tema3-acustica fisiologica

5/12/2018 Tema3-Acustica Fisiologica - slidepdf.com

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Tema 3: Acústica Fisiológica

3.1. El oído humano.3.2. Umbrales auditivos. Nivel de

sonoridad y sonoridad.

3.3. Tono y timbre. Frecuencias y anchosde banda normalizados3.4. Ruido.3.5. Escalas de ponderación. Índices.3.6. Medida del ruido: sonómetros,

analizadores espectrales, dosímetros.


3.1. El oído humano

Sistema auditivo: - Órgano de recogida de datos (oído externo y medio)- Órgano de conversión analógica-digital (oído interno)- Ordenador central (cerebro)

El mecanismo auditivo transforma la onda acústica en sensación de sonido.

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Cualidades del sonido

Sonoridad (Fuertes / Débiles)Relacionada con la intensidad

y frecuencia de forma no lineal

Tono (Agudos/Graves) Relacionado con la frecuencia

Timbre (Foco emisor) Relacionado con la composiciónespectral

Vínculo



118

0,990 0,992 0,994 0,996 0,998 1,000

P r

e s i ó n ( u . a . )

Flauta de pico, Do4

Flauta travesera, Do4

P r e s i ó n ( u . a . )

Tiempo (s)

500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000

P r

e s i ó n ( u . a . )

Flauta de pico, Do4

Flauta travesera, Do4

P r e s i ó n ( u . a . )

Frecuencia (Hz)





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Niveles

Respuesta del oídoNo lineal (Logarítmica)

10-12 W/m2 < I < 1 W/m2

Nivel de Intensidad: L I = 10 log I/I0 (decibeles, dB)I0 umbral de audición a 1 kHz = 10-12 W/m2

p (Pa) I (W/m2) L I (dB) Fuente

6.3 x 101 101 130 Umbral de dolor

2.0 x 101 100 120 Despegue avión

6.3 x 100 10-1 110 Máquina de remachado

2.0 x 100 10-2 100 Martillo neumático

6.3 x 10-1 10-3 90 Camión diésel a 15 m

2.0 x 10-1 10-4 80 Grito a 1 m

6.3 x 10-2 10-5 70 Oficina ocupada2.0 x 10-2 10-6 60 Conversación normal a 1 m

6.3 x 10-3 10-7 50 Área urbana tranquila (día)

2.0 x 10-3 10-8 40 Área urbana tranquila (noche)

6.3 x 10-4 10-9 30 Área suburbana tranquila (noche)

2.0 x 10-4 10-10 20 Campo tranquilo

6.3 x 10-5 10-11 10 Susurro

2.0 x 10-5 10-12 0 Umbral de audición



120

3.2. Umbrales auditivos. Nivel de sonoridad y sonoridad


Curvas isofónicas: Curvas de igual sensación sonora

Umbral auditivo: Depende de la frecuencia (máxima sensibilidad 3 kHz)

Umbral de molestia: 120 dB casi independiente de la frecuencia

NIVEL DE SONORIDAD (Ls) en fones: Nivel de intensidad en dB a 1 kHzque produce la misma sensación sonora



121

3.2. Umbrales auditivos. Nivel de sonoridad y sonoridad


SONORIDAD

fones40;2 10

40

S

L

LS S

Son: sonoridad de un tono puro de 1000 Hz y un nivel de intensidad de 40 dB.La sonoridad es aditiva mientras que el nivel de sonoridad no lo es.

Fletcher

Para estudiar la sonoridad de un sonido complejo se descompone en frecuenciassimples. En cada una de ellas se mide el nivel de intensidad, éste se convierte enfones y posteriormente a sones. Sumados los sones de cada frecuencia se obtiene lasonoridad del sonido complejo (Método de Barkhausen)

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3.3. Tono y Timbre. Frecuencias y anchos de banda normalizados


Tono: Cualidad acústica ligada a la frecuencia20-360 Hz Tonos graves360-1400 Hz Tonos medios1400-20000 Hz Tonos agudos

Se suele dividir la gama de audio en franjas o bandas de ancho variable.

Definiciones:

ci s

i scc

i

s

f f f f f

f f f f

f f

banda;deancho:

:centralfrecuencia:

inferior frecuencia:superior frecuencia:

1/3 OCTAVA

OCTAVA



123



Intervalo audible: Secubre con 10 bandas deoctava.

Cada banda de octava sedescompone en tresbandas de tercio deoctava

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TIMBRE: Cualidad acústica que nos permite distinguir entre dos sonidos deigual frecuencia fundamental e intensidad, emitidos por fuentes de distintanaturaleza. Está relacionado con la forma de la onda de presión.

