19 de Novembro 2001

Técnicas de Medição de Som

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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.

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Tom/Intensidade/Timbre

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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).

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Grandezas do Som (II)

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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

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Design de um microfone

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Princípio de transdução (I)

•Fonte de polarização externa.•Polarização interna permanente.

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Princípio de transdução (II)

Polarização externa: alternativa mais económica.

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Princípio de transdução (III)

Maior conveniência de transporte.

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Pré-amplificadorConverte a elevada impedância de saída do microfone num sinal adequado para aquisição e análise.

RLjCj

Z 1

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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).

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Influência do Ambiente

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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.

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Influência do Ângulo de Colocação

O ângulo de colocação do microfone influencia a característica da sua resposta a altas frequências.

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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.

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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

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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

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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 -

wRs s

0awRk

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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)

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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.

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Batimento (II)A velocidade de grupo será sempre superior num meio dispersivo.

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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.

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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

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Aplicação

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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.

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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.

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FIM