generacion de ondas de sonido

ELECTROACUSTICA A9607-5

GENERACION DE ONDAS DE SONIDO

1.- OBJETIVO GENERAL

El objetivo principal de este laboratorio es generar sonido de las ondas a diferentes frecuencias.

2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS

Conocer los conceptos bsicos sobre ondas, sus parmetros y caractersticas.

Conocer las herramientas de MATLAB y la interfaz grfica GUIDE.

Generar sonido de manera simple con MATLAB.

Crear una interfaz grfica para generar sonidos a diferentes frecuencias.

3.- ASPECTOS TEORICOS

En fsica, una onda es una propagacin de una perturbacin de alguna propiedad de un medio, por ejemplo,

densidad, presin, campo elctrico o campo magntico, que se propaga a travs del espacio transportando

energa. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vaco.

Elementos de una Onda

Cresta: La cresta es el punto ms alto de dicha amplitud o punto mximo de saturacin de la onda. Perodo: El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de mxima amplitud al

siguiente. Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Ntese

que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.

Frecuencia: Nmero de veces que es repetida dicha vibracin. En otras palabras, es una simple repeticin de valores por un perodo determinado.

Valle: Es el punto ms bajo de una onda. Longitud de onda: Distancia que hay entre dos crestas consecutivas de dicho tamao.

Las magnitudes que van a entrar en juego en el estudio matemtico de estas ondas son:

El perodo es el tiempo que transcurre entre la generacin de un pulso y el siguiente. Se representa por la letra " T " y en el S.I. se mide en segundos.

La longitud de onda es la distancia que existe entre dos pulsos consecutivos. Se representa por la letra " l " y en el S.I se mide en metros.
http://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%ADsicahttp://es.wikipedia.org/wiki/Densidadhttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_el%C3%A9ctricohttp://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9ticohttp://es.wikipedia.org/wiki/Espacio_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Airehttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Metalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Vac%C3%ADo_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Per%C3%ADodo_de_oscilaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Amplitud_(f%C3%ADsica)http://es.wikipedia.org/wiki/Frecuenciahttp://es.wikipedia.org/wiki/Longitud_de_ondajavascript:newventana('../../../../Ayudas/SIunidades/unidades.htm')javascript:newventana('../../../../Ayudas/SIunidades/unidades.htm')


La velocidad de propagacin es el cociente entre el desplazamiento que experimenta un pulso y el tiempo insumido.

Si consideramos un desplazamiento igual a la longitud de onda, el tiempo insumido es el perodo, pudiendo expresar la velocidad de la siguiente manera:.

La frecuencia es la inversa del perodo, es decir representa el nmero de pulsos generados por unidad de tiempo y en el S.I se mide en Hz. (Hertz)

Ecuacin de onda

Una forma habitual de introducir los parmetros que intervienen en la descripcin de ondas es a partir de una definicin previa y justificar su significado posteriormente en la funcin de onda. Algunos trminos son ya conocidos de etapas previas, por ejemplo amplitud como valor mximo que puede alcanzar la perturbacin o la frecuencia como rapidez con que cambia la perturbacin en un punto.

Ondas armnicas en una cuerda.

Muchas de las caractersticas de las ondas dependen de la forma como se genera la perturbacin en el punto origen o FOCO de la onda. Consideremos de nuevo el caso de una cuerda tensa y supongamos que uno de sus puntos - Origen - realiza el movimiento oscilatorio causado por un muelle sujeto a l.

El desplazamiento vertical, se transmite en sucesivos instantes a los puntos vecinos y constituye la onda propagndose en direccin horizontal. A esta onda que se genera durante un tiempo suficientemente largo se le suele llamar TREN DE ONDAS para distinguirla del PULSO.

Dibujando el desplazamiento vertical de todos los puntos de la cuerda y congelando la figura para compararlos en el mismo instante, apreciamos que su valor vara espacialmente como una funcin seno.

Escogemos un punto de la cuerda para dibujar en l la magnitud y direccion del desplazamiento. Observamos que hay otros puntos con el mismo valor separados por la distancia que se conoce como LONGITUD DE ONDA. Esta longitud mnima entre dos puntos con el mismo estado de perturbacion es la periodicidad espacial de la onda y se representa por landa l.

