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ACUSTICA I. UNIDAD I INTRODUCCION A LA ACUSTICA. 1.1 La acústica y la ingeniería en Comunicaciones y electrónica Relaciones con la Ingeniería Civil Relaciones con la Ingeniería mecánica Relaciones con la Ingeniería Química Relaciones con la Ingeniería Industrial

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ACUSTICA I

UNIDAD I INTRODUCCION A LA ACUSTICA

  • 1.1 La acústica y la ingeniería en Comunicaciones y electrónica
    • Relaciones con la Ingeniería Civil
    • Relaciones con la Ingeniería mecánica
    • Relaciones con la Ingeniería Química
    • Relaciones con la Ingeniería Industrial
    • Relaciones con la Ingeniería Ambiental
    • Relaciones con la Ingeniería Médica
    • Relaciones con otras ramas de la Ciencia
  • 1.2 División de la Acústica para su estudio.
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UNIDAD II LAS SEÑALES ACUSTICAS, SU PROPAGACION Y SUS CARACTERISTICAS

  •  2.1 Introducción a las señales acústicas
  • 2.2 Las señales acústicas y su propagación
  • 2.3 Naturaleza del sonido
  • 2.4 Tonos puros y sonidos complejos
  • 2.5 Voz, música y ruido
  • 2.6 Características del Sonido
    • Reflexión
    • Refracción
    • Difracción
    • Atenuación
    • Absorción
    • Efecto Doppler
    • Interferencia y pulsaciones
  • 2.7 Resonancia
  • 2.8 Tipos de Ondas
    • Transversales
    • Longitudinales
    • Periódicas y estacionarias
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UNIDAD III VIBRACIONES MECANICAS EN ELEMENTOS ACUSTICOS

3.1 Vibraciones mecánicas en elementos como cuerdas.

3.2 Vibraciones en columnas de aire: tubos abiertos y cerrados.

3.3 Vibraciones en barras y casos particulares de comportamiento.

3.4 Vibraciones en membranas y placas.

3.5 Modos Normales en un recinto rectangular.

3.6 Vibración en tubos de sección variable: cónicos, parabólicos, hiperbólicos y exponenciales.

3.7 Resonadores Acústicos y las analogías electromecanoacústicas.

3.8 Resonadores de Helmholtz

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UNIDAD IV ANALISIS DEL SONIDO EN LOS GASES 

  • 4.1 Análisis de las ondas acústicas en los gases
  • 4.2 La ecuación de onda en el aire
  • 4.3 Solución general de la ecuación de onda
  • Características y parámetros de interés: Densidad de energía, Intensidad acústica, impedancia acústica especifica, velocidad de propagación
  • 4.5 Representación logarítmica y escalas
  • 4.6 Niveles Acústicos:
    • Nivel de potencia sonora
    • Nivel de intensidad sonora
    • Nivel de presión sonora
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4.7 Niveles eléctricos:

    • Nivel de Potencia eléctrica
    • Nivel de voltaje
    • Nivel de potencia de audio
    • El dBm y el V.U.
  • 4.8 Niveles mecánicos:
    • Nivel de fuerza vibratoria
    • Nivel de aceleración vibratoria
    • Nivel de velocidad vibratoria
  • 4.9 Otros niveles
    • Nivel de densidad de energía
    • Nivel de energía
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4.10 Suma de niveles de presión sonora: nivel de energía

  • 4.11 Sonido complejo: análisis y síntesis: ruido blanco y ruido rosa
    • Nivel de banda
    • Nivel espectral medio
  • 4.12 Componentes acústicos: masa compliancia, y resistencia acústica.
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UNIDAD V EL OIDO HUMANO; ANATOMIA Y FISIOLOGIA. 

  • 5.1 Anatomía y fisiología del oído.
  • 5.2 Respuesta en frecuencia del aparato auditivo:
    • Curvas de Fletcher-Munson.
    • Umbrales y límites de la audibilidad.
  • 5.3 Características subjetivas de la audición:
  • Discriminación, encubrimiento, percepción subjetiva de la intensidad y la frecuencia.
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UNIDAD VI EL APARATO FONADOR: ANATOMIA Y FISIOLOGIA

6.1 Anatomía y fisiología del aparato fonador

6.2 La producción de la voz humana: función y articulación.

6.3 Respuesta en frecuencia

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UNIDAD VII NTRODUCCION A LA ACUSTICA

ARQUITECTONICA

7.1 Introducción.

7.2 Condiciones acústicas deseables en un recinto

7.3 Características acústicas de los materiales de construcción.

7.4 Absorción: coeficiente de absorción de materiales.

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7.5 Transmisión: coeficientes en los materiales, pérdidas de transmisión.

