Tranductores de Sonido

meneses

El Sonido

• El sonido es una onda mecánica que se propaga de forma longitudinal.

• El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación

• Una onda sonora es una oscilación en la presión del medio.

Características del Sonido

• Definición: Una perturbación que se propaga a través de un medio elástico a una velocidad determinada por la composición de este.

• El sonido usualmente es producido por la radiación proveniente de una superficie vibrante o por las perturbaciones en un fluido.

El oído humano

• El oído humano constituye el último eslabón de la cadena sonora: convierte las ondas sonoras en señales eléctricas que se transmiten por el nervio acústico hasta el cerebro, en donde el sonido es interpretado.

El Oído Humano: El sentido del equilibrio también reside en el oído interno. Se encarga de la percepción

de la posición de la cabeza y su movimiento.

Rango de frecuencias sonoras

frecuencia (Hz)0 20Hz 20 KHz

ultrasonidoRango Audible (seres humanos)infrasonidos

3.4 KHz300Hz

canaltelefónico

Frecuencias relacionadas con sonido

El audiómetro

• El audiómetro es un dispositivo usado por los especialistas para medir la relatividad de la pérdida de la audición en una persona.

En ondas longitudinales, como las del sonido, la dirección de propagación de la onda es igual

a la dirección de propagación de la energía

Presión

Variación de la Presión del Aire

Compresiones: Regiones de Alta presión de aire

Rarefacciones: Regiones de Baja presión de aire

Ondas de Sonido• La perturbación de sonido viaja en el medio. Hay

transporte de energía pero no hay transferencia neta de masa.

• Cada partícula en el fluido se mueve hacia delante y hacia atrás alrededor de una posición.

• En general las ondas de sonido en cualquier medio pueden ser una mezcla de ondas longitudinales y de cizalla dependiendo principalmente de las condiciones de frontera.

Onda longitudinal• Es la forma más simple de onda, también es llamada

compresional, en esta la oscilación de las partículas se da en la misma dirección del transporte de la energía.

• Este es el mecanismo predominante en fluidos y gases ya que en estos los esfuerzos de cizalla son despreciables.

Onda de Cizalla

• El movimiento de las partículas es ortogonal (perpendicular) a la dirección en la que se propaga la perturbación (y la energía). En los sólidos, se pueden tener ondas de cizalla y ondas torsionales

• Las ondas de agua son una mezcla de ondas longitudinales y de cizalla.

Tipos de Sonidos

Intensidad • Intensidad (o Volumen)Es la fuerza relativa de las desviaciones en la presión

del aire creadas por el objeto vibrante. La intensidad mide la cantidad de potencia pro metro cuadrado.

• Decibel (dB)La unidad logarítmica utilizada para medir la intensidad

percibida de un sonido.(Alexander G. Bell)• El Umbral de audición es 0 dB.• El umbral de dolor es 120 dB aproximadamente

Timbre

• TIMBRE o COLOR del TONO

Propiedad del sonido que nos permite diferenciar entre dos instrumentos diferentes como el de un saxofón y una flauta. El timbre es la cualidad percibida del sonido. Los timbres diferentes se presentan porque los sonidos escuchados a una frecuencia especifica en realidad contienen otras frecuencias.

Velocidad del sonido

• El sonido es una onda longitudinal que se transmite a través de un sólido, un líquido o un gas. (Su velocidad depende del medio)

• La velocidad del sonido en el aire, al nivel del mar y a temperatura ambiente (20° C) es de 343 m/s.

Velocidad del Sonido

Para una onda longitudinal en un medio el sonido tiene una velocidad v

v² = E / E: Modulo de Young para un sólido, este se

reemplaza por el modulo de compresión B para un fluido.

B: -V * dp/dV (cambio fraccional del volumen debido al cambio en la presión aplicada).

: Densidad del material

Velocidad del Sonido

• En gases normales, a frecuencias audibles, las fluctuaciones de presión ocurren esencialmente bajo condiciones adiabáticas (no hay transferencia de calor entre partículas de gas adyacentes).

Velocidad del Sonido en Gases

v = P

=Cp/Cv=1.4 para el aire

P= RT (Ley de los Gases Ideales)

RTpara el aire:

V= T=20.05(Temperatura en

grados Kelvin)

Influencia del MedioDependiendo del medio de propagación, la velocidad del sonido

puede variar con la frecuencia.Medios No Dispersivos: la velocidad del sonido es

independiente de la frecuencia, por lo tanto la velocidad en el transporte de energía y de propagación del sonido es la misma. Ej: El aire.