ENMASCARAMIENTO: Un mismosonido emitido en dos ambientes

distintos puede resultar audible o no. Elefecto del enmascaramiento es ladiferencia (expresada en dB), que existeentre el nivel de intensidad que debetener el sonido para ser audible enpresencia de ruido de fondo y el umbralde audibilidad absoluto del mismosonido.

Dos características: i) Los tonos de igualfrecuencia que los de fondo son másenmascarados. ii) un tono enmascarafrecuencias mayores pero no inferiores.

A veces es beneficioso y otras perjudicial

Umbral de audición en presencia de una bandaestrecha de ruido, centrada en 1000 Hz y nivelvariable.



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3.4. Ruido


0,950 0,955 0, 960 0,965 0,970 0,975 0,980 0, 985 0,990 0, 995 1,000

-6000

-4000

-2000

0

2000

4000

6000

8000

P r e s i ó n (

u . a . )

Tiempo (s) 100 1000 10000

0

200

400

Frequency (Hz)

A m p l i t u d e

Distinción:

Sonido: sensación agradable

Señal periódica en el tiempo.Espectro con armónicos biendefinidos y situados periódicamente.Intensidad inferior a 1 W/m2

Ruido: sensación desagradableSeñal no periódica.Espectro con armónicos situadosaleatoriamente.Intensidad superior a 1 W/m2

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3.4.1. Tipos de ruido

Complejidad:

* Duración* Fluctuación* Espectro* Forma de propagación

Continuo Fluctuante Impulsivo

Blanco Rosa

L I

( d B )

t

L I

( d B )

t

L I

( d B )

t

L I

( d B )

Frecuencia

- 3 dB/octava L I ( d B )

Frecuencia

Contaminación acústica: ruido originado por la actividad humana quetiene efectos fisiológicos y psicológicos

3.4. Ruido




127

3.4.2. Efectos del ruido

3.4. Ruido


Efectos Auditivos:

*Pérdida permanente*Pérdida temporal*Otros efectos auditivos

Efectos No Auditivos:

*Efectos Fisiológicos*Efectos Psíquicos

Ruidos Impulsivos: Máximo 140 dB Daño inmediato y permanente

Ruidos continuados: Intensidad, frecuencia y tiempo exposición

t exposición moderado Desplazamiento temporal umbralt exposición prolongado Desplazamiento permanente umbral

128

3.4.2. Efectosdel ruido

3.4. Ruido


< 1



129

3.5. Escalas de ponderación. Índices


< 1

MOLESTIA POR RUIDO: Parámetro subjetivo. Necesidad introducirfactores correctivos en los niveles medidos para reproducir la respuestade los aparatos de medida a la del oído humano.

3.5.1. Redes de Ponderación- Factores por los que se modifica

la medida en cada frecuenciaen atención a la sensación subjetiva del oído

A: Respuesta del oído.Niveles débiles-medios(curva 40 fones)

B: Niveles medios-elevados(curva 70 fones)

C: Niveles muy elevadosruido de fondo(curva 100 fones)

Nivel de intensidad ponderado A: L I,A = L I medido con ponderación A (dBA)

130



< 1

3.5.2. Índices. Descriptores

- Exposición sonora (E ): Magnitud proporcional a la energíarecibida en un tiempo T.

Unidades: Pa2h o Pa2s.1 Pa2h corresponde aproximadamente a un nivel constante de 85dBA durante un tiempo de exposición de 8 h.

Éste índice se utiliza principalmente en el ámbito laboral.

T

Adt

p E

0

2



131



< 1


- Nivel continuo equivalente: ruido constante con el mismocontenido energético que el ruido real considerado L A,eq

También se puede expresar como suma:ti es el tiempo entre cada medida

10101

log10 i L

ieq t T

L

132



< 1


- Nivel de exposición a un ruido aislado (SEL): ruido constanteque si se mantuviera durante 1 segundo tendría el mismocontenido energético que el ruido aislado considerado.

Si el suceso presenta una duración de 1 segundo, el nivelequivalente y el SEL coinciden.

T

A dt p

t pSEL

0

2

0

2

)(log10

A partir de varios sucesosaislados se puede obtener elnivel equivalente:

sucesosn N

T L

N

i

SEL

eqi

º

;101

log101

10



133



< 1


- Nivel porcentual L 10, L 50, L 90: nivel de presión sonora (en dBA)que se sobrepasa durante el 10%, 50%, 90% del tiempo.

Ejemplo: Tenemos 10 datosmedidos con el sonómetroordenados:

60,65,70,72,80,81,90,91,92,92

L10: Nivel de ruido de pico. Es elpercentil 90 de la distribución, esdecir, el 90% de los datos estánpor debajo de esa cantidad. Es el92

L50: 80.

