Acústica

Electrónica. Sonido. Decibelios. Niveles. Oscilador. Pulsaciones. Presión. Potencia. Vibración. Fonoabsorbentes

  • Enviado por: Wichapelex
  • Idioma: castellano
  • País: Guatemala Guatemala
  • 60 páginas
publicidad
cursos destacados
Cálculo Integral
Cálculo Integral
Curso básico de cálculo integral de una sola variable. Se parte desde los conceptos básicos como...
Ver más información

Lógica y Demostraciones para la Universidad
Lógica y Demostraciones para la Universidad
El curso de "Lógica y demostraciones"  es un curso básico que debe conocer cualquier...
Ver más información

publicidad

INTRODUCCIÓN

Aplicada a edificios, la acústica es la creación de condiciones necesarias para escuchar cómodamente y de los medios para controlar los ruidos. La acústica es arte y ciencia, porque el concepto de lo que es comodidad y lo que es ruido depende de la forma y la función del local que se está proyectando. Un sonido que para una persona no es demasiado fuerte, para otra puede ser molesto; lo que es confortable en una fábrica puede ser indeseable en una escuela; la música que disfruta un aficionado puede considerarse como ruido para un vecino que está tratando de dormir. El ruido es un sonido indeseable.

Los sonidos se caracterizan por el tono o frecuencia, intensidad o fuerza, y distribución espectral de energía o calidad. Una persona promedio puede escuchar de 20 a 20000 cps (ciclos o vibraciones por segundo). Los sonidos de alta frecuencia o de tono alto molestan más a la mayoría de las personas que los sonidos de tono bajo de la misma intensidad. Sin embargo, los sonidos de tono alto se atenúan más rápidamente en el aire que los de tono bajo.

La intensidad es una evaluación subjetiva de la presión del sonido o su nivel. Debido a que la respuesta humana a la fuerza del sonido varía con la frecuencia, cualquier medida de fuerza debe, de alguna manera, incluir la frecuencia así como la presión o la intensidad para que pueda ser importante en la acústica de las construcciones. Además, los cambios en la respuesta humana a la fuerza dependen de la relación de las intensidades del sonido. En la acústica, la relación 10:1 se llama bel. En la práctica, la unidad que se utiliza con mayor frecuencia es el decibel (dB), que es igual a 0.1 bel.

A continuación profundizaremos un poco más sobre lo que es la acústica, específicamente aplicada a la arquitectura, es decir, a los espacios habitables por el hombre.

OBJETIVOS

Muchas veces, en nuestra labor de arquitectos, no le damos a la acústica la importancia que tiene en la arquitectura. Podemos sacar fruto de muchos espacios arquitectónicos tomando en cuenta, planificando, y adecuando el espacio a la acústica. Para esto es necesario entenderla y dominarla.

Es muy importante conocer los efectos que se pueden alcanzar por medio de la acústica. En algunos lugares es más importante su aplicación que en otros y por lo tanto se trabaja de forma distinta. No es lo mismo la acústica para un auditórium, cine o teatro, que para una casa; sin embargo, para el hombre es importante sentirse cómodo dondequiera que esté y por eso hay que cuidar la acústica hasta en los lugares menos pensados.

La acústica involucra muchos temas que es necesario manejar también para poder entenderla a fondo. A continuación se explicarán detalladamente cada uno de ellos y se expondrán ejemplos que facilitarán su comprensión.

SONIDO

El sonido es la vibración de un medio elástico, bien sea gaseoso, liquido o sólido. Cuando nos referimos al sonido audible por el oído humano, estamos hablando de la sensación detectada por nuestro oído, que producen las rápidas variaciones de presión en el aire por encima y por debajo de un valor estático. Este valor estático nos lo da la presión atmosférica (alrededor de 100.000 pascals) el cual tiene unas variaciones pequeñas y de forma muy lenta, tal y como se puede comprobar en un barómetro.

Acústica
Acústica
¿Cómo son de pequeñas y de rápidas las variaciones de presión que causan el sonido?. Cuando las rápidas variaciones de presión se centran entre 20 y 20.000 veces por segundo (igual a una frecuencia de 20 Hz a 20 kHz) el sonido es potencialmente audible aunque las variaciones de presión puedan ser a veces tan pequeñas como la millonésima parte de un pascal. Los sonidos muy fuertes son causados por grandes variaciones de presión, por ejemplo una variación de 1 pascal se oiría como un sonido muy fuerte, siempre y cuando la mayoría de la energía de dicho sonido estuviera contenida en las frecuencias medias (1kHz - 4 kHz) que es donde el oído humano es más sensitivo. El sonido lo pueden producir diferentes fuentes, desde una persona hablando hasta un altavoz, que es una membrana móvil que comprime el aire generando ondas sonoras.

