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19 de Novembro 2001
Técnicas de Medição de Som
19 de Novembro 2001
O que é o som?• Ondas de compressão/expansão das
partículas que compõem o meio de propagação.
Propagação de zonas de altas e baixas densidades.
19 de Novembro 2001
Tom/Intensidade/Timbre
19 de Novembro 2001
Grandezas do Som (I)• Frequência (Hz): A gama de
frequências sensível ao ouvido humano vai desde 20 Hz até 20 kHz.
• Intensidade (Pa): A gama de intensidades audível vai desde os 20 Pa até aos 20 Pa (rms).
• Intensidade (dB): A intensidade é medida comparativamente com uma pressão de referência (20 Pa – Limite do audível).
19 de Novembro 2001
Grandezas do Som (II)
19 de Novembro 2001
Sensores de Som: Microfones
Para trabalho experimental, os microfones capacitivos são os mais utilizados:•Estabilidade•Pequenas dimensões•Resposta constante numa larga gama de frequências
Dimensão: Em polegadas: 1, ½, ¼, 81
19 de Novembro 2001
Design de um microfone
19 de Novembro 2001
Princípio de transdução (I)
•Fonte de polarização externa.•Polarização interna permanente.
19 de Novembro 2001
Princípio de transdução (II)
Polarização externa: alternativa mais económica.
19 de Novembro 2001
Princípio de transdução (III)
Maior conveniência de transporte.
19 de Novembro 2001
Pré-amplificadorConverte a elevada impedância de saída do microfone num sinal adequado para aquisição e análise.
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19 de Novembro 2001
Características PrincipaisOmnidireccionais: captam o som que vem de todas as direcções. Os microfones de menor diâmetro têm melhor omnidireccionalidade.
Sensibilidade: indica a voltagem de saída em função da pressão sonora exercida (V/Pa).
Resposta em frequência: permite representar a variação de sensibilidade com a frequência.
Frequências de ‘Cut-Off’: Limites a partir dos quais a resposta é significativamente atenuada (-3dB).
19 de Novembro 2001
Influência do Ambiente
19 de Novembro 2001
Perturbação do Campo Sonoro (I)A presença intrusiva do microfone
influencia o campo de pressões local (grandes dimensões quando comparadas com o da onda sonora), reforçando-o.
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Perturbação do Campo Sonoro (II)
A dimensão do microfone utilizado influencia a largura de banda mas mantém o factor de ampliação.
19 de Novembro 2001
Influência do Ângulo de Colocação
O ângulo de colocação do microfone influencia a característica da sua resposta a altas frequências.
19 de Novembro 2001
Sondas Acústicas (I)
•Por vezes é necessário utilizar técnicas não intrusivas para medir o som Sondas.
•Sendo o microfone um aparelho sensível, não é possível utilizá-lo em meios que o degradam facilmente: câmaras de combustão.
19 de Novembro 2001
Sondas Acústicas (II)Quando se utilizam?
Ambientes adversos
Medição de altas frequências
Limitações:
Camadas de corte sonoras no provete
Picos de ressonância na função de transferência
19 de Novembro 2001
Propagação de ondas em tubos (I)
• A velocidade das ondas sonoras nos tubos não é exactamente a velocidade do som:
Efeitos de não-escorregamento Efeitos de condução de calor
19 de Novembro 2001
Propagação de ondas em tubos (II)
• Existem várias soluções analíticas para propagação de ondas de som em gases contidos em tubos:
»Helmholtz»Kirchhoff»Rayleigh
• Chegou-se à conclusão de que existem dois parâmetros que governam este fenómenos:
»Número de corte de onda – »Frequência reduzida -
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19 de Novembro 2001
Propagação de ondas em tubos capilares
• Segundo Rayleigh, os efeitos de condução de calor nestes tubos são desprezáveis (diâmetro muito pequeno), apenas interessando os efeitos de viscosidade.
• Devido ao efeito de não escorregamento e consoante S, teremos diversos perfis de velocidade.(axial e radial)
19 de Novembro 2001
Batimento (I)Meio dispersivo: ondas com diferentes frequências têm diferentes velocidades de propagação.
Podem surgir efeitos de batimento:
Velocidade de fase: velocidade característica de uma onda a uma dada frequência.
Velocidade de grupo: velocidade da onda modulada.
19 de Novembro 2001
Batimento (II)A velocidade de grupo será sempre superior num meio dispersivo.
19 de Novembro 2001
Consequências• A velocidade de propagação da onda no tubo não é conhecida a priori.
• Sabe-se apenas que o erro para altas frequências é menos significativo.
19 de Novembro 2001
Ressonância• Os fenómenos de ressonância vão adulterar as intensidades medidas ao longo do espectro de frequências.
• Existem varias soluções para minimizar estes problemas:
1º-Cobrir a Sonda com aço puro2º-Utilizar tubos de geometria flexível
19 de Novembro 2001
Aplicação
19 de Novembro 2001
Acústica Musical (I)Recentemente, associou-se às técnicas mais usuais de medição de som a técnica do PIV.Objectivo: Medir campos de energia sonora, nomeadamente em instrumentos musicais.
19 de Novembro 2001
Acústica Musical (II)Dificuldades:
• Para captar a gama de frequências sonoras de interesse, é necessária câmaras com elevada taxa de captura. É já possível medir frequências até 100 kHz (para além do audível).
• A aplicação da técnica impõe que os instrumentos musicais sejam transparentes.
O ponto de partida tem sido utilizar esta técnica para tubos cilíndricos transparentes.
19 de Novembro 2001
FIM