La funcin espacial del seno, con un valor mximo que denominamos A -AMPLITUD- , puede escribirse como

Para una posicion x determinada la fase varia respecto al tiempo como podemos ver en una representacin temporal. En una cuerda representa al desplazamiento vertical en cada instante si bien en este caso particular tambin puede representar el movimiento

puntual de masa. Esto, que solo es posible en medios materiales con propiedades elsticas, no da lugar sin embargo a transporte neto de materia cuando la onda se propaga.
javascript:newventana('../../../../Ayudas/SIunidades/unidades.htm')javascript:top.ondaMuelleWin.document.OndaMuelle.doMethod('DirPropOn')javascript:top.ondaMuelleWin.document.OndaMuelle.doMethod('MovOndOff')javascript:top.ondaMuelleWin.document.OndaMuelle.doMethod('PausaOn')

ELECTROACUSTICA A9607-5 Observamos que la nueva grfica tambin es un seno, donde se repite el mismo valor en intervalos de tiempo T llamado PERIODO.

Supongamos que el punto observado corresponde a x=0, su desplazamiento

es un movimiento armnico simple (MAS) que coincide con el que realiza el extremo del muelle descrito por

Como el elemento de cuerda realiza el MAS con el mismo periodo y amplitud que el muelle, comparando ambas expresiones se obtiene una relaccion entre el periodo y la longitud de onda

Comprobamos que T es tambin el tiempo para que un cierto valor de la onda, determinado por la fase, llegue al siguiente punto separado la distancia de una longitud de onda. Esto nos lleva a interpretar la VELOCIDAD DE LA ONDA como aquella con la que recorre una longitud de onda en el tiempo de un periodo

Por ser la velocidad con que se transmite la fase de la funcin de onda,se le conce tambin comoVELOCIDAD DE FASE.

Si introducimos la frecuencia angular o PULSACION como el numero de periodos en dos pi segundos

y la frecuencia espacial o NUMERO DE ONDAS como el numero longitudes de onda en dos pi metros

la funcin de onda puede escribirse como

Tipos de ondas

La fsica distingue entre dos tipos de ondas fundamentales, las ondas materiales que requieren un medio material para propagarse, y las ondas electromagnticas que no requieren un medio material.

Las ondas materiales, se transmiten por la vibracin de las partculas que integran el medio por el que estas viajan. En este caso, el medio es fundamental para la transmisin de la perturbacin, siendo de partcula a partcula. La energa se transmite gracias a las condiciones elsticas del medio.

ELECTROACUSTICA A9607-5 En cambio las ondas electromagnticas se transmiten por las modificaciones que sufren los campos magnticos y elctricos, transmitindose en el vaco.

La velocidad a que se propagan las ondas electromagnticas, depende de la constante dielctrica "e" y la permeabilidad magntica del medio "m". En caso de transmitirse por el vaco, su velocidad ser

No obstante lo expresado anteriormente, las ecuaciones que describen el comportamiento de ambos tipos de ondas son las mismas y en ambos casos, lo que se transporta es energa.

Tambin las ondas, pueden ser clasificadas segn el comportamiento que tiene la perturbacin en relacin a la propagacin de la onda.

Tendremos entonces, ondas que se propagan en una direccin , mientras que las partculas del medio se mueven en direccin perpendicular a dicha propagacin (caso de ondas en una cuerda) y las llamaremos ondas transversales

En cambio cuando comprimimos un resorte, se observa que la direccin del movimiento de las partculas es la misma que la de la onda. A este tipo de ondas se les llama longitudinales.

Las ondas o perturbaciones longitudinales pueden tener como ejemplo claro el de la propagacin del sonido. Para entenderlo basta con pensar el movimiento de pistn que realiza el cono de un parlante donde podemos observar que se mueve en la misma direccin en que se propaga el sonido.

MATLAB

MATLAB (abreviatura de MATrix LABoratory, "laboratorio de matrices") es un software matemtico que ofrece un entorno de desarrollo integrado (IDE) con un lenguaje de programacin propio (lenguaje M). Est disponible para las plataformas Unix, Windows y Apple Mac OS X.

