UNTREF Ac&PsicoacI GuiaEjercicios2012

8/2/2019 UNTREF Ac&PsicoacI GuiaEjercicios2012

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRES

DE FEBRERO

Acustica y Psicoacustica I

Gua de Ejercicios

Ano 2012

Autores: Florent Masson y Joaquim Mansilla


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UNTREF - Gua de Ejercicios Acustica y Psicoacustica I 1

Parte I

Propagacion del sonido y ondas

1. Pequenos problemas...

1. Durante una corrida de 200m un disparo se escucha a 150m de la lnea de partida. El aire tieneuna temperatura de 22C. Cuanto tiempo tarda el sonido en llegar al odo de los corredores.

2. Se consideran dos fuentes cuyas presiones eficaces son iguales a 1, 2P a y 1, 5P a.

Calcular la presion eficaz total.

Calcular el nivel de presion sonora asociado utilizando dos metodos distintos.

3. Se consideran dos maquinas A y B separadas por una distancia de 5 m. A 10m de A y 12mde B se mide un nivel de presi on sonora de 92dB. Cuando se apaga B se mide a 80m de Aun nivel de 72dB. Deducir el nivel de presion sonora que corresponde al aporte de B a 12m.Calcular el nivel de presion sonora que se medira en un punto situado a 160m de A y 48mde B.

4. Cual es la longitud de onda en metros de los siguientes tonos?1Hz, 20Hz, 25Hz, 63Hz , 125Hz, 1KHz, 16KHz, 20KHz

5. Calcular por la definicion del logaritmo el valor de y:

log0,5 0,25 = y (1)

log5

125 = y (2)

log0,001 = y (3)

log0,5 0,25 = y (4)

6. Sabiendo que log 2 = 0.3010, calcular los siguientes logaritmos decimales:

log0,02 (5)

log4

8 (6)

log 5 (7)

2. Funcionamiento de un sonar

Un sonar esta conformado por un emisor de ultrasonidos acoplado a un receptor. En general seutilizan para medir la distancia entre un barco y un obstaculo: fondo del mar, peces, otros barcos,sirenas,...El principio de funcionamiento del sonar no esta basado en la medicion directa de la distancia

sino que, sabiendo la velocidad de propagacion de las ondas en el medio, la calcula a partir de ladiferencia de tiempo entre la onda emitida y la onda reflejada.

1. Porque se utilizan los ultrasonidos, cuales son las ventajas y los inconvenientes?

2. Se utiliza una onda de frecuencia igual a 25kH z, cual es su longitud de onda?

3. Supongamos que la onda se repercute sobre un cardumen, a que profundidad se ubica estesi el receptor recibe la onda con una diferencia de tiempo de t = 0,1s?

Datos: velocidad del sonido en el agua va = 5400km/h


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3. Murcielago o ciego?

Los animales como por ejemplo las ballenas o los delfines utilizan un sistema parecido a un sonarpara moverse y alimentarse. Es tambien el caso de un murcielago. Consideramos un murcielagovolando derecho hacia un obstaculo a la velocidad de v = 30km/h.El emite una senal corta cuando esta a una distancia d = 30m de un obstaculo. La senal es reflejadapor el obstaculo y vuelve hacia el murcielago un tiempo t mas tarde.

1. Hacer un dibujo para explicar el problema.

2. A que distancia x esta el murcielago del obstaculo cuando recibe la senal? Calcular la difer-encia de tiempo t.

3. Que pasa si el murcielago vuela a una velocidad de 340m/s?

4. Efecto Doppler

1. Una locomotora con una velocidad de 144km/h pasa aproximadamente a un observador para-do en la estacion emitiendo un sonido de frecuencia igual a 120Hz. Determino la frecuenciaaparente del sonido recibido por el observador.

2. Con que velocidad debe moverse hacia una fuente en reposo un observador para percibir unafrecuencia equivalente al triple de la emitida por la fuente.