FRECUENCIA HZ

Como hemos visto el sonido se produce como consecuencia de las compresiones y expansiones de un medio elástico, o sea, de las vibraciones que se generan en él.

Acústica
La frecuencia de una onda sonora se define como el número de pulsaciones (ciclos) que tiene por unidad de tiempo (segundo). La unidad correspondiente a un ciclo por segundo es el hertzio (Hz).

Las frecuencias más bajas se corresponden con lo que habitualmente llamamos sonidos "graves”, son sonidos de vibraciones lentas. Las frecuencias mas altas se corresponden con lo que llamamos "agudos" y son vibraciones muy rápidas.

El espectro de frecuencias audible varia según cada persona, edad etc. Sin embrago, como se mencionó anteriormente, normalmente se acepta como los intervalos entre 20 Hz y 20 kHz.

DECIBELIOS O dB

El decibelio es una unidad logarítmica de medida utilizada en diferentes disciplinas de la ciencia. En todos los casos se usa para comparar una cantidad con otra llamada de referencia. Normalmente el valor tomado como referencia es siempre el menor valor de la cantidad. En algunos casos puede ser un valor promediado aproximado.

En Acústica la mayoría de las veces el decibelio se utiliza para comparar la presión sonora, en el aire, con una presión de referencia. Este nivel de referencia tomado en Acústica, es una aproximación al nivel de presión mínimo que hace que nuestro oído sea capaz de percibirlo. El nivel de referencia varía lógicamente según el tipo de medida que estemos realizando. No es el mismo nivel de referencia para la presión acústica, que para la intensidad acústica o para la potencia acústica. A continuación se dan los valores de referencia.

  • Nivel de Referencia para la Presión Sonora (en el aire) = 0.00002 = 2E-5 Pa (rms)

  • Nivel de Referencia para la Intensidad Sonora (en el aire) = 0.000000000001 = 1E-12 w/m^2

  • Nivel de Referencia para la Potencia Sonora (en el aire) = 0.00000000001 = 1E-12 w

Como su nombre indica el decibelio es la décima parte del Bel. El Bel es el logaritmo en base 10 de la relación de dos potencias o intensidades. No obstante esta unidad resulta demasiado grande por lo que se ha normalizado el uso de la décima parte del Bel, siendo el decibel o decibelio. La formula para su aplicación es la siguiente, partiendo que la intensidad acústica en el campo lejano es proporcional al cuadrado de la presión acústica, se define el nivel de presión sonora como:

- Lp = 10log (p^2/pr) = 20 log p/pr

Siendo Lp = Nivel de Presión sonora; p la presión medida; pr la presión de referencia (2E-5 Pa)

Como es fácil ver el nivel de referencia siempre se corresponde con el nivel de 0 dB:

- Lp = 20log (0.00002/0.00002) = 20log(1) = 20 * 0 = 0 dB

Por la tanto en 0 dB tenemos el umbral de audición del oído humano, se supone que no es posible oír por debajo de este nivel, o sea variaciones de nivel en la presión del aire inferiores a 0,00002 pascal.

La razón por la que se utiliza el decibelio, es que si no, tendríamos que estar manejando números o muy pequeños o excesivamente grandes, llenos de ceros, con lo que la posibilidad de error seria muy grande al hacer cálculos. Además, también hay que tener en cuenta que el comportamiento del oído humano esta mas cerca de una función logarítmica que de una lineal, ya que no percibe la misma variación de nivel en las diferentes escalas de nivel, ni en las diferentes bandas de frecuencias.

SISTEMA DE NOTACIÓN DEL DECIBELIO

El uso del decibel (dB) es frecuente encontrarlo en trabajos de comunicación. La palabra decibel es originada de la palabra Bel, cuyo nombre que se le dio en honor a Alexander Graham Bell.

Esta notación permite la compresión de una escala o expansión de la misma tal como se requiere para la simplificación de cálculos en donde se involucran cantidades muy grandes.

Los sentidos de los seres humanos como el tacto, vista, oído, el sentido de lo pesado, etc., todas son funciones logarítmicas, esto es, la presencia de un cambio a un estímulo apenas perceptible es proporcional al estímulo ya existente (Ley de Weber-Frechner). Relaciones iguales humanamente percibidas parecen ser igual a los incrementos. Pero la sensibilidad de varios sentidos no son las mismas.

Las diferencias típicas son:

Sensibilidad a los cambios de la intensidad de la luz: 1% = 0.087 dB.

Sensibilidad al cambio de la longitud de una línea: 2% = 0.176 dB.

Sensibilidad al sentido de cambio de peso: 10% = 0.915 dB.

Sensibilidad a los cambios de sonoridad: 30% = 3dB.

La definición del Bel es: