DIRECTIVIDAD DE UN ALTAVOZ

Introducción:

Las fuentes sonoras vienen caracterizadas por dos parámetros:

• Potencia emitida.

• Directividad.

En esta práctica estudiaremos las curvas de directividad de un altavoz. Se define la directividad de una fuente para una dirección cualquiera como el cociente entre la intensidad que emite la fuente en esa dirección dividido entre la intensidad que emitiría si la fuente fuera puntual.

Las curvas de directividad nos dan una idea de cómo es radiada la energía acústica de un altavoz en función de la dirección en que se encuentre el receptor.

Objetivos y forma de operar:

El objetivo de nuestra práctica es representar las curvas de directividad de un altavoz para diferentes frecuencias, para posteriormente analizarlas y estudiarlas. Para ello, utilizaremos un altavoz como emisor y un sonómetro como receptor, ambos estarán separados una distancia de unos 25 cm aproximadamente, distancia que se medirá entre el micrófono del sonómetro y el altavoz. En cuanto a nuestro sonómetro trabajaremos con él utilizando la ponderación A y mediremos y anotaremos siempre la presión instantánea, escogiendo el valor mínimo que observemos en la pantalla del sonómetro durante un periodo de tiempo de 10 segundos aproximadamente.

En primer lugar mediremos con el sonómetro el ruido de fondo, que debe estar al menos 6 dB por debajo del mínimo nivel de medida con el altavoz en funcionamiento, para así poder considerar el ruido de fondo despreciable sobre las medidas que realizaremos. El nivel del ruido de fondo que medimos para nuestra práctica fue de 54.3 dB, como vemos este valor es bastante alto, esto es debido a la mala insonorización de la habitación en la que nos encontramos así como a posibles fuentes de emisión como pueden ser fluorescentes, los movimientos de nuestros compañeros en el exterior........ Una vez medido el ruido de fondo ajustamos la atenuación, para ello colocaremos el sonómetro en la posición de 0º frente al altavoz, situaremos la frecuencia del generador en 4000 Hz y partiendo de una atenuación 0 iremos variando esta hasta que obtengamos en el sonómetro una medida de 90 dB. Hecho esto nos disponemos a realizar las medidas de presión sonora para 2000, 4000 y 8000 Hz, midiendo en cada caso en las posiciones de 0º, 30º, 60º ......... Es decir, en intervalos de 30º como viene indicado en la plantilla hasta completar la circunferencia sobre la que representaremos las curvas de directividad.

NOTA: Para las medidas de presión sonora anotaremos el mínimo valor que parezca reflejado en la pantalla del sonómetro durante el periodo de tiempo que empleemos para efectuar la medida.

Las medidas que obtuvimos para cada una de las frecuencias han sido las siguientes.

Frecuencia de 8khz.

Presión sonora medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

Frecuencia de 4khz.

Presión sonora medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

Frecuencia de 2khz.

Presión sonora medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

Tener en cuenta que por ajustar a números enteros cometemos un error de ± 1dB.

Como también nos interesa obtener las curvas de directividad para las frecuencias bajas realizaremos las mismas medidas para 500 y 1000 Hz, como a estas frecuencias la presión acústica es menor que para las frecuencias altas tendremos que proceder de la siguiente forma: Con el mismo ajuste de la atenuación que teníamos seleccionamos la frecuencia de 1000 Hz y anotamos la presión sonora con el sonómetro situado en 0º, que para nuestro caso resulto 55.5 dB, ahora ajustamos el atenuador al máximo y medimos de nuevo la presión sonora con el sonómetro en la misma posición 0º, la medida tomada fue de 81.3 dB.

La diferencia obtenida será:

La cantidad obtenida de la diferencia de las dos medidas realizadas se la restaremos a las medidas que obtengamos para las frecuencias de 500 y 1000 Hz. Con esto lo que tratamos de conseguir es poder realizar las medidas para bajas frecuencias pero con una alta atenuación, con lo cual el ruido de fondo no nos afectará de forma considerable en nuestras medidas.

Las medidas obtenidas para las frecuencias anteriormente mencionadas son:

Frecuencia de 1khz.

Presión sonora medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

Frecuencia de 0.5khz.

Presión sonora medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

De la tabla anterior y efectuando la resta de 25.8 dB a cada una de las medidas que obtuvimos resulta la siguiente tabla:

Frecuencia de 1khz.

Presión sonora rectificada medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

Frecuencia de 0.5khz.

Presión sonora medida en decibelios para cada ángulo de posición en grados.

Tener en cuenta que por ajustar a números enteros cometemos un error de ± 1dB.

A continuación representamos la gráfica del índice de directividad para la dirección de 0º. En el eje de las ordenadas se representan los decibelios y en el eje de las abscisas los hertzios. El índice de directividad (DI) para cada frecuencia se calcula en base a la siguiente expresión:

Cuestiones:

¿Las curvas de directividad son simétricas respecto del eje de 0º-180º? ¿Por qué? Si la práctica se hubiese hecho en una habitación con unas condiciones de aislamiento adecuadas, es decir, en ausencia de ruido de fondo, las curvas tendrían que salir simétricas, pero como podemos observar este no es nuestro caso, lo cual es comprensible ya que para nuestro caso tenemos un ruido de fondo de 54.3 dB lo que hace que las medidas tomadas tengan un considerable error, además también hemos de tener en cuenta nuestra presencia dentro de la habitación, que también afectará sobre las medidas realizadas. Mas o menos las curvas obtenidas se pueden considerar aceptables ya que el altavoz si se comporta de forma simétrica.

¿Afecta la posición del observador a las medidas? Lógicamente tiene que afectar, puesto que si el observador está cerca de la fuente (altavoz en nuestro caso), las ondas sonoras pueden ser absorbidas en parte por el observador o pueden rebotar, esto hace que las medidas tomadas puedan variar. Este efecto será aun mayor para las frecuencias más bajas, ya que a estas frecuencias el observador absorbe mas cantidad de energía de la onda emitida por la fuente.

¿Por qué el ruido de fondo debe estar a 6 decibelios por debajo del valor de las medidas? Esto ha de ser así para que la diferencia entre el nivel de presión del ruido y el nivel de nuestras medidas sea lo suficientemente grande como para poder considerar al ruido de fondo despreciable.

¿Para qué frecuencias el nivel de presión es máximo? ¿Por qué? El nivel de presión sonora es máximo para frecuencias comprendidas aproximadamente entre 3500 y 4500 Hz, esto se puede comprobar perfectamente con las curvas de nivel de sonoridad del oído humano, donde este alcanza su mayor sensibilidad a dichas frecuencias, como el sonómetro tiene unas ponderaciones que hacen que actúe como nuestro oído, también será para estas frecuencias donde se obtendrá el nivel de presión sonora máximo. Esto también lo podemos justificar con la potencia emitida por el altavoz, ya que a mayor frecuencia mayor será la potencia emitida por el altavoz.

Si con este altavoz se escuchara música, ¿de qué forma la posición del oyente respecto al altavoz afectaría a la audición? ¿Se oiría de forma distinta una nota aislada tocada por ejemplo por una flauta? Según la posición del oyente (con un ángulo u otro respecto del altavoz), las frecuencias más graves o las frecuencias más agudas se escucharán mejor o peor. Así por ejemplo, una nota tocada por una flauta podría distinguirse mejor que la nota tocada por una trompeta según la posición en la que se colocase el oyente respecto del altavoz, esto es debido a que cada instrumento produce la misma nota con diferente timbre, esto hace que el oído pueda percibir la nota tocada por cada instrumente.

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