Entre sus prestaciones bsicas se hallan: la manipulacin de matrices, la representacin de datos y funciones, la implementacin de algoritmos, la creacin de interfaces de usuario (GUI) y la comunicacin con programas en otros lenguajes y con otros dispositivos hardware. El paquete MATLAB dispone de dos
javascript:newventana('../../../Electrostatica/Teorico/Coulomb/centro.htm#Unidad de carga elctrica')javascript:newventana('../../../Electromagnetismo/Teorico/Flujomagnetico/centro.htm#Ley')http://es.wikipedia.org/wiki/Entorno_de_desarrollo_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Unixhttp://es.wikipedia.org/wiki/Windowshttp://es.wikipedia.org/wiki/Mac_OS_Xhttp://es.wikipedia.org/wiki/Matriz_(matem%C3%A1tica)http://es.wikipedia.org/wiki/Algoritmohttp://es.wikipedia.org/wiki/GUIhttp://es.wikipedia.org/wiki/Lenguaje_de_programaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Hardware

ELECTROACUSTICA A9607-5 herramientas adicionales que expanden sus prestaciones, a saber, Simulink (plataforma de simulacin multidominio) y GUIDE (editor de interfaces de usuario - GUI). Adems, se pueden ampliar las capacidades de MATLAB con las cajas de herramientas (toolboxes); y las de Simulink con los paquetes de bloques (blocksets).

Es un software muy usado en universidades y centros de investigacin y desarrollo. En los ltimos aos ha aumentado el nmero de prestaciones, como la de programar directamente procesadores digitales de seal o crear cdigo VHDL.

INTERFAZ GRAFICA DE USUARIO EN MATLAB (GUIDE)

GUIDE es un entorno de programacin visual disponible en MATLAB para realizar y ejecutar programas que necesiten ingreso continuo de datos. Tiene las caractersticas bsicas de todos los programas visuales como Visual Basic o Visual C++. INICIO Para iniciar nuestro proyecto, lo podemos hacer de dos maneras: a) Ejecutando la siguiente instruccin en la ventana de comandos: >> guide b) Haciendo un click en el cono que muestra la figura:

Se presenta el siguiente cuadro de dilogo:

Se presentan las siguientes opciones: a) Blank GUI (Default) La opcin de interfaz grfica de usuario en blanco (viene predeterminada), nos presenta un formulario nuevo, en el cual podemos disear nuestro programa. b) GUI with Uicontrols Esta opcin presenta un ejemplo en el cual se calcula la masa, dada la densidad y el volumen, en alguno de

los dos sistemas de unidades. Podemos ejecutar este ejemplo y obtener resultados.

c) GUI with Axes and Menu
http://es.wikipedia.org/wiki/Softwarehttp://es.wikipedia.org/wiki/Procesador_digital_de_se%C3%B1alhttp://es.wikipedia.org/wiki/VHDL

ELECTROACUSTICA A9607-5 Esta opcin es otro ejemplo el cual contiene el men File con las opciones Open, Print y Close. En el formulario tiene un Popup menu, un push button y un objeto Axes, podemos ejecutar el programa eligiendo alguna de las seis opciones que se encuentran en el men despegable y haciendo click en el botn de comando. d) Modal Question Dialog Con esta opcin se muestra en la pantalla un cuadro de dilogo comn, el cual consta de una pequea

imagen, una etiqueta y dos botones Yes y No, dependiendo del botn que se presione, el GUI retorna el

texto seleccionado (l

Para obtener la etiqueta de cada elemento de la paleta de componentes ejecutamos: File>>Preferentes y seleccionamos Show names in component palette. Tenemos la siguiente presentacin:

PROPIEDADES DE LOS COMPONENTES

Cada uno de los elementos de GUI, tiene un conjunto de opciones que acceder con click derecho. Aparece el

siguiente submen:

COMPONENTES CONTROL

DESCRIPCIN

Push Button Genera una accin Slider Representa un rango de valores Radio Button Representa una opcin Check Box Indica el estado de una opcin Edit Text Para editar texto Static text Muestra un string de texto Pop-up Menu Provee una lista de opciones Listbox Lista deslizable Toggle Button Genera una accin on, off Axes Para graficar Panel Visualiza grupo de controles Button Grup Es un panel exclusivo para radio buttons y

toggle buttons ActiveX Control Despliega controles ActiveX en Gui


La opcin Property Inspector nos permite personalizar cada elemento.

