Absorciòn De Ondas Sonoras

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Resumen 2

Introducción 3

Estudio teórico

Información general sobre ondas 4

Características físicas de las ondas 4

Reflexión, refracción y difracción 5

El sonido 6

Cualidades físicas del sonido 6

Reflexión y refracción 8

Eco y reverberación 9

Absorción del sonido en el medio físico 11

Absorbentes sonoros 12

Estudio experimental 15

Análisis de resultados y conclusión 32

- Bibliografía 33

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En este trabajo estudio las relaciones de los materiales y su capacidad para absorber ondas sonoras.

La hipótesis que planteo, previa al estudio teórico y experimental, es que la absorción dependerá de la porosidad del material y de su espesor, aunque, por supuesto, no sean los únicos factores con los que se modifica.

Previo al estudio experimental, he llevado a cabo un estudio teórico, para aprender los fundamentos teóricos necesarios en los que se basan mis experiencias.

Para argumentar la hipótesis, adjunto los resultados de los estudios realizados en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), que consistieron en introducir en la cámara reverberante muestras de diferentes materiales, emitir un sonido a través de unos altavoces, y captar con un micrófono el tiempo que tardaba dicho sonido en reducirse 60 dB. Ese tiempo es el tiempo de reverberación, con el que después se puede calcular la capacidad de absorción de dicho material.

Los resultados obtenidos permiten concluir que la porosidad, la rigidez y el espesor son magnitudes determinantes en la capacidad de absorción de ondas sonoras.

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Al estudiar el tema de ondas, descubrí que podía investigar sobre una gran afición, me gusta tocar el piano, y la música en general, y elegí un aspecto original para estudiar: la absorción acústica. He enfocado el trabajo más hacia los materiales de construcción porque es la aplicación más corriente de dicha cualidad, y porque me gustaría estudiar arquitectura.

La pregunta que planteo en mi trabajo es la siguiente: ¿de qué factores depende el grado de absorción de ondas sonoras de diferentes materiales? Para intentar contestar a esta pregunta, primero daré unas nociones básicas sobre ondas en general, para pasar luego a las ondas acústicas y aporto un estudio experimental realizado en el CSIC (consejo superior de investigaciones científicas). Desde aquí doy las gracias a D. Francisco Simón Hidalgo, por su apoyo en todo momento, y la cantidad de horas que me ha dedicado durante el tiempo que he pasado en su centro, estudiando la absorción en los diferentes materiales.

Me gustaría también agradecerle a Sara Varela, estudiante de Ingeniería Técnica de Telecomunicaciones, especialidad en Imagen y Sonido, la cantidad de información que me ha facilitado para la realización de este trabajo.

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ððð ððððððððððð ððððððð ððððð ðððððð

Las ondas son una perturbación periódica del medio en que se mueven. Transportan energía sin transportar materia.

Por su carácter se clasifican en mecánicas, que necesitan un medio material para poder propagarse, y electromagnéticas, que no necesitan de ese medio, ya que las oscilaciones corresponden a variaciones en la intensidad de campos magnéticos y eléctricos. Las electromagnéticas se escapan del alcance de este trabajo, hablaré solo de las mecánicas. Estas pueden ser longitudinales (el medio se desplaza en la dirección de propagación), o transversales (el medio se desplaza en dirección perpendicular a la dirección de propagación.)

Una propiedad general de las ondas es que su velocidad depende de las propiedades del medio, y es independiente del movimiento de la fuente de las ondas. En una cuerda es fácil demostrar que cuanto mayor es la tensión y más ligera es la cuerda, más rápidamente se propagan las ondas.