Medios Dispersivos: la velocidad es función de la frecuencia, la distribución temporal y espacial de la perturbación que se propaga varía continuamente. Cada componente de frecuencia se propaga a su propia velocidad de fase mientras que la energía de la perturbación se propaga a la velocidad de grupo. Ej: El agua.

RefracciónLa refracción de las ondas involucra un

cambio en la dirección cuando estas pasan de un medio a otro. La refracción o curvamiento de la trayectoria de las ondas está acompañada por un cambio en la velocidad y en la longitud de las ondas.

Este fenómeno es mas evidente cuando el sonido pasa a través de un medio con propiedades gradualmente

variables

Esto pasa cuando el sonido viaja por encima del agua. El aire directamente por encima de la superficie del agua es un poco mas fresco que el aire ubicado a mayor altura. Las ondas de sonido tienden a ser mas lentas en aire mas fresco que en el aire tibio, por esta razón el sonido directamente por encima de la superficie se curva hacia abajo.

Tipos de Sonido y Frecuencias

Efectos de los Infrasonidos

• 0,1 - 10 Hz: Deficiencias de movimiento.

• 1 - 100 Hz: Dificultad de respiración y habla.

• 4 - 100 Hz: Resonancias en el cuerpo.

• 4 - 800 Hz: Pérdida de visión.

• 2 - 1000 Hz: Bajo rendimiento en el trabajo

Efectos de los Infrasonidos• Infrasonidos con una intensidad superior a 180 dB: provocan

desgarro de los alvéolos pulmonares e, incluso, la muerte. • Infrasonidos con una intensidad comprendida entre 140 y

150 dB: (ejemplo: lanzamiento de cohetes). Con un tiempo de exposición menor a dos minutos, su efecto es casi nulo para personas en buen estado físico.

• Infrasonidos con una intensidad comprendida entre 120 y 140 dB: Después de mucho tiempo expuesto a estas ondas aparecen perturbaciones fisiológicas y fatiga. Ejemplos pueden ser un automovilista o un aviador cuyos vehículos son fuentes artificiales de infrasonidos.

• Infrasonidos con una intensidad menor a 120 dB: No se conoce muy bien su acción a estos niveles pero una exposición de unos pocos minutos (unos 30 más o menos) no produce daño alguno.

•

Decibeles Acústicos: Intensidad del Sonido

Sound Pressure Level (SPL)

Sonómetro

• Instrumento que mide el nivel de presión sonora, en decibeles, de forma directa

• Si además es capaz de promediar linealmente los valores de la presión hablamos del sonómetro integrador

Diagrama de bloques de un sonómetro

• Filtros y Rectificador: Realizan las ponderaciones necesarias para compensar la diferencia de sensibilidad del oído a las distintas frecuencias

• Convertidor: Obtiene el valor de la señal integrando la señal para amplios periodos de tiempo de forma que la lectura sea significativa, cuando los niveles de ruido son fluctuantes

El Eco

Eco-localización

Eco-localización (echolocation) es un método de orientación sensorial utilizado por diferentes especies

animales

El efecto Doppler

Efecto Doppler

Efecto Doppler

El Efecto Doppler

SONAR (Sound Navigation and Ranging)

SONAR (Sound Navigation and Ranging)

Comunicaciones submarinas (Underwater acoustic communications), ejemplo de

aplicación: Detección de Tsunamis

Medición de Nivel

Medición de Flujo con Ultrasonido

Medición de Distancia con Ultrasonido

Medición de distancia

Medición de Distancia

Batimetría

Aplicaciones de los sensores de ultrasonido

Aplicaciones industriales

Aplicaciones industriales

Aplicaciones industriales

Aplicaciones industriales

Otras aplicaciones

• Limpieza de material médico

• Corte con ultrasonido

• Detección de fisuras en metales, tuberías, etc.

• Medición de velocidad

Micrófonos: Patrones de Detección

Tipos de Micrófono

Hidrófono

Patrones

Tipos de Microfono

Señal de Habla Humana

Referencias

• http://www.ehu.es/acustica/espanol/fisiologia1/siaues/siaues.html

• http://www.bksv.com/Library/Primers.aspx

• http://www.uhu.es/ondas/proguia/contondas/contondas.html

• www.lg.ehu.es./acústica

• http://www.finemech.com/tech_resources/ultrasound_applications.html