L90: Nivel de ruido de fondo. Esel percentil 10 (10% de los datospor encima de esa cantidad). Esel 65

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- Nivel promedio día-noche L A,eq,dn: nivel equivalente durante las24 h del día, aumentando 10 dB sobre los ruidos ocurridosdurante la noche (22 h 7 h).

- Nivel comunitario L A,eq,c: nivel equivalente durante las 24 h deldía, aumentando 10 dB sobre los ruidos ocurridos durante lanoche (22 h 7 h), y 5 dB los ocurridos durante la tarde (17 h-22h)

-Nivel de contaminación acústica L NP: tiene en cuenta el valorpromedio y el incremento de molestia causadas por lasfluctuaciones:

9010

típicadesv.;56.2

L L L L

L L

eq NP

eq NP

- Índice del ruido del tráfico TNI: Descriptor característico paraestudiar la molestia causada por el tráfico.

30)(4 909010

L L LTNI



137

3.6. Medida del ruido


3.6.1. Sonómetros

Instrumento de medida de magnitudes

acústicas, diseñado para responder al sonido demodo parecido al oído humano

Proporciona medidas reproducibles y objetivas

Preampli-

ficador

Micrófono

Redes

ponderación

Filtrosfrecuencia

AmplificadorDetector

RMS

Constantede tiempo

83.2

Pantalla

Salidaexterna

138



Preampli-ficador

Micrófono

Redesponderación

Filtros

frecuencia

AmplificadorDetector

RMS

Constante

de tiempo

83.2Pantalla

SalidaexternaMicrófonos: Tipo condensador .Pre-Amplificador : Como el nivel de potencia es muy bajo, es necesario amplificar la señalantes de someterla a cualquier tipo de análisis.Filtrado: para el análisis científico troceamos rango de frecuencias. Cuando queremosanalizar una señal compleja la sometemos a un filtrado con un filtro de octavas o de terciosde octavas.Red de ponderación: tiene como objetivo que el sonómetro sea en su percepción como eloído.Constante de tiempo del circuito: Es el tiempo en que un dispositivo integra la señal

fluctuantegran inercia. La presentación de esa señal, es la desviación cuadrática media(ó RMS): el valor eficaz.En función de esa respuesta, los sonómetros tienen un tiempo de respuesta :F: Fast Respuesta rápida, con pequeña inercia =125 msI: Impulsos =35 msS: Slow Respuesta lenta

=1 seg



139



3.6.1. Sonómetros. TiposSonómetros generales: Lp instantáneo (dB). Útiles para testear el ambiente sonoro.

Sonómetros integradores-promediadores: Leq, percentiles, y algunos de ellos análisis en

frecuencia.

Según precisión: Sonómetros tipo 0, tipo 1 y tipo 2

Las normas que rigen estos tipos de sonómetros:TIPO 2: IEC 651/804 Type 2, ANSI S 1.43 Type2TIPO 1: IEC 651/804 Type 1, ANSI S 1.43 Type 1En la siguiente tabla se muestran a modo de ejemplo (ya que dependen de la frecuencia)

las tolerancias permitidas para los distintos tipos de sonómetros según la IEC 651,

Tolerancias permitidas para los distinto tipos o clasesdefinidas por la IEC 60651.

Todas las tolerancias se expresan en decibelios (dB)

Clase Calibradores Sonómetros

0 +/- 0.15 +/- 0.4

1 +/- 0.3 +/- 0.7

2 +/- 0.5 +/- 1.0

A grandes rasgos:

tipo 1 precisión de 1dBtipo 2 precisión de 2dB.

Sonómetros tipo 2, útiles para un granrango de aplicaciones, por:

1) Su precio, unos 200 .2) Su portabilidad y tamaño.3) Su fácil manejo.

140



3.6.3. Dosímetros

Instrumento para medir la exposición sonora recibida por una personadurante un tiempo dado. No es más que un sonómetro integrador. Alfinal del periodo de medida (normalmente la jornada laboral) en lapantalla aparece el nivel de exposición.

3.6.2. Analizadores espectrales

Sonómetro con filtros paso-banda y analizadores en tiempo real.Diferentes tipos dependiendo del ancho de banda:

Ancho de banda constante: Ej: Si ancho es 4 Hz y sintonizamos a1kHz, se mide el nivel de ruido comprendido entre 998 y 1002 HzAncho de banda porcentual: Constante el porcentaje del anchorespecto al valor central. Ej: Si ancho es 12%, a 1000 Hz el anchoes de 120 Hz.Bandas normalizadas: 1 Octava, 1/2 Octava y 1/3 Octava.

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