ððððð ððððððððððððððð ððððððð ðð ððð ðððððð ð, ð, ð, ð, ð ð

Si un extremo de una cuerda se sujeta a un diapasón se produce una onda sinusoidal que se propaga a lo largo de la cuerda. Es una onda armónica:

'Absorción de ondas sonoras'

Dibujo de una onda armónica

La distancia entre dos crestas es la longitud de onda ð, medida en metros. La frecuencia f es el número de oscilaciones producidas en un segundo, y se mide en Hz (hercios). El periodo T es el tiempo que tarda una partícula en realizar la oscilación completa, es la inversa de la frecuencia, y se mide en segundos. Hay una ecuación que relaciona la velocidad de propagación, la longitud de onda y la frecuencia:

'Absorción de ondas sonoras'

El desplazamiento máximo respecto a la posición de equilibrio es la amplitud A. La función sinusoidal que describe el desplazamiento de la onda es:

'Absorción de ondas sonoras'

donde k es el número de ondas, x la distancia del punto al origen, ð la frecuencia angular y t el tiempo.

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Cuando una onda tridimensional incide sobre una superficie de separación de dos regiones de densidad diferente, parte de la onda se refleja y parte se transmite, aunque con ciertos cambios. El rayo reflejado forma un ángulo con la normal a la superficie igual al que forma el rayo incidente. Esto es la reflexión.

'Absorción de ondas sonoras'

Reflexión y refracción

El rayo transmitido se acerca o aleja de la normal dependiendo de si la densidad del segundo medio es mayor o menor. Este fenómeno es la refracción.

Las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos. Si encuentra una barrera con una pequeña abertura, la onda se incurva y se extiende a su través en forma esférica o circular, funcionando la abertura como un nuevo foco de la misma onda. Es la difracción. La magnitud de este fenómeno depende de la relación entre la longitud de onda y el tamaño de la abertura.

'Absorción de ondas sonoras'

'Absorción de ondas sonoras'

'Absorción de ondas sonoras'

La difracción Depende de la relación entre el tamaño de la abertura y .

ððð ðð ðððððð

El sonido es un fenómeno vibratorio que, a partir de una perturbación inicial del medio elástico donde se produce, se propaga bajo la forma de una variación periódica de presión. Dicho de una manera más sencilla, es una variación de la presión ambiental que se propaga en forma de ondas y estimula el sentido del oído. El sonido es una onda longitudinal; es una serie de compresiones y enrarecimientos sucesivos del medio. Cada molécula transmite la energía a las moléculas vecinas, pero una vez que pasa la onda de sonido, cada molécula permanece en su sitio.

Esta variación de la presión es lo que se denomina presión acústica (P). Suele ser débil, por lo que para su medida se utilizan magnitudes más cómodas que el bar, como el bar, o el pascal (Pa).

Cada medio, sólido, líquido o gaseoso, ofrece una facilidad más o menos grande para la propagación del sonido. Por analogía con la corriente eléctrica, se dice que el medio posee una impedancia acústica (Z).

La impedancia se define como el cociente entre la presión acústica (P) y la velocidad del sonido (v):

'Absorción de ondas sonoras'

Para el caso de las ondas planas se puede expresar también por:

Z=ρ·c

Siendo ρ la densidad y c la velocidad de propagación en el aire.

Se mide en Ohmios acústicos, g·s-1·cm-2, o Rayls, Pa·s·m-1.

ððððð ðððððððððð ððððððð ððð ðððððð

Cualquier sonido sencillo puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: tono, timbre e intensidad. Estas características corresponden a tres características físicas: frecuencia, composición armónica (forma de la onda) y amplitud o presión acústica:

Me centraré en el tono y la intensidad, puesto que el timbre es un aspecto poco relevante en mi trabajo.

ðð ððððð El tono es la cualidad mediante la cual el oído distingue entre un sonido grave y uno agudo. La magnitud física asociada es la frecuencia: los sonidos graves corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas.

ðð ððððððððððð La intensidad diferencia entre sonidos fuertes o débiles. En realidad, cuando hablamos de sonidos fuertes o débiles, nos estamos refiriendo a la sensación de intensidad, la sonoridad o el nivel sonoro. Esta característica está relacionada con la amplitud (intensidad acústica, o presión acústica) y la frecuencia: es proporcional al cuadrado de su frecuencia y al cuadrado de su amplitud, y disminuye al aumentar la distancia al foco.

Si la presión acústica está por debajo de 2·10-4 bar, está por debajo del Umbral Auditivo, y el

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