7.6 Aislamiento de ruido externo.

7.7 Tiempo de reverberación.

7.8 Importancia de la palabra.

7.9 Inteligibilidad de la palabra.

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UNIDAD VIII RUIDO

8.1 El ruido ambiental

8.2 El ruido y sus efectos en el ser humano.

8.3 El ruido en la comunidad, parámetros importantes.

8.4 El ruido en ambientes laborales.

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BIBLIOGRAFÍA

1.- TITULO: ACÚSTICA

AUTOR: LEO L. BERANEK

EDITORIAL: HISPANO – AMERICANA

2.- TITULO: ACÚSTICA I

AUTOR: CARLOS ROSADO RODRIGUEZ

EDITORIAL: TRILLAS ( solo copias)

3.- TITULO: FUNDAMENTOS DE ACÚSTICA

AUTOR: KINSLER. FREY,COOPENS Y SANDERS

EDITORIAL: LIMUSA

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4.- TITULO: AUDIO CYCLOPEDIA

AUTOR: HOWAR M. TREMAINE. HOWAR W. SAMS

EDITORIAL: MARCOMBO ( 2 tomos )

5.- TITULO: SONIDO Y AUDICIÓN

AUTOR: S.S. STEVEN, WARSHOFSKY F.

EDITORIAL: COLECCIÓN CIENTIFICA

6.- TITULO: REPRODUCCIÓN DEL SONIDO Y DE LA IMAGEN

AUTOR: ANDRADE DIDIER

EDITORIAL: EDITORES TÉCNICOS ASOCIADOS

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7.- TITULO: INGENIERÍA ACÚSTICA

AUTOR: RECUERO LÓPEZ MANUEL

EDITORIAL: PARANINFO, ESPAÑA

8.- MANUAL DE MEDIDAS ACÚSTICAS Y CONTROL DE RUIDO.

AUTOR: CYRIL M. HARRIS

EDITORIAL: MC. GRAW HILL ( tercera edición)

9.- TITULO: SONORIZACIÓN Y SISTEMAS ACÚSTICOS

AUTOR: MIYARA FEDERICO

EDITORIAL: PARANINFO, ESPAÑA.

10.- APUNTES DEL PROFESOR SANTIBÁÑEZ

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PRACTICAS A REALIZAR EN EL LABORATORIO

Práctica 1.- Identificación del área y equipo de laboratorio de acústica

Práctica 2.- Características del sonido ( 2 sesiones )

2.1.- Velocidad del sonido, interferencia y medición del ruido

2.2.- Características subjetivas del sonido

(reflexión, eco, reverberación, intensidad, tóno, timbre, armónica).

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Práctica 3.- Vibración en cuerdas (2 sesiones)

3.1.- Comprobación de la frecuencia de resonancia a una tensión constante, considerando su masa y fuerza de tensión.

3.2.- Comprobar los diferentes modos de vibración, a diferentes valores de longitud y tensión constante.

Práctica 4.- Vibración en membranas

Modos de vibración a diferentes valores de frecuencia en una membrana circular.

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Práctica 5.- Vibración en tubos ó columnas de aire (2 sesiones)

5.1.- Identificar los armónicos en un tubo cerrado en un extremo.

5.2.- identificar los armónicos en un tubo abierto.

Práctica 6.- Vibración en barras y diapasones (2 sesiones)

6.1.- Medir y calcular la frecuencia de resonancia de un diapason.

6.2.- Medir, comparar y calcular las frecuencias en barras.

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Práctica 7.- Medición de ruido (2 sesiones)

7.1.- Normas de medición del ruido en un recinto sonoamortiguado.

7.2.- Análisis del espectro en frecuencia de un ruido dado.

Práctica 8.- Audición (2 sesiones)

8.1.- Pruebas audiométricas de oido derecho.

8.2.- Pruebas audiométricas de oido izquierdo.

