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Universidad Politécnica SalesianaProcesamiento Digital de Audio

Unidad 1“Principios de acústica”

Profesor

Ing. Orlando Barcia Ayala

Website: www.orlandobarcia.comE-mail: obarciaa@gye.ups.edu.ecobarcia@orlandobarcia.com

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AGENDA

• Qué es el sonido

• Características del sonido

• Decodificación del sonido . Acústica

• Intensidad, tonos, timbres y decibeles, rango dinámico, umbral de audición, frecuencias audibles.

• Altura y frecuencia

• Armónicos, octava y las notas

• Descomposición de series fourier (armónicos)

• Sonido analógico

Sonido

• El sonido es una onda mecánica o movimiento ondulatorio que se propaga en un medio elástico (normalmente aire ) o a través de la materia — que se puede encontrar en estado gaseoso, líquido o sólido —.

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• En general, sonido es la sensación, en el órgano del oído, producida por este movimiento ondulatorio.

• El sonido no se propaga en el vacío .

Elementos de una onda

Periodo T (intervalo de tiempo para realizar un ciclo)

Longitud de onda

Frecuencia .

El número de ciclos en un determinado tiempo

cresta

valle

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• Frecuencia.• El número de ciclos en un determinado

tiempo• Se mide en ciclos por segundo cps o

hertzios (Hz)

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Acústica

• Inicialmente: – La acústica tenía por objeto el estudio de las

ondas que impresionaban nuestro sentido del oído.

• Actualmente:– Comprende las ondas que tienen las mismas

propiedades del sonido

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Acústica

• Es la rama de la física que estudia el sonido.

• Estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o reproducción del sonido.

Ramas de la acústica

• Aeroacústica.• Acústica (física).• Acústica arquitectónica.• Psicoacústica.• Bioacústica.• Acústica subacuática.• Acústica musical.• Electroacústica.• Acústica fisiológica.• Acústica fonética.• Macroacústica.

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Nuestro estudio

• Acústica (física) : – análisis de los fenómenos sonoros mediante modelos

físicos y matemáticos. • Acústica musical :

– estudio de la producción de sonido en los instrumentos musicales, y de los sistemas de afinación de la escala

• Electroacústica : – estudia el tratamiento electrónico del sonido,

incluyendo la captación (micrófonos y estudios de grabación), procesamiento (efectos, filtrado comprensión, etc.) amplificación, grabación, producción (altavoces) etc.

Naturaleza del sonido

• El origen del sonido es movimiento vibratorio

• (cuerdas vibrantes, placas vibrantes, tubos sonoros)

• Los sonidos de la voz son producidos por las vibraciones de las cuerdas vocales, cuya tensión es regulada por los músculos

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• No todos los movimientos vibratorios producen sonidos.

• Solo las vibraciones de frecuencia de 20 hasta 20kHz producen la sensación del sonido

Frecuencias bajas Frecuencias altas

20 hz

(sonido grave .. Bajos)

20 khz..

(sonido agudo)

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• Por debajo de este rango tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.

• A esto se le denomina rango de frecuencia audible.

• Este rango depende de la edad. Cuanto más edad se tiene, este rango va reduciéndose tanto en graves como en agudos.

Rango de frecuencias

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Frecuencia audible

Hasta 80kHzAnimales (perros o murciélagos)

Hasta 12 kHzAncianos

16 a 25kHzNiños

Recepción del sonido

• 1) El oído humano

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• Las ondas sonoras entran en el oído y golpean una membrana elástica, llamada el tímpano, que vibra por resonancia a la misma frecuencia que la onda

• Las vibraciones se transforman en señales eléctricas que son llevadas por los nervios auditivos hasta el cerebro en donde la sensación de sonido se realiza

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• 2) Micrófonos.

• Trabaja de la misma forma que el oído• Las ondas sonoras ponen a vibrar una

membrana y esta produce señales eléctricas que después son amplificadas y que se puede llevar a un altavoz.