Al hacer click derecho en el elemento ubicado en el rea de diseo, una de las opciones ms importantes es

View Callbacks, la cual, al ejecutarla, abre el archivo .m. asociado a nuestro diseo y nos posiciona en la

parte del programa que corresponde a la subrutina que se ejecutar cuando se realice una determinada

accin sobre el elemento que estamos editando.

FUNCIONAMIENTO DE UNA APLICACIN GUI Una aplicacin GUIDE consta de dos archivos: .m y .fig. El archivo .m es el que contiene el cdigo con las correspondencias de los botones de control de la interfaz y el archivo .fig contiene los elementos grficos. Cada vez que se adicione un nuevo elemento en la interfaz grfica, se genera automticamente cdigo en el

archivo .m. Para ejecutar una Interfaz Grfica, si la hemos etiquetado con el nombre curso.fig, simplemente

ejecutamos en la ventana de comandos >> curso. O haciendo click derecho en el m-file y seleccionando la

opcin RUN.

Todos los valores de las propiedades de los elementos (color, valor, posicin, variables transitorias del programa se almacenan en una estructura, los cuales son accedidos mediante un nico y mismo puntero para todos estos. Tomando por ejemplo el programa listado anteriormente el puntero se asigna en: handles.output = hObject;

handles, es nuestro puntero a los datos de la aplicacin. Esta definicin de puntero es salvada con la siguiente instruccin:guidata(hObject, handles); guidata, es la sentencia para salvar los datos de la aplicacin.

ELECTROACUSTICA A9607-5 Aviso: guidata es la funcin que guarda las variables y propiedades de los elementos en la estructura de datos de la aplicacin, por lo tanto, como regla general, en cada subrutina se debe escribir en la ltima lnea lo siguiente: guidata(hObject,handles); Esta sentencia nos garantiza que cualquier cambio o asignacin de propiedades o variables quede almacenado. Por ejemplo, si dentro de una subrutina una operacin dio como resultado unavariable utpl para poder utilizarla desde el programa u otra subrutina debemos salvarla de la siguiente manera: handles.utpl=utpl; guidata(hObject,handles); La primera lnea crea la variable utpl a la estructura de datos de la aplicacin apuntada por handles y la segunda graba el valor. SENTENCIAS GET Y SET La asignacin u obtencin de valores de los componentes se realiza mediante las sentencias get y set. Por ejemplo si queremos que la variable utpl tenga el valor del Slider escribimos utpl= get(handles.slider1,'Value'); Notar que siempre se obtienen los datos a travs del puntero handles. Para asignar el valor a la variable utpl al statictext etiquetada como text1 escribimos: set(handles.text1,'String',utpl);%Escribe el valor del Slider...%en static-text

MANEJO DE ARCHIVOS DE SONIDO

El computador funciona de forma discreta, no en forma continua, es decir, trabaja con nmeros, que

guardamos en vectores.

Un ejemplo de vector es [1,2,3,4,5,6,10] .

Para hacer sonidos necesitamos una seal que en este caso es un vector con muchos nmeros, de repente

millones. Este vector tiene que contener el sonido.

Un sonido es una vibracin, una onda, que la vemos de forma sinuidal o de forma parecida (En realidad es

consecuencia de ello pero para formar una idea buena lo planteo as).

Lo que se guarda en el vector son valores de la seal. Una analoga para entender esto la visualizo as: Una

cuerda que se mueve, vibrando (Fig. 1) y le sacamos una foto en un instante. Cuando la cuerda esta quieta,

no vibrando, decimos que est en el valor cero (Fig. 2). Mientras empieza a moverse de izquierda a derecha

va adquiriendo valores, los que medimos al medio de la cuerda desde el punto donde esta quieta -cuando

esta en cero- (Fig.3), su elongacin mxima ser 1 a la derecha, y -1 a la izquierda (Fig.5 y 6).
http://es.wikipedia.org/wiki/Se%C3%B1al_digitalhttp://es.wikipedia.org/wiki/Sonidohttp://3.bp.blogspot.com/_Ep6DnIy71qM/Rapr4_bTyYI/AAAAAAAAAAk/n2TK1aORDoQ/s1600-h/01.JPG


Bueno, con cada foto que le saque a mi onda que represent como cuerda, tendr un valor que guardar en

el vector. Pero como el movimiento es una vibracin, tengo que guardar estos valores cada cierto intervalo

de tiempo, algo as como sacar fotos cada 1 segundo a mi onda, y es ah donde aparece el concepto de

La frecuencia de Muestreo fm. Es la cantidad de muestras (fotos en mi analoga), que se toman en 1

Hz], pues

muestreo (tomo una foto), 1 vez por segundo.