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UNIDAD I 

INTRODUCCION A LA ACUSTICA

OBJETIVO:

EL ESTUDIANTE SE ENTERARÁ DE LA IMPORTANCIA DE LA ACÚSTICA Y DE SUS INTERRELACIONES CON LAS ESPECIALIDADES DE INGENIERIA Y CON OTRAS RAMAS DE LA CIENCIA. 

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DIVISION DE LA ACUSTICA PARA SU ESTUDIO 

1. - Infra-Acústica

Su análisis se efectúa hasta los 20 Hz del espectro en frecuencia.

Esta enfocada a:

a) Sismología y prospección

b) Vibraciones sonoras a muy baja frecuencia.

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2. - Acústica Audible.

Su análisis se efectúa desde los 20 Hz hasta los 20 khz del espectro en frecuencia.

Esta enfocada a:

a) Todas las ramas de la ciencia

b) Esta referida al comportamiento del ser humano (psicoacústica)

c) Comportamiento de animales

d) Comportamiento de materiales.

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3. - Ultra-Acústica

Su análisis se efectúa desde los 20 Khz hasta los Mhz del espectro en frecuencia.

Esta enfocada a:

a) Soluciones de problemas hacia el ser humano.

b) Vibraciones sonoras longitudinales y transversales en alta frecuencia. 

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INFRA-ACUSTICA

Sismología y Prospección

Prospección

Exploración del subsuelo mediante el estudio de los signos observables en la superficie, como yacimientos de petróleo, y minerales.

Ejemplo:

Prospección del petróleo (búsqueda)

Esta búsqueda se realiza mediante los siguientes métodos:

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Gravimétrico.- Variaciones de campo gravitacional

Magnetométrico.- Variaciones de campo magnético terrestre.

Sísmicos.- Son provocados en determinada área, cerca del pozo de exploración.

Se colocan sismodetectores en la superficie cerca del pozo de exploración, que van conectados a un preamplificador, cuya ganancia es de aproximadamente de 100 dB y se conecta a un sismógrafo de 24 canales.

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ACUSTICA AUDIBLE

La podemos dividir en 3 ramas muy importantes de la ingeniería:

- Construcción: Acústica Arquitectónica

2. - Ruido Ambiental: Psicoacústica

3. - Electroacústica: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica

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ACUSTICA ARQUITECTONICA (Ingeniería Civil)

CRIETRIOS PARA UNA BUENA AUDICION EN UNA SALA DE CONCIERTOS.

- Intimidad acústica

Esta relacionado al intervalo en tiempo entre el sonido directo y el sonido indirecto de la primera reflexión. A mayor intervalo el sonido es menos intimo.

2. – Vividez

Esta relacionada al tiempo de reverberación (tiempo para que la intensidad decaiga 60dB o 10-6 de su intensidad original, para frecuencias medias y altas.

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3. – Claridad

Esta relacionada con la sonoridad del sonido directo.

4. - Otros términos

Difusión, liberación de ruido, de eco, de la distorsión tonal, uniformidad de la sala y otros.

Todo sonido tiene un nivel de intensidad para una buena audición en los diferentes recintos, donde se calcula mediante la siguiente formula:

NI = 10 log I / Io; Donde se define la intensidad en el aire como:

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Donde: NI = Nivel de intensidad

I = Intensidad acústica

P = Presión sonora

= Densidad del medio

C = Velocidad del sonido

Donde C = 331.5 + 0.707 (temperatura)

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Así también se requiere equipo electrónico generador de sonido, y conocer, como calcular sus ganancias en voltajes, corrientes, potencias y rango dinámico, según las siguientes formulas:

RD = 20 log Vsal / Vruido; Rango dinámico

Gv = 20 log Vsal / Vent; Ganancia en voltaje

Gw = 10 log Wsal / Went; Ganancia en potencia

Gi = 20 log i sal / i ent; Ganancia en corriente

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Conceptos importantes que debemos manejar en estos criterios son:

Reverberación.-

La permanencia del sonido después de haber dejado de ser emitido por la fuente sonora

Tiempo de reverberación.-

Es el tiempo que tarda la señal en atenuarse 60 dB ó de su intensidad original

Factores principales que hay que tener en cuenta en el tratamiento acústico de una sala son cuatro:

1. - Destino de la sala

2. - Volumen de la sala

3. - Superficie y naturaleza de las paredes

4. - Tipo de mobiliario y numero de componentes

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RUIDO AMBIENTAL

Psicoacústica: Norma OSHA (Ocupational Safety and HealthAct)

Exposición permisible al ruido (ruido estable), se observa en la siguiente tabla, así como los valores ponderados o filtros que están en función a la respuesta auditiva.

dBA

Filtros dBB dB acústicos con filtro A, B, ó C

Ponderados dBc

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El oído puede percibir presiones tan bajas como 2 x

y soportar presiones de

que corresponden a un rango dinámico de 140 dB.