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Características del sonido

• Las cuatro cualidades básicas del sonido son:

1. Tono2. intensidad3. timbre4. duración

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tono

• viene determinado por la frecuenciafundamental de las ondas sonoras

(es lo que permite distinguir entre sonidos graves, agudos o medios) medida en ciclos por segundo o hercios (Hz).

Intensidad :

• Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido.

• La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil.

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– Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB).

– Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB) en honor al científico e inventor Alexander Graham Bell

–

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Cálculo de decibeles

0

log10I

I=β

I0 es 10 -16 w/cm 2 que corresponde al sonido más debilque se puede oir.

• Ejemplo: • un sonido de 10-4 w/cm2 produce :120 db

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• Nivel de intensidad ( w/ cm 2)• El oído oye intensidades sonoras de 10-16

w/cm2 a 10-4 w/cm2.• Por eso se prefiere utilizar escala

logarítmica en base 10.

decibelesFuente

120Umbral de la sensación dolorosa

100Taladro de la sensación dolorosa

80Calle de mucho tráfico

60Conversación normal

40Pequeño motor

20Conversación en voz baja

0Umbral de la sensación sonora

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timbre

• es la cualidad que confiere al sonido los armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental.

• Esta cualidad es la que permite distinguir dos sonidos, por ejemplo, entre la misma nota (tono) con igual intensidad producida por dos instrumentos musicales distintos

• Si se escucha la misma nota dada por un violín y un piano. Se sabrá a que instrumento pertenece cada nota.

• Esto es sonidos se difieren por sus timbres

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Armonicos

• Un sonido puro es simplemente una sinusoide

• ¿Pero un sonido complejo períodico como se determina?

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• El fránces Fourier mostró que cualquier función periódica de frecuencia f,

• Puede expresarse como una suma de funciones sinusoidales de frecuencia f.

• f, 2f, 3f ,… llamadas así frecuencias fundamental y armónicos

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• Así la misma nota en el piano y en el violín tienen la misma frecuencia fundamental f, pero difieren por el número y las intensidades de sus armonicos.

Duración .

• es la cualidad que determina el tiempo de vibración de un objeto.

• Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..

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El sonido en la música

• El sonido , en combinación con el silencio, es la materia prima de la música.

• Hay sonidos de todas clases: • largos y cortos, • fuertes y débiles, • agudos y graves, • agradables y desagradables.

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• El sonido ha estado siempre presente en la vida cotidiana del hombre.

• A lo largo de la historia el ser humano ha inventado una serie de reglas para ordenarlo hasta construir un lenguaje musical.

Propiedades

• Altura: • es la afinación de un sonido; esto es, si es

grave, medio o agudo

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Duración.• es el tiempo durante el cual se mantiene dicho sonido. • Los únicos instrumentos acústicos que pueden

mantener los sonidos el tiempo que quieran, son los de cuerda con arco, como el violín por ejemplo;

• los de viento dependen de la capacidad pulmonar, y los de percusión, de los golpes.

• La guitarra necesita, al igual que el piano, de un martilleo que golpee las cuerdas, y solo se escucha el sonido hasta que la cuerda deja de vibrar.

• Intensidad:– equivale a hablar de volumen: un sonido

puede ser fuerte o débil.

• Timbre:– es la cualidad que nos permite distinguir

distintos instrumentos o voces, aun cuando se encuentran emitiendo sonidos con la misma altura, duracion e intensidad

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Notas musicales

• Las frecuencias de los sonidos utilizados en música no varían de manera continua.

• Se emplean solamente sonidos de frecuencias bien determinadas que los músicos llaman notas y que son escogidas más por razones estéticas que físicas.

• Si se escoge una frecuencia f, también se utiliza la nota de frecuencia 2f llamada octava.

• En el interior de una octava la sucesión de notas se denomina escala y tienen los nombres:

• do re mi fa sol la si