5. Manipulacion de dBs / presion

1. Obtener los valores de presion en P a de los siguientes niveles de presion sonora:

0dB, 50dB, 53dB, 94dB, 120dB

2. Calcular el nivel compuesto por la suma los siguientes niveles expresados en dB[SP L] deforma directa y con la definicion:

80dB + 80dB + 80dB + 80dB80dB + 80dB + 80dB + 96dB82dB + 82dB + 85dB + 88dB

3. Obtener el nivel de presion sonora global sin ponderacion, con ponderacion A y C de cadauna de las siguientes mediciones:

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000 8000 16000L1 65 58 57 46 42 35 34 23

L2 43 52 48 50 36 25 23 20

L3 50 55 49 48 38 30 27 25

Suponiendo que estas 3 mediciones se realizaron en 3 puntos espaciales dentro de una fabrica,calcular el nivel de presion sonora global sin ponderar, con ponderacion A y C promedio.

4. Calcula el nivel sonoro compuesto resultado de dos altavoces, que generan 80dB(A) cadauno, mas un cantante que genera 75dB(A).


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6. Gaucho al campo

Un gaucho quiere chiflar a sus caballos en un da muy ventoso (velocidad del viento de aproxi-madamente v = 80km/h). Se mide en el campo un ruido de fondo de 42dB.Se considera que el chiflido corresponde a una senal sinusoidal de 2000Hz.En todo el ejercicio se considerara la absorci on del sonido en la atmosfera (ver cuadro 1) pero nose tomara en cuenta el efecto del suelo.

Figura 1: Dimensiones del campo

1. Calcular el tiempo que necesita la senal para llegar a los caballos.

2. Se midio a 10 metros del criollo un nivel de presion sonora de 74dB. Calcular el nivel depresion sonora que llega a los caballos. Concluir.

3. El gaucho pide ayuda a su hijo para chiflar a los caballos. El hijo chifla a una frecuencia de3000Hz con un nivel de presion sonora de 77dB a 10m.

4. Hacer los mismos calculos en el caso de un viento en el sentido contrario. Concluir.

Nota sobre la absorcion atmosferica:La absorcion atmosferica es el resultado de las distintas perdidas de energa en la propagacion porefecto Joule. Eso corresponde entre otros a la friccion y al efecto de rotacion de las moleculas.

Se evalua en general por:Aatm = d

con d la distancia entre la fuente y el receptor

y los coeficientes definidos en el cuadro 1.

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000

1, 000(dB/km) 0,38 1,13 2,36 4,08 8,75 26,4

Cuadro 1: Absorcion del aire por bandas de octavas

7. Reflexion y sonido

Consideremos una fuente generadora de ondas planas. Se supone que la fuente emite una ondasinusoidal en un espacio libre:

p(t) = A sin(t) con A = 1Pa y f = 1kH z

Le fuente esta alejada de una pared infinita por una distancia r.

1. Cual es el nivel equivalente de la fuente expresado en dB?


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2. Un microfono, tambien alejado de la pared por la distancia r, mide en un punto M una senalde presion sonora nula a la distancia d = 80cm de la fuente. Explicar porque y determinaresta distancia r.

3. La senal esta ahora constituida por 2 tonos puros de frecuencias f1 = 707, 4Hz y f2 =1061, 1Hz de misma amplitud A = 1P a. Cual es el nivel de presion, expresado en dB, queva a medir el microfono en M cuando la distancia r es igual a 50cm?

8. Sistemas oscilatorios

1. Un oscilador armonico constituido por un muelle de masa despreciable, y una masa en elextremo de valor 40g, tiene un periodo de oscilacion de 2s.

Cual debe ser la masa de un segundo oscilador, construido con un muelle identico alprimero, para que la frecuencia de oscilacion se duplique?

Si la amplitud de las oscilaciones en ambos osciladores es 10cm, cuanto vale, en cadacaso, la maxima energa potencial del oscilador y la maxima velocidad alcanzada por sumasa?

2. Una masa m oscila en el extremo de un resorte vertical con una frecuencia de 1 Hz y unaamplitud de 5cm. Cuando se anade otra masa de 300g, la frecuencia de oscilacion es de0, 5Hz. Determine:

El valor de la masa m y de la constante recuperadora del resorte.

El valor de la amplitud de oscilacion en el segundo caso si la energa mecanica delsistema es la misma en ambos casos.

3. Se cuelga un cuerpo de masa 50g del extremo de un muelle de constante elastica 3, 2N/m, sealarga 4, 0cm y se suelta.

Calcula la frecuencia de la oscilacion y su perodo.Escribe la expresion del desplazamiento, respecto a la posicion de equilibrio, en funciondel tiempo empleando unidades del Sistema Internacional. Cuanto vale la fase inicial?

