U.T. 1.1 La Señal de Audio (1) PDF

U.T. 1.1 FUNDAMENTOS DEL SONIDO  1.1. EL SONIDO Es sonido es una variación de presión del aire debida a una vibración mecánica que se propaga a través de un medio elástico (la onda sonora), la cual produce una sensación auditiva que es captada por el oído y procesada por el cerebro. Puede produ...

U.T. 1.1 FUNDAMENTOS DEL SONIDO  1.1. EL SONIDO Es sonido es una variación de presión del aire debida a una vibración mecánica que se propaga a través de un medio elástico (la onda sonora), la cual produce una sensación auditiva que es captada por el oído y procesada por el cerebro. Puede producirse de forma natural o de forma artificial. El elemento encargado de crear el sonido es la fuente sonora.  1.1. EL SONIDO Las partículas no se desplazan con la perturbación, sino que oscilan alrededor de su posición de equilibrio. La manera en que la perturbación se traslada de un lugar a otro se denomina propagación de la onda sonora. 1.1. EL SONIDO La oscilación de las partículas tiene lugar en la misma dirección que la de propagación de la onda. Es por esto que las ondas sonoras se consideran longitudinales. La manera más habitual de expresar cuantitativamente la magnitud de un campo sonoro es mediante la presión sonora, o fuerza que ejercen las partículas de aire por unidad de superficie. La unidad de medida es el Newton/metro2 (N/m2) o Pascal (Pa). 1.1. EL SONIDO  1.1. EL SONIDO La utilización del umbral de audición como referencia tiene como objetivo que todos los sonidos audibles sean representados por valores SPL positivos. El uso del dB reduce la dinámica de presiones sonoras de 0 a 135 dB, donde 0 dB representa una presión igual al umbral de audición humana (no significa, por tanto, ausencia de sonido) y 135 dB el umbral aproximado de dolor. 1.1. EL SONIDO  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. AMPLITUD El valor máximo de la oscilación respecto a p0 (presión atmosférica estática) recibe el nombre de amplitud de la presión asociada a la onda sonora. Es la distancia entre la máxima elongación (pico o valle) de la onda y su línea de equilibrio. 1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. AMPLITUD  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA La frecuencia es el número de oscilaciones que hace la presión sonora en un tiempo de 1 segundo. Se mide en Hercios/Hertz (Hz) o ciclos por segundo. Los sonidos de baja frecuencia se consideran graves, y los de alta frecuencia, agudos. Las frecuencias graves o bajas oscilan lentamente, mientras que las altas o agudas lo hacen más veces por segundo.  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA El margen de frecuencias audibles por el ser humano se encuentran entre los 20 hercios y los 20.000 hercios (20H- 20kHz). Las frecuencias situadas por debajo se llaman infrasónicas y las situadas por arriba ultrasónicas. *A modo orientativo y general, podríamos considerar: - Frecuencias bajas: 20 - 350 Hz. - Frecuencias medias: 350 y 2500 Hz. - Frecuencias altas: por encima de los 2,5 kHz.  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA 1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA 1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. FRECUENCIA  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. LONGITUD DE ONDA Es la distancia en metros recorrida por una onda sonora para cumplir un ciclo de presión y dilatación. La longitud de onda se calcula dividiendo la velocidad del sonido (c), por la frecuencia (f). *Para los cálculos siempre utilizamos la velocidad del sonido en el aire a 20ºC. Por lo que c = 340m/s  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. LONGITUD DE ONDA La frecuencia y la longitud de onda son inversamente proporcionales.  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. LONGITUD DE ONDA *La longitud de onda también se puede calcular en relación con el periodo. Longitud de onda (𝜆) = velocidad sonido (c) x período (T) 𝜆=𝑐×𝑇  1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. PERIODO Es el tiempo necesario para que la onda complete un ciclo. Su unidad es el segundo (s). El periodo se representa con la letra T, y se obtiene de la inversa de la frecuencia : T = 1/f 1.1.2. CARACTERÍSTICAS DE LA ONDA SONORA: AMPLITUD, FRECUENCIA, LONGITUD DE ONDA Y PERIODO. *RESUMEN:  1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA En la imagen se representa la evolución de la presión total (PT), en función del tiempo, en un punto situado a una distancia cualquiera de la fuente sonora. Dicha presión se obtiene como suma de la presión atmosférica estática p0 y la presión asociada a la onda sonora p.  1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA Debido a la variación de dicha magnitud con el tiempo, se utiliza como valor representativo su promedio temporal, que recibe el nombre de valor eficaz o RMS (root-mean-square).  1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA Una onda sinusoidal o senoidal es la representación matemática más básica de una señal de audio. La onda sinusoidal nos permite describir cualquier variación en el desplazamiento de las partículas como una función del tiempo o la distancia. 