Dosificación diaria

D = Dosificación diaria > 1 Es dañino para la salud

Se calcula con la siguiente formula:

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Cn = tiempo total de exposición a un nivel de ruido especificado

Tn = tiempo total de exposición permitido a éste nivel

si D > 1 es dañino para el ser humano.

Problema 1.1.-

Una persona registra los siguientes niveles:

Manejando la tabla anterior y aplicando la formula de dosificación nos da lo siguiente:

Db t (hrs)

96 1

101 ½ D = 1/3.5 + 0.5/1.75 + 2/4.7 + 2/7

94 2 D = 1.28

91 2

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Exposición permitida a ruido

Por impacto

NPS (dB) Impacto/día

140 100

130 1,000

120 10,000

110 100,000

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ELECTRO ACUSTICA

Nuestra sociedad moderna lejos de olvidar la música, ofrece medios considerables de composición, registro y difusión de ella, gracias a la electrónica

Transductores

Amplificadores

Electro

Acústica Almacenadores de señal

Procesadores de señal

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Micrófonos

Altavoces

Fonocaptores

Transductores Cabezas Magnéticas

Rayo Láser

Otros: sonido por ionización de moléculas

Clase A, B, AB

Rango dinámico

Respuesta en frecuencia

Amplificadores Distorsión

Distribución por intermodulación

Rel.S/R, Zent., Zsal.

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Discos

Cintas

Almacenadores de señal CD

DAT

DCC

Minidisco

Ecualizadores

Compresores

Procesadores Expánsores

De señal Unidades de reverberación

Retrasadores digitales

Mezcladoras

Flangers.- pulsaciones con retardo.

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ULTRA ACUSTICA

Los generadores de ultrasonido son fundados en la piezoelectricidad ó magnetosfricción. El ultrasonido se propaga mejor en el agua que en el aire por reflexiones.

Enseguida se dan algunas propiedades del agua y del aire:

Agua Aire

Z = (MKS); Z = 415 rayls (MKS); 1 rayls=1 pascal

C = 1500 m/seg. C = 340 m/seg.

Presenta menor absorción Presenta mayor absorción

En el agua es importante la refracción

Presenta ruido ambiente como olas, lluvia, barcos

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En el agua se realiza rastreo por eco, que causa enmascaramiento de las señales.

Se realiza la transmisión subacuática, que envuelve a menudo pulsos que son enviados y luego recibidos.

También se aplica el ultrasonido para medir la profundidad del mar.

Para el aire y materiales son vibraciones de niveles de presión sonora.

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Otras ramas de aplicación del ultrasonido son las siguientes:

1) Ultrasonografía.- Reflexion y refracción de 1 a 20 MHz.

2) Sistema de rastreo por efecto doppler

3) Pruebas Ultrasónicas.- Ultrasonografía en pequeño

Ingeniería 4) Tratamiento del cancer.- Resonancia

Médica 5) Cirugía Ultrasónica.- Calentamiento

6) Tratamiento de la artritis

7) Corte ultrasónico del hueso.- De 20 a 50 MHz.

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1. - Pruebas no destructivas.- Rectificación de piezas

2. - Limpieza Ultrasónica.- Para quitar grasa en materiales

3. - Perforación Ultrasónica.- Par a zonas de difícil acceso

4. - Medición Industrial de espesores y detección de burbujas, grietas y otras.

5. - Soldadura de piezas metálicas

Ingeniería

Industrial

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1. - Emúlsificación.- Mezclas químicas

2. - Desgasificación de líquidos y métales fundidos

3. - Disipación de la niebla y coagulación de aerosoles

4. - Activación de reacciones químicas, ruptura de macromoléculas, aceleración de electrólisis.

Ingeniería

Química