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, 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-amplificador Converte a elevada impedância de saída do microfone num sinal adequado para aquisição e análise. 19 de Novembro 2001

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). 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 l da onda sonora), reforçando-o. 19 de Novembro 2001

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 - 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 puro 2º-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 19 de Novembro 2001