La intensidad del sonido , también conocida como intensidad acústica , se define como la potencia transportada por las ondas sonoras por unidad de área en una dirección perpendicular a esa área. La unidad SI de intensidad, que incluye la intensidad del sonido, es el vatio por metro cuadrado (W / m 2 ). Una aplicación es la medición del ruido de la intensidad del sonido en el aire en la ubicación de un oyente como una cantidad de energía sonora. [1]
Medidas de sonido | |
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Característica | Simbolos |
Presión sonora | p , SPL, L PA |
velocidad de partícula | v , SVL |
Desplazamiento de partículas | δ |
Intensidad de sonido | Yo , sil |
Potencia de sonido | P , SWL, L WA |
Energia de sonido | W |
Densidad de energía sonora | w |
Exposición al sonido | E , SEL |
Impedancia acústica | Z |
Frecuencia de audio | AF |
Pérdida de transmisión | TL |
La intensidad del sonido no es la misma cantidad física que la presión del sonido . El oído humano es sensible a la presión del sonido que está relacionada con la intensidad del sonido. En la electrónica de audio de consumo, las diferencias de nivel se denominan diferencias de "intensidad", pero la intensidad del sonido es una cantidad específicamente definida y no puede detectarse con un simple micrófono.
El nivel de intensidad del sonido es una expresión logarítmica de la intensidad del sonido en relación con una intensidad de referencia.
Definición matemática
La intensidad del sonido, denotada I , se define por
dónde
- p es la presión sonora ;
- v es la velocidad de la partícula .
Tanto I como v son vectores , lo que significa que ambos tienen una dirección y una magnitud. La dirección de la intensidad del sonido es la dirección promedio en la que fluye la energía.
La intensidad media del sonido durante el tiempo T viene dada por
También,
Dónde,
- es la frecuencia del sonido,
- es la amplitud del desplazamiento de las partículas de la onda sonora ,
- es la densidad del medio en el que viaja el sonido, y
- es la velocidad del sonido.
Ley del cuadrado inverso
Para una onda de sonido esférica , la intensidad en la dirección radial en función de la distancia r desde el centro de la esfera viene dada por
dónde
- P es la potencia del sonido ;
- A ( r ) es el área de la superficie de una esfera de radio r .
Por lo tanto, la intensidad del sonido disminuye a 1 / r 2 desde el centro de la esfera:
Esta relación es una ley del cuadrado inverso .
Nivel de intensidad de sonido
El nivel de intensidad del sonido (SIL) o nivel de intensidad acústica es el nivel (una cantidad logarítmica ) de la intensidad de un sonido en relación con un valor de referencia.
Se denota L I , expresado en nepers , belios , o decibelios , y definido por [2]
dónde
- Yo es la intensidad del sonido;
- I 0 es la intensidad del sonido de referencia ;
La intensidad del sonido de referencia comúnmente utilizada en el aire es [3]
siendo aproximadamente la intensidad de sonido más baja que puede oír un oído humano sano en condiciones ambientales. Las notaciones adecuadas para el nivel de intensidad del sonido que utilizan esta referencia son L I / (1 pW / m 2 ) o L I (re 1 pW / m 2 ) , pero las notaciones dB SIL , dB (SIL) , dBSIL o dB SIL son muy comunes, incluso si no son aceptados por la IS. [4]
La intensidad del sonido de referencia I 0 se define de manera que una onda plana progresiva tenga el mismo valor de nivel de intensidad sonora (SIL) y nivel de presión sonora (SPL), ya que
La igualdad de SIL y SPL requiere que
donde p 0 = 20 μPa es la presión sonora de referencia.
Para una onda esférica progresiva ,
donde z 0 es la impedancia acústica específica característica . Por lo tanto,
En aire a temperatura ambiente, z 0 = 410 Pa · s / m , de ahí el valor de referencia I 0 = 1 pW / m 2 . [5]
En una cámara anecoica que se aproxima a un campo libre (sin reflexión) con una sola fuente, las mediciones en el campo lejano en SPL pueden considerarse iguales a las mediciones en SIL. Este hecho se aprovecha para medir la potencia del sonido en condiciones anecoicas.