Calcula la posicion despues de 11s.

Cuantas oscilaciones se han completado en ese tiempo?

4. Un cuerpo de 100 g se cuelga de un muelle de constante elastica 5, 5N/m, se alarga 5, 0cm yse suelta. Calcular:

la velocidad y la aceleracion maximas y la posicion despues de 0, 15s de iniciado elmovimiento

5. La bolita de un pendulo simple realiza una oscilacion aproximadamente horizontal y armonica,en presencia del campo gravitatorio terrestre, con perodo de 2s y una amplitud de 2cm.

Determina la velocidad de la bolita en funcion del tiempo y representala en funcion deltiempo, tomando como origen de tiempos el centro de oscilaci on.

Cual sera el per odo de oscilacion de este pendulo en la superficie de la luna si all elcampo gravitatorio lunar es la sexta parte del terrestre?.


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9. Maquina instalada sobre resortes

1. Consideremos una maquina de masa m instalada sobre 4 resortes que tienen la misma rigidezk. Dar y dibujar el sistema de 1 grado de libertad equivalente. Cu al es el valor del resorteequivalente a los 4?

2. Dar la frecuencia de resonancia del sistema sabiendo que cada resorte tiene una rigidez de2,105N.m1 y que la maquina tiene una masa de 500kg.

3. La amplitud de la oscilacion es de 1mm al principio y la fase de 2rad. Cuales son las condi-ciones iniciales (en velocidad y en desplazamiento) que generan la oscilacion?

4. La maquina cuando esta funcionando esta vibrando a una pulsacion de 40rad/s, los antivi-bratorios estan bien elegidos? Si no, que habra que elegir?

10. Problemas de maquinas con antivibratorios

1. Una maquina que tiene una masa de 50kg funciona con una fuerza sinusoidal que tiene unmaximo de amplitud de 40N y una frecuencia de excitacion de 10Hz. El sistema esta in-stalado sobre soportes antivibratorios de constante de rigidez de 50kN/m y de coeficiente

de amortiguacion de 600N.s/m. El objetivo es de determinar la amplitud maxima de lasvibraciones del sistema. Para eso:

Calcular el ndice de amortiguacion del sistema;

Calcular la amplitud dinamica del sistema;

Deducir la amplitud maxima de las vibraciones.

2. Se desea implementar los soportes antivibratorios de una maquina de una masa de 50kg detal manera que la frecuencia natural del sistema sea de 5 Hz.

Calcular la rigidez que se necesita para los resortes y la deflexion estatica correspondi-ente.

La maquina esta excitada por una fuerza sinusoidal de pulsacion de aproximadamente60rad.s1. Calcular la amplitud maxima que puede tener la fuerza para siempre teneroscilaciones inferiores a 2, 5mm.

3. Una maquina de 22, 5kg esta expuesta a una fuerza sinusoidal de amplitud maxima de 1, 25kNy de frecuencia de 12Hz. Los antivibratorios puestos tienen un ndice de amortiguacion = 0, 04. El resorte soportando la maquina tiene una deflexion estatica de 27, 6mm cuandoesta sometido al peso de la maquina.

Determinar la rigidez del resorte.

Determinar la deflexion dinamica maxima.

4. Se considera una maquina de 115kg excitada por una fuerza sinusoidal de 10Hz de amplitudmaxima de 4, 5kN. El sistema antivibratorio de la maquina tiene un ndice de amortiguacionde = 0, 10. Se desea determinar cual sera el resorte que podra permitir una amplituddinamica maxima para el sistema de 0, 025.

Calcular la frecuencia natural del sistema que se requiere y deducir el valor de la rigidezdel resorte.

Calcular el amplitud del desplazamiento maximo de la maquina.


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11. Suspensiones de moto

En este ejercicio se quiere entender el funcionamiento de una suspension de moto de masam = 200kg y dimensionarla.

1. Dar el modelo asociado a esta suspension y escribir su ecuacion diferencial en el caso que laruta se presenta como lisa.En realidad, la moto se encuentra excitada por la ruta a traves de la suspension. Se considera

entonces el modelo de la figura 2.

