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Técnicas de Medição de Som. 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. Tom/Intensidade/Timbre. Grandezas do Som (I).
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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.
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).
Dimensão: Em polegadas: 1, ½, ¼, Sensores de Som: Microfones • Para trabalho experimental, os microfones capacitivos são os mais utilizados: • Estabilidade • Pequenas dimensões • Resposta constante numa larga gama de frequências
Princípio de transdução (I) • Fonte de polarização externa. • Polarização interna permanente.
Princípio de transdução (II) Polarização externa: alternativa mais económica.
Princípio de transdução (III) Maior conveniência de transporte.
Pré-amplificador Converte a elevada impedância de saída do microfone num sinal adequado para aquisição e análise.
Características Principais Omnidireccionais: 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).
Perturbação do Campo Sonoro (I) A presença intrusiva do microfone influencia o campo de pressões local (grandes dimensões quando comparadas com o l da onda sonora), reforçando-o.
Perturbação do Campo Sonoro (II) A dimensão do microfone utilizado influencia a largura de banda mas mantém o factor de ampliação.
Influência do Ângulo de Colocação O ângulo de colocação do microfone influencia a característica da sua resposta a altas frequências.
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.
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
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
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 -
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)
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.
Batimento (II) A velocidade de grupo será sempre superior num meio dispersivo.
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.
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 puro • 2º-Utilizar tubos de geometria flexível
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.
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.