Medición
La intensidad del sonido se define como el producto promediado en el tiempo de la presión del sonido y la velocidad de las partículas acústicas. [6] Ambas cantidades pueden medirse directamente usando una sonda de pu de intensidad de sonido que comprende un micrófono y un sensor de velocidad de partículas, o estimarse indirectamente usando una sonda de pp que aproxima la velocidad de las partículas integrando el gradiente de presión entre dos micrófonos muy cercanos. [7]
Los métodos de medición basados en presión se utilizan ampliamente en condiciones anecoicas con fines de cuantificación de ruido. El error de sesgo introducido por una sonda pp puede aproximarse mediante [8]
dónde es la intensidad "verdadera" (no se ve afectada por errores de calibración), es la estimación sesgada obtenida mediante una sonda de pp ,es el valor cuadrático medio de la presión acústica, es el número de onda, es la densidad del aire, es la velocidad del sonido y es el espacio entre los dos micrófonos. Esta expresión muestra que los errores de calibración de fase son inversamente proporcionales a la frecuencia y al espaciado de los micrófonos y directamente proporcionales a la relación entre la presión acústica media cuadrática y la intensidad del sonido. Si la relación presión-intensidad es grande, incluso un pequeño desajuste de fase conducirá a errores de polarización significativos. En la práctica, las mediciones de la intensidad del sonido no se pueden realizar con precisión cuando el índice de presión-intensidad es alto, lo que limita el uso de sondas de intensidad de pp en entornos con altos niveles de ruido de fondo o reflejos.
Por otro lado, el error de polarización introducido por una sonda de pu puede aproximarse mediante [8]
dónde es la estimación sesgada obtenida mediante una sonda de pu , y son la transformada de Fourier de la presión sonora y la velocidad de las partículas, es la intensidad reactiva y es el desajuste de fase de pu introducido por errores de calibración. Por lo tanto, la calibración de fase es crítica cuando las mediciones se llevan a cabo en condiciones de campo cercano, pero no tan relevante si las mediciones se realizan en el campo lejano. [8] La “reactividad” (la relación entre la intensidad reactiva y la activa) indica si esta fuente de error es motivo de preocupación o no. En comparación con las sondas basadas en presión, las sondas de intensidad de pu no se ven afectadas por el índice de presión a intensidad, lo que permite estimar la propagación de la energía acústica en entornos de prueba desfavorables siempre que la distancia a la fuente de sonido sea suficiente.
Referencias
- ^ "Intensidad del sonido" . Consultado el 22 de abril de 2015 .
- ^ "Símbolos de letras para ser utilizados en tecnología eléctrica - Parte 3: Cantidades logarítmicas y relacionadas, y sus unidades" , IEC 60027-3 Ed. 3.0 , Comisión Electrotécnica Internacional, 19 de julio de 2002.
- ^ Ross Roeser, Michael Valente, Audiología: diagnóstico (Thieme 2007), p. 240.
- ^ Thompson, A. y Taylor, BN sec 8.7, "Cantidades y unidades logarítmicas: nivel, neper, bel", Guía para el uso del sistema internacional de unidades (SI) Edición de 2008 , Publicación especial NIST 811, segunda impresión (noviembre 2008), SP811 PDF
- ^ Medidas de potencia acústica, Nota de aplicación de Hewlett Packard 1230, 1992.
- ^ FAHY, FRANK. (2017). INTENSIDAD SONORA . Prensa CRC. ISBN 978-1138474192. OCLC 1008875245 .
- ^ Jacobsen, Finn, autor. (29 de julio de 2013). Fundamentos de acústica lineal general . ISBN 9781118346419. OCLC 857650768 .CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
- ^ a b c Jacobsen, finlandés; de Bree, Hans-Elias (1 de septiembre de 2005). "Una comparación de dos principios de medición de la intensidad del sonido diferentes" (PDF) . La Revista de la Sociedad Estadounidense de Acústica . 118 (3): 1510-1517. Código bibliográfico : 2005ASAJ..118.1510J . doi : 10.1121 / 1.1984860 . ISSN 0001-4966 .
enlaces externos
- ¿Cuántos decibeles es el doble de alto? Cambio del nivel de sonido y el factor respectivo de presión o intensidad del sonido
- Intensidad acústica
- Conversión: nivel de intensidad del sonido a intensidad del sonido y viceversa
- Ley de Ohm como equivalente acústico. Cálculos
- Relaciones de cantidades acústicas asociadas con una onda acústica acústica progresiva plana
- Tabla de niveles de sonido. Intensidad de sonido y presión de sonido correspondientes
- ¿Qué es la medición y el análisis de la intensidad del sonido?