(a) Suspensiones de lamoto

(b) Modelo Moto-Ruta

Figura 2: Sistema moto-ruta y su modelo

2. Escribir la ecuacion diferencial considerando los desplazamientos de la ruta.Se supone que la excitacion tiene un desplazamiento armonico:y (t) = Y cos(t) = {Y ejt} con Y amplitud realSe busca una solucion particular en la forma:x (t) = A0 cos(t + ) = {Xejt} con X = A0ej amplitud compleja

3. Calcular la transmisibilidad en deslazamiento definido por |XY| en funcion de r =

0y

= c2m0

.

Figura 3: Desplazamiento del eje

4. Cuando el absorbedor esta sometido a una velocidad inicial vertical debido a las irregulari-dades de la ruta el desplazamiento x(t) del eje de la moto en relacion al bastidor presentalas variaciones de la figura 3.

a) Determinar las constantes de rigidez k y de amortiguacion c que:


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permiten obtener un pseudo-periodo de 2s

hacen que las amplitudes de las oscilaciones se reducen de un cuarto en cada mediociclo ( x1,5 =

x14

)

b) Calcular el valor de la velocidad inicial generada por un choque en la ruta que conducea un desplazamiento maximo de 250mm.


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Parte II

Ecuacion de onda y mediciones acusticas

12. Varios problemas sobre la propagacion de las ondas acusti-cas

1. Un trombon produce ondas planas a una frecuencia de 170Hz y una presion acustica eficazde 13, 1P a en un aire de 25C y de presion atmosferica de 101, 3kP a. Calcular la velocidadde partculas acusticas eficaz para la onda sonora.

2. Una onda plana sonora se esta propagando en un aire de 15C y 101, 3kP a con una intensidadde 10mW/m2. Calcular la presion y la velocidad de partculas acusticas eficaces asociadas.

3. Una fuente acustica esferica produce una presion acustica eficaz de 2P a a una distancia de1, 2m en un aire de 25C y 101, 3kP a. El sonido tiene una frecuencia de 125Hz. Determinarla velocidad de partculas acusticas eficaz asociada. Calcular el valor de la intensidad acusticaa 1, 2m de la fuente y a 2, 5m.

4. Una fuente acustica esferica esta emitiendo en un espacio abierto conteniendo un aire de22C y 101, 3kP a. La onda sonora tiene un frecuencia de 274Hz y una potencia de 30mW.Calcular el valor de la intensidad y de la presion acustica eficaz a 500m de la fuente.

5. Cuando un trompetista toca un sol con su instrumento (al odo corresponde a un fa) elproduce una nota de frecuencia 690, 5Hz. El sonido resultante corresponde a ondas sonorasque se pueden considerar como esfericas. A una distancia de 60, 5mm de la trompeta lavelocidad de las partculas acusticas eficaz tiene un valor de 2, 60mm/s cuando en el club elaire tiene una temperatura de 32C. Calcular la presion acustica eficaz asociada y deducirel nivel de presion sonora a esta distancia de 60, 5mm. Calcular el nivel de presion sonora a9, 68m de la trompeta cuando se considera que el suelo es totalmente reflectante.

6. Se considera una onda plana propagandose en un tubo de 100mm de diametro y de 30m delargo. El nivel de intensidad medido es de 121dB. El agua tiene una densidad de 1000kg/m3

y la velocidad del sonido es de 1400m/s. Calcular el nivel de presion acustica y la velocidadde partculas acusticas en el tubo.


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13. Radiacion de un silenciador

Un fabricante de silenciadores industriales quiere determinar las prestaciones acusticas de unode sus productos. Para ello, quiere determinar la reduccion acustica del silenciador definida por larelacion entre el valor de la potencia incidente Wi y la potencia transmitida Wt. Esta relacion esel coeficiente de perdidas por transmision, definido por:

T L = 10logWi

Wt

= LWi LWt

Para poder hacer la medicion, el cuenta con solo un sonometro. Para medir el TL, coloca elsilenciador en la extremidad de un tubo de 0,1 m de diametro y un parlante como fuente sonora enel otro extremo (Figura ??). A la frecuencia que le interesa, mide en el interior del tubo un nivelde presion sonora maximo de 112dB y un nivel mnimo de 98dB. La salida del silenciador se abre

Figura 4: Esquema de la medicion

sobre un bafle plano (se supone infinito) y un operador constata que el sistema esta irradiando dela misma forma que una fuente omnidireccional en el medio-espacio delimitado por el bafle. A unadistancia de 1, 5m del bafle se mide un nivel de presion de 55dB.Cual es el TL del silenciador?