Lo que guardo es lo que se ve arriba

Frecuencia de muestreo

Lgicamente cuando tengo una mayor frecuencia de muestreo mejor ser la calidad del sonido, porque

estar representando con ms puntos mi funcin.

Por ejemplo el telfono funciona a 8000 [Hz], y se escucha ms o menos no ms, (Sobre todo cuando hacen

esos contactos con las unidades mviles en la Radio); Los CD tienen una frecuencia de muestreo de

44.100[Hz] la radio de 22100[Hz], bueno como dato no ms.
http://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Frecuencia_de_muestreo#Frecuencias_de_muestreo_para_audio_y_v.C3.ADdeohttp://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Herciohttp://3.bp.blogspot.com/_Ep6DnIy71qM/Raptk_bTyZI/AAAAAAAAAAs/crBtqgW00uQ/s1600-h/02.JPGhttp://3.bp.blogspot.com/_Ep6DnIy71qM/Rapt3_bTyaI/AAAAAAAAAA0/Wx3WbFL1XGM/s1600-h/03.JPGhttp://3.bp.blogspot.com/_Ep6DnIy71qM/Raptk_bTyZI/AAAAAAAAAAs/crBtqgW00uQ/s1600-h/02.JPGhttp://3.bp.blogspot.com/_Ep6DnIy71qM/Rapt3_bTyaI/AAAAAAAAAA0/Wx3WbFL1XGM/s1600-h/03.JPG


4.- ASPECTOS PRACTICOS

Para realizar nuestro laboratorio, con ayuda de todos los aspectos teoricos ya revisados en la anterior

seccin, empezaremos definiendo la ecuacin de la onda que programaremos.

Sabiendo que la ecuacin de una onda, es una de carcter trigonomtrico, la ecuacin de esta ser:

Con esta ecuacin ya podemos identificar, a nuestra amplitud que es de 5, adems de la velocidad angular

que contiene o depende de la frecuencia y esta es la que variara en nuestra interfaz.

Ya identificados nuestros parmetros procedamos a realizar una programa en matlab , es deir un archivo .m

que reprodusca el sonida y grafique parte de esta. Entonces analicemos el siguiente programa.

Con este programa vemos y reconocemos que significa, cada parmetro. En primer lugar definimos la

frecuencia de muestreo, esto se refiere a los puntos que sern tomados en cuenta para que la grafica no

sea tan cuadrada y nos permita apreciar bien las carcteristicas.

La frecuencia de sonido, esta definida a nuestra variable f de nuestra ecuacin de onda, por el momento la

definiremos con un valor.

La duracin del sonido ser como se ve de 2 segundos esta se puede cambiar. La seal que introduciremos

Definimos asi tambin los limitesdel grafico que dependern de la frecuencia de muestreo y de la frecuencia

del sonido, pa esto le damos nuevamente la ecuacin con x en funcin de t1.


Como vemos en la grafica, la amplitud es 5, nuestra frecuencia es casi 10000 con lo que el periodo es 2e-4,

con esto completamos nuestro primer paso.

Ahora para realizar nuestro GUI o interfaz de usuario debemos realizar los pasos para crear la interfaz el cual

debera ser modificada en PROPERTY INSPECTOR para quedar de esta manera.

Luego la programacin de cada botn en nuestro archivo .m quedara:

function varargout = SON1(varargin) % SON1 MATLAB code for SON1 .fig % SON1, by itself, creates a new SON1 or raises the existing % singleton*. % % H = SON1 returns the handle to a new SON1 or the handle to % the existing singleton*. % % SON1('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local % function named CALLBACK in SON1.M with the given input arguments. % % SON1('Property','Value',...) creates a new SON1 or raises the % existing singleton*. Starting from the left, property value pairs are % applied to the GUI b efore SON1_OpeningFcn gets called. An

generacion de ondas de sonido

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