será su intensidad ya que en cada reflexión parte de su energía se habrá absorbido por el objeto. Si en una sala se emite un sonido corto, como una palmada, se percibirá lo que se representa en la figura de abajo (“fig. esquema de la respuesta al impulso de una sala”). Después del primer pulso que corresponde al sonido directo, se oirán los primeros ecos provenientes de caminos sencillos con una o dos reflexiones; después, la densidad de ecos aumenta tanto que se confunden todos en un sonido continuo, que se extingue exponencialmente. El tiempo de reverberación se define como el que transcurre desde que la fuente sonora se ha extinguido hasta que las reflexiones se atenúan 60 dB. Por ejemplo, es el tiempo en que se sigue oyendo el último acorde del órgano en una catedral después de acabar de tocar el intérprete; en éste tipo de grandes recintos, el tiempo de reverberación varía desde unos 2 seg. hasta 10 o más, mientras que en habitaciones pequeñas suele ser menor de 1 seg. Este tiempo aumenta con el volumen de la sala, pero también depende de lo absorbente que sean sus superficies, si lo son poco, como ocurre con el mármol o azulejos, será mayor el tiempo de reverberación que si está la sala revestida de moqueta o cortinas; el público también absorbe bastante. Tr=0,16*V/A V: volumen (m3), A: absorción total (Fórmula de Sabine) A= S1a1+S2a2+....

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Fig. Esquema de la respuesta al impulso de una sala.

El tiempo de reverberación varía con la frecuencia, normalmente una buena sala para música tendrá mayor tiempo de reverberación para las frecuencias graves que para las agudas. El aire produce un efecto de filtro pasa-bajos, es decir, cuanto más camino recorre el sonido antes de llegar al oyente, más frecuencias agudas habrá perdido. El retardo entre el sonido directo y el primer eco da idea del tamaño de la sala, mientras que en un auditorio es de unos 20 mseg, en un cuarto de baño puede ser de 3 mseg. Resonancia Frecuencia natural de vibración de un cuerpo: aquella a la que el cuerpo vibra con la mínima energía, es función de su masa y elasticidad. Ejemplos: columpio. Vibración forzada: cuando un cuerpo vibra a otra frec. diferente a la suya de resonancia, necesita una fuerza de excitación. Resonancia: si un cuerpo recibe una fuerza de excitación a una frecuencia igual a su frecuencia natural de vibración , se produce el fenómeno de la resonancia. La amplitud puede aumentar indefinidamente. Ej.: columpio. Soldados al cruzar un puente que pueden romperlo. Ondas estacionarias: un caso especial de interferencia, 2 ondas de igual frec. y ampl. se desplazan en sentido contrario (lo que ocurre en el eco repetido en un recinto cerrado). Ver Fig. siguiente:

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Las frecuencias que se emitan en ese recinto que coincidan con las de las ondas estacionarias, se verán reforzadas. Los resonadores o las cajas de resonancia se basan en este fenómeno, son cuerpos huecos que sirven para reforzar los sonidos producidos por las fuentes sonoras a las que están acoplados. El tamaño depende de las frecuencias a reforzar: graves-grande (contrabajo), agudas-pequeño (violín), sirven para amplificar los sonidos. En los instrumentos musicales y en interesa que se refuercen todas las frecuencias por igual. Vídeo de ondas estacionarias: https://www.youtube.com/watch?v=NpEevfOU4Z8

Acústica de las salas: Aislamiento, acondicionamiento acústico. La acústica de las salas, especialmente la aplicada a la música, es una ciencia, e incluso un arte, bastante complicada que está muy ligada al diseño arquitectónico. La 5

electrónica ha facilitado tanto la experimentación con dicho efecto como el añadirlo artificialmente a cualquier sonido. Combina los fenómenos vistos en este capítulo de: reflexión, refracción, difracción, absorción, resonancia, reverberación Aislamiento: que no haya transmisión desde o al exterior. Se consigue con paredes, techos y suelos absorventes, aislando los elementos estructurales . Frecuencias graves necesitan más grosor de pared. Evitar el ruido: aire acondicionado Acondicionamiento acústico reverberación: ya vista antes. - Tiempo óptimo de reverberación Ver en la figura siguiente algunas curvas en función del volumen de la sala:

Importante la relación entre la intensidad de la fuente y la de la reverberación. Si hay poca rev = “seca”, incómodo para el intérprete, si hay mucha rev = falta claridad. - Cámara anecoica: sin reflexiones.

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- Métodos informáticos para cálculo del Tr y diseño de la geometría de la sala. No son del todo exactos, hay que medirlo en la sala ya construida y corregirlo variando los materiales absorventes. - Otros factores para salas adecuadas para música: Tr. según frecuencia, más largo para las bajas aprox. T(100 Hz) = 1,6* Tr(500 Hz) Uniformidad de la reverb. en todos los sitios de la sala nº de instrumentos adecuado: pocos = cerca del ruido, muchos = desagradable Que no haya ecos, ni ecos pulsantes (mejor paredes no paralelas). Intimidad: menos de 20 mseg. entre el sonido directo y el primer eco (se consigue con paneles en escenario).

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