Para llegar al resultado calcular:

Las amplitudes de las ondas incidentes y reflejadas;El nivel de intensidad acustica incidente que se deduce de la amplitud de la onda incidente;

El nivel de potencia acustica en salida del tubo (x = 0) sin silenciador;

El nivel supuestamente medido sin silenciador a la distancia d del tubo;

Comparar con lo medido con el silenciador y concluir.


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14.2. Secunda parte:

En esta parte se van a considerar las mismas consideraciones sobre el campo ac ustico que en laparte anterior.El objetivo es de analizar y evaluar el efecto de la inserci on de un material poroso en el cuello. Paraestudiar un material poroso o fibroso se puede utilizar el modelo emprico de Delany-Bazley. Estemodelo da una impedancia y un numero de onda equivalente al material en funcion de la resistenciadel mismo al paso del aire definida por:

Ze = Z0

1 + 0, 0571X0,754 j0, 087X0,732

ke =

c

1 + 0, 0978X0,700 j0, 189X0,595

Con Z0 la impedancia caracterstica del aire y X definido por

X =0f

Con estas consideraciones la impedancia de superficie del material se puede deducir por Zs =

j Ze

cot(keL) con d el espesor del material y su porosidad.

En la figura 6 se ve como esta colocado el material poroso.

Figura 6: Esquema del cuello con el material poroso

1. Calcular por esta nueva configuracion el coeficiente de perdidas del sistema.

2. Utilizando un programa de simulacion numerica de tipo Matlab o Scilab dibujar los coefi-cientes de perdidas por transmision calculos en los dos casos, sin y con material absorbente.

Se utilizaran los datos siguientes:

Porosidad del material = 0, 9

Resistencia del material al paso del aire = 100000N.s.m4

Sd = 10cm

S = 10cm

L = 20cm


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15. Sonido VS solido y fluidos... apuestas abiertas!

1. Una onda sonora plana propagandose en el aire a 25C choca una pared de hormigon conincidencia normal. La onda incidente tiene un nivel de intensidad de 90dB.

Sabiendo que el hormigon tiene una impedancia de Zh = 7, 44 106rayl calcular elcoeficiente de transmision energetico y deducir el ndice de perdidas por transmision.

Calcular el nivel de presion sonora incidente y el nivel de presion transmitido a la pared.Calcular el nivel de intensidad reflejada y verificar que la ley de conservaci on de laenerga es respectada.

2. Una ventana de vidrio (2500kg.m3) de 50mm de espesor esta puesta en el Mundo Marinoen la pileta de los delfines. Una onda plana se esta propagando del aire (Z0 = 416rayl) haciael agua salado (Zm = 1, 533 106rayl). La onda tiene una frecuencia de 2kH z y pega el vidriocon una incidencia normal. El nivel de presion resultante en el agua es de 114, 3dB. Calcularla intensidad acustica de la onda incidente y el valor de la presion eficaz de la onda incidente.

3. Una pared de 3m 12m tiene un ndice de debilitamiento de 25dB. Si se coloca una ventanade 1m 2m con un ndice de debilitamiento de 5dB en la pared cual sera el ndice dedebilitamiento del todo? (ndice: utilizar los coeficientes de transmision...)

4. Una onda plana se propaga en el agua (densidad 998kg/m3, velocidad del sonido de 1481m/s)con una presion eficaz de 100P a y llega al fondo de la laguna con un angulo de 45. El fondode la laguna tiene una densidad de 2000kg/m3 y el sonido se propaga con una velocidad de1000m/s.

Calcular el angulo con lo cual la onda transmitida entra en el fondo de la laguna.

Calcular el ndice de debilitamiento del medio.

Calcular el nivel de presion sonora de la onda transmitida.

16. Ejercicios de manipulacion dedBs

/ presion y potencia1. Obtener los valores de potencia en Watt de los siguientes niveles de potencia acustica:

0dB, 50dB, 60dB, 90dB, 120dB

2. Una industria puede generar un nivel acustico de 90dB(A) a 100 metros de distancia. Calculala distancia que debe alejarse de una poblacion para que no incida un nivel acustico superiora 60dB(A).