1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA La onda senoidal o sinusoidal se compone de una forma de onda sencilla que sólo posee una frecuencia. Es la representación de un tono puro. Otras formas de onda sencillas de representación común son:  1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA La forma de onda representada en el tiempo, ya sea senoidal o de cualquier otro tipo, puede generarse acústica y gráficamente mediante el osciloscopio, aunque ya hay gran diversidad de software para generar ondas, medir el espectro acústico, etc. *Vídeos explicativos. - ¿Qué es un osciloscopio? - Uso del osciloscopio 1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA En un osciloscopio analógico o digital, en el eje de ordenadas (vertical) tendremos los diferentes valores de presión o voltaje (la amplitud de la onda) y en el eje de coordenadas (horizontal) tendremos el tiempo. Así, en pantalla veremos la onda a medida que avanza el tiempo. Pero realmente, una onda tan simple sólo la encontramos en aplicaciones específicas con señales de prueba: El sonido es mucho más que una onda sinusoidal. Si se añaden diferentes señales simples de frecuencias distintas, la nueva onda llevará la forma combinada esas ondas independientes en función de su frecuencia y amplitud. Y las ondas de múltiples frecuencias pueden combinarse simultáneamente para crear una señal nueva y única que sea la suma de las señales contribuyentes. 1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA Suma de dos señales sinusoidales de distinta frecuencia y amplitud  1.1.3. REPRESENTACIÓN GRÁFICA DE LA ONDA SONORA Así, los sonidos que escuchamos día a día son en realidad la suma de muchas señales simples, lo que implica que, a la hora de su estudio por muy complejo que sea un sonido siempre lo podremos descomponer en sus frecuencias formantes, pudiendo representarlas y cuantificarlas por separado. Esta posibilidad es en gran parte gracias a Joseph Fourier. El análisis armónico o espectral se suele denominar análisis de Fourier gracias a sus aportaciones en el estudio matemático de las funciones periódicas y su descomposición en las series de Fourier. Mediante el análisis de Fourier (a través de espectrogramas, por ejemplo) podemos cuantificar la carga energética de cada una de las frecuencias del espectro audible en una señal compleja (un acorde interpretado por un instrumento musical, el sonido de cualquier percusión, la voz humana, etc.).  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. ALTURA O TONO La altura o tono hace referencia a la gravedad o agudeza de un sonido. También se suele decir que un sonido grave es bajo, y que uno agudo es alto. La altura depende de la frecuencia de las ondas, de su velocidad de vibración: Cuanto más alta sea la frecuencia de una onda más agudo o alto será el sonido que produzca, y al revés, cuanto menor sea la frecuencia más bajo o grave será su tono.  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. ALTURA O TONO El tono es la apreciación de la frecuencia fundamental de un sonido. Es la más baja y la de mayor nivel; y lo caracteriza. A la vibración fundamental de cada tono musical también se le llama primer armónico porque generalmente se acompaña de otras vibraciones menores divididas en 2,3,4,5 o más partes iguales.  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. ALTURA O TONO Espectrograma de una flauta tocando la nota Do; con sus armónicos.  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. DURACIÓN Es la característica del sonido que nos permite diferenciar entre un sonido corto y un sonido largo. Depende de la persistencia de la onda: cuánto dura la onda hasta que se desvanece.  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. INTENSIDAD Es la característica del sonido que nos permite diferenciar entre un sonido fuerte y un sonido suave. Depende de la amplitud de onda: la distancia entre los puntos de mayor vibración y de reposo del cuerpo vibrante. Se mide en decibelios (dB). *En música este concepto está relacionado con la dinámica musical y la sonoridad.  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. TIMBRE También llamado color o textura del sonido, el timbre es la razón por la que somos capaces de distinguir dos sonidos de igual intensidad y altura (frecuencia) emitidos por dos fuentes distintas. Gracias al timbre somos capaces de distinguir entre las diferentes voces o instrumentos. El timbre es específico de cada fuente. El timbre se debe a que, por lo general, un sonido no es puro, esto es, que no está formado por una única frecuencia. Las frecuencias secundarias que participan en el sonido y que son múltiplo de su fundamental se denominan armónicos.  1.1.4. CUALIDADES BÁSICAS O MUSICALES DEL SONIDO: TONO, INTENSIDAD, DURACIÓN Y TIMBRE. *PARÁMETROS SUBJETIVOS DEL SONIDO Existen gran cantidad de parámetros del sonido que pueden considerarse mucho más subjetivos que los relacionados con las cualidades anteriores, ya que dependen en gran medida de la persona que escucha (dependen de la psicoacústica y otros factores relacionados con la percepción auditiva a nivel personal o fisiológico). De esta forma se usan adjetivos como compensado, equilibrado, grueso/gordo, redondo, brillante, oscuro/opaco, medioso, nítido, … o conceptos como el de color.  1.1.5. LA VELOCIDAD DEL SONIDO La velocidad del sonido hace referencia a la rapidez de propagación de las ondas sonoras por un medio determinado y en unas condiciones específicas de temperatura. La velocidad del sonido en el aire a 20 grados centígrados, al 50% de humedad y a nivel del mar es de 1.235 km/h o 343 m/s. Sin embargo en esas mismas condiciones de temperatura, la velocidad del sonido en el agua es 4,5 veces mayor. En general, la velocidad de sonido es mayor cuanto más sólido es el medio (sólidos > líquidos > gases) y más alta es la temperatura. La velocidad del sonido se representa como “c” en las fórmulas, y salvo especificaciones distintas será de 340m/s. 1.1.5. LA VELOCIDAD DEL SONIDO  1.1.5. LA VELOCIDAD DEL SONIDO https://www.xataka.com/espacio/nasa-nos-regala-lista-reproduccion-sonidos- espaciales-auroras-boreales-jupiter-ruidos-pasado https://www.xatakaciencia.com/astronomia/en-realidad-en-el-espacio-si-que-puede- oirse-algo-cual-es-la-nota-mas-profunda-detectada-en-el-universo RECURSOS ONLINE VARIOS https://phet.colorado.edu/es/simulations/filter?subjects=sound-and- waves&type=html https://www.onlinemictest.com/es/generador-de-tonos/