3. Si una fuente sonora de potencia de 3W nos produce un nivel sonoro de 63dB(A). Calcularel nivel sonoro si:

Aumentamos la potencia de la fuente hasta 60W

No alejamos al triple de la distancia.

4. Una alarma omnidireccional genera un nivel acustico de 100dB a 1 metro de distancia.Calcula, indicando la unidad:

El nivel acustico a 8 metros.

La intensidad acustica a 8 metros.

La potencia acustica de la alarma.

5. Un avion reactor volando emite ruido uniforme en todas direcciones, generando un nivel

sonoro de 80dB a 1Km. Calcula la potencia sonora del avion (W) y el nivel sonoro (dB) a8Km de distancia.


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6. Cuando un espectador grita GOL! se escucha una senal acustica de 60dB(A) en el centrodel estadio. Calcula el nivel acustico que recibio el arbitro de la final del mundial del futbolcuando 100.000 espectadores gritaron el gol de Francia a Brasil, y describe la sensacionfisiologica.

7. Si una fuente sonora de potencia de 3W nos produce un nivel sonoro de 63dB(A). Calcularel nivel sonoro si:

Aumentamos la potencia de la fuente hasta 60W

Nos alejamos al triple de distancia

8. El ladrido de un perro supone alrededor de un 1mW de potencia. Si esta potencia se distribuyeuniformemente en todas direcciones cual es el nivel de intensidad sonora a una distanciaentre 5 metros? y si estuvieran dos perros ladrando al mismo tiempo?

9. Un avion reactor volando emite ruido uniforme en todas direcciones, generando un nivelsonoro de 80dB a 1Km. Calcula la potencia sonora del avion (W) y el nivel sonoro (dB) a8Km de distancia.

10. Una Industria Puede genera un nivel Acustico de 90dB(A) a 100 metros de distancia. Calculala distancia que debe alejarse de una poblacion para que no incida un nivel acustico superiora 60dB(A).

11. Una explosion tiene un nivel sonoro de 100dB a 10 metros de distancia del sitio donde seproduce. Si el valor de la intensidad mnima necesaria para detectarse es de 5 10 6W/m2,calcule la distancia a la que deja de ser audible, as como su potencia.

17. Mediciones acusticas de maquinas

1. Se midio el nivel de presion sonora del cuadro 2 alrededor de una maquina cortadora. Calcularel nivel de presion sonora global y el nivel ponderado A por esta maquina.

Frecuencia (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000NPS (dB) 91 88 99 102 99 98 98 88

Cuadro 2: Niveles de presion sonora (NPL) de la cortadora por banda de octava

2. En el cuadro 3 se puede apreciar el nivel de presion sonora por banda de octava de unamaquina medido a 3m. Calcular el nivel de presion sonora global. Se supone que la maquinaesta puesta sobre un suelo en un espacio bastante abierto. Calcular la potencia de la dichamaquina.

Frecuencia (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

NPS (dB) 102 96 89 83 80 79 79 77

Cuadro 3: Niveles de presion sonora (NPL)medidos a 3 m por banda de octava


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18. Medicion de las propiedades acusticas de un instrumen-

to de musica

Se desea medir la potencia acustica y la directividad de un instrumento de musica.Tiene a su disposicion los elementos siguientes:

1 campo del lado de Lujan

1 microfono de medicion omnidireccional

1 sonometro

1 calibrador (que funciona a su vez con el microfono y con el sonometro)

1 metro de medicion

1 preamplificador

2 monitores

1 amplificador

1 computadora con tarjeta de sonido + softwares para mandar todos tipos de senales acusticosy para grabar.

18.1. Determinacion de su potencia acustica

1. Explicar y justificar de forma detallada la medicion (como, que tipo de senal,...). Realizar unesquema de la cadena de medicion.

2. Se eligieron 10 puntos de medicion de una superficie de dimensiones 2 2 1, 5m. Marcaren un esquema los distintos puntos de medicion.

3. Se midieron los niveles de presion sonora del cuadro 4. Calcular la potencia acustica de la

fuente.

Punto Medicion 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10NPS (dB) 100 103 104 98 99 102 101 97 100 99

Cuadro 4: Niveles de presion sonora (NPL)medidos sobre la superficie

18.2. Determinacion de su directividad

1. Explicar y justificar de forma detallada la medicion (como, que tipo de senal,...). En estecaso se miden valores solo en un plano horizontal al suelo.

2. Dibujar unos patrones polares (sea patrones a distintas frecuencias) que podran esperar paraun instrumento como la trompeta.


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19. Polucion ambiental

Una turbina de gas tiene la potencia acustica del cuadro 5 siguiente. El coeficiente de direc-tividad de esta fuente se puede tomar como igual a 4 para todas las frecuencias. El sonido estransmitido en la atmosfera (25C y 101, 3kP a). Calcular el nivel de presion sonora que llega auna residencia ubicada a 400m de la fuente.

Frecuencia (Hz) 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000LW (dB) 120 124 128 128 127 124 123 123

Cuadro 5: Niveles de potencia de la turbina por banda de octava


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Parte III

Acustica Arquitectonica

20. modelizacion de una sala

Se considera una sala paralelepipedica de dimensiones [Lx; Ly; Lz] = [6;8;4]m. Las paredestienen un coeficiente de absorcion de 0, 4, el techo de 0, 7 y el suelo de 0, 1.Una fuente electroacustica omnidireccional posicionada en [Lx/4; Ly/4; Lz/4] esta generando unasenal impulsional de potencia 100dB.Un microfono esta situado en [2 Lx/3; Ly/2; Lz/4].

1. Calcular el tiempo que necesita la onda acustica para ir de la fuente hasta el microfono.

2. Que decir del campo sonoro en el punto de medicion.

3. Calcular el nivel asociado a la onda directa si la fuente estuviera en campo libre y el nivelglobal que medira el microfono.

4. Dibujar la respuesta impulsional (ecograma) para las 5 primeras reflexiones (no calcular el

tiempo exacto asociado). Explicar el dibujo.5. Calcular las 10 primeras frecuencias asociadas a las primeros modos de la sala (decir si son

modos axiales, tangenciales o oblicuos).

6. que modos podra captar el microfono?

21. Determinacion del tiempo de reverberacion de un local

Se considera una sala de volumen V = 324m2. Las paredes tienen una superficie de 122m2 yun coeficiente de absorcion promedio de 0, 03. El techo, de 98m2, tiene un coeficiente de absorcionde 0, 8 y el suelo, de 98m2 tambien, tiene por coeficiente 0, 03.

1. Calcular el coeficiente de absorcion promedio de la sala

2. Determinar el tiempo de reverberacion de la sala.

22. Absorcion en recintos vacos

1. Un recinto vaco, de 4 x 5 metros con 3 metros de altura, tiene un tiempo de reverberacionde 3s. Cuantas personas, con una absorcion de 0,40 cada una, tienen que entrar para que eltiempo de reverberacion se reduzca a 1s?

2. Un recinto vaco mide 4 x 5 metros con 3 metros de altura. Todas las superficies tienen uncoeficiente medio de absorcion acustica a = 0, 04. Ademas, se pueden abrir 4m2 de huecos deventanas, con una absorcion perfecta a = 1, 00. Calcula el tiempo de reverberacion con las

ventanas cerradas y abiertas.

23. Potencia acustica de una maquina

Consideramos 20 maquinas iguales en un taller de 20m10m5m. El tiempo de reverberaciondel recinto vacio es de 2, 5s. Se supone que cada maquina tiene una absorcion de 1Sabine.

1. Evaluar la potencia acustica de cada maquina cuando el nivel de presion es de 90dB cuandotodas las maquinas funcionan.

2. Se supone que las maquinas funcionan las 8h de un da de trabajo normal, el nivel de exposi-cion esta respectado? Si no esta, proponer soluciones para respectarlo.


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24. Potencia de un compresor

Un pequeno compresor de aire puede ser asimilado a un paraleleppedo de 600mm de largopor 800mm de ancho y 600mm de alto. El compresor esta ubicado en una pieza de dimensiones15m 18m 3, 75m. El coeficiente de absorcion promedio de las superficies de la sala es de 0, 15.La superficie de medicion se eligio a una distancia de 1m alrededor de la maquina. Se midieronlos niveles de presion sonora del cuadro 6 para la banda de octava de 500 Hz. Calcular el nivel de

potencia acustica de esta maquina en la banda de 500Hz.

Punto Lp (dB)(1) Arriba, centro 82,0(2) Arriba, esquina, Frente 81,2(3) Arriba, esquina, Frente 82,6(4) Arriba esquina, Trasera 79,6(5) Arriba esquina, Trasera 80,1(6) Lado vertical, centro 76,7(7) Lado vertical, centro 79,8(8) Lado vertical, centro 80,6(9) Lado vertical, centro 78,1

Cuadro 6: Niveles de potencia de la turbina por banda de octava

25. Campo directo y campo reverberado de una maquina

Se considera un sala de maquina de dimensiones 6, 00m 6, 20m 3, 10m de alto. La sala solotiene una puerta de 1, 20m 2, 20m. Una maquina funcionando en esta sala esta ubicada en unade sus esquinas, su nivel de potencia sonora figura en el cuadro 7. Seis personas paradas est antambien presentes en la pieza. En todo el ejercicio nos interesa solo los resultados en la banda deoctava de los 500Hz. En el cuadro 8 se dan los coeficientes de absorcion de las distintas superficies.Para las personas se supone que una persona parada tiene una absorcion sabine de 0, 44A.

Frecuencia (Hz) 125 250 500 1000 2000 4000LW (dB) 52 57 60 56 50 43

Cuadro 7: Niveles de potencia acustica de la maquina

Superficie Techo Paredes Suelo Puerta (500Hz) 0,55 0,06 0,21 0,05

Cuadro 8: Distintos coeficientes de absorcion

1. Determinar el coeficiente de directividad de la fuente.

2. Calcular el aporte del campo directo en el nivel de presion sonora medido en un punto receptorsituado a 6 m de la maquina.

3. Calcular el aporte del campo reverberado en el nivel de presion sonora.

4. Deducir el nivel de presion sonora total medido en el punto receptor. Concluir.

5. Considerando que el aire en la pieza tiene una temperatura de 21C calcular el tiempo dereverberacion de Norris-Eyring para la banda de los 500Hz.

6. Justificar el hecho que la formulacion de Fitzroy para el calculo del tiempo de reverberacion

es mas adaptada en esta sala. Calcularlo y concluir.


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26. Modificacion de la superficie de absorcion de un au-

ditorium

Un auditorium de 3150m3 y de superficie total de 1530m2, con un tiempo de reverberacion de2s, esta sonorizado por una fuente electro-acustica.

1. Calcular el coeficiente de absorcion promedio del auditorium.

2. Cual es la potencia acustica necesaria para tener un nivel sonoro de 60dB lejos de la fuente?(utilizar el modelo de Sabine)

3. Calcular el nuevo tiempo de reverberacion cuando hay 400 personas con una absorcion de0, 5 en la misma sala.

4. Calcular el nuevo nivel sonoro en la sala.

27. Tratamiento acustico de una fabrica

Se considera la fabrica de la figura 7. El tiempo de reverberacion medido en el galpon es de2, 1s. Por promedio, estan funcionando 5 maquinas en este mismo galpon. En la oficina se requiere

un nivel de presion sonora de 65dB y un tiempo de reverberacion de 0, 7s.

(a) Fabrica, vista en plano

PuertaLW1 = 93dB

LW2 = 98dB

LW3 = 97dB

LW4 = 101dB

LW5 = 103dB

(b) Fabrica,vista en corte

Galpon

Oficina

Figura 7: esquema de la fabrica

Usted fue contratado para realizar el acondicionamiento acustico de la oficina en donde midio untiempo de reverberacion de 1,6s y un nivel de presion sonora de 70dB. Se supone que la puerta de2m2 que liga la oficina a la fabrica tiene un ndice de debilitamiento de 15dB.

1. Calcular el coeficiente de absorcion promedio de cada recinto.

2. Calcular el nivel de presion en el galpon suponiendo que el campo es difuso.

3. Determinar el ndice de debilitamiento de la superficie en comun entre el galpon y la oficina(pared + puerta).

4. Deducir del calculo el ndice de debilitamiento de la pared (ndice: reflexionar con los coefi-cientes de transmision).

5. Proponer distintas soluciones para lograr los objetivos definidos. Calcular los valores obtenidoscon la solucion que les parece la mas adecuada (facilidad de realizacion y materiales utiliza-

dos).


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