Doble Grado en International Computer Engineering and Management of Business and Technology

Fundamentos de acústica y audio

Descripción
La asignatura pretende familiarizar al estudiante con los conceptos básicos de audio y vibroacústica. El primer semestre presenta una introducción básica a distintos conceptos relacionados con el audio que incluyen des de la escala de decibelios y la caracterización de ondas acústicas armónicas hasta la descripción de distintos aspectos de acústica fisiológica y psicológica. También se introduce la teoría básica de transductores, bien sean receptores (micrófonos y acelerómetros) o emisores (altavoces). El segundo semestre presenta aspectos más físicos y matemáticos abordando los fundamentos de la acústica y vibraciones lineales. Se empieza con el análisis de sistemas continuos, planteando la ecuación de ondas para cuerdas y membranas. A continuación se plantea la ecuación de ondas en fluidos y se estudia la propagación del sonido, la reflexión y la transmisión entre dos medios y tres medios. Se realiza un breve estudio de la propagación de ondas planas en conductos. A continuación se estudia la propagación de ondas esféricas en el espacio. Finalmente se aborda el estudio de fuentes acústicas y la propagación del sonido en campo libre y en espacios cerrados.
Tipo asignatura
Optativa
Semestre
Anual
Créditos
6.00

Profesores Titulares

Conocimientos previos

Se requieren conocimientos de conceptos básicos de cálculo y álgebra como: trigonometría, integrales y derivadas, ecuaciones diferenciales, formulación matricial de problemas, determinantes y cálculo de matrices inversas.

Es muy recomendable cursar la asignatura conjuntamente con Física, Estadística y Análisis Matemático, y Señales y Sistemas de Transmisión.

Objetivos

La asignatura pretende la adquisición de las bases del sonido y la acústica y un conocimiento básico de los transductores receptores y emisores del sonido. Igualmente se pretende adquirir los conocimientos básicos de propagación acústica y de reflexión y transmisión entre diferentes medios.

Con todo ello se pretende preparar a los alumnos con los conocimientos necesarios para afrontar áreas más específicas relacionadas con la acústica: acústica de recintos, medidas acústicas, electroacústica, ingeniería acústica, acústica medioambiental.

Contenidos

SEMESTRE 1: INTRODUCCIÓN AL AUDIO

1. Introducción: conceptos básicos de acústica y sonido
1.1. Período, frecuencia, longitud de onda
1.2. RMS/pico, intensidad/potencia, dBs
1.3. Propagación de ondas planas y esféricas
1.4. Bandas de octava
1.5. Análisis frecuencial
1.6. Reflexión, absorción y difracción
1.7. Efecto Doppler

2. Acústica fisiológica y psicológica
2.1. Tipos de sonidos y su representación. Introducción a la audición humana
2.2. El sistema auditivo humano: oído externo, medio e interior
2.3. Bandas críticas, curvas isofónicas y enmascaramiento
2.4. Medición del nivel de presión sonora y curvas de ponderación
2.5 Formantes del sonido. La voz humana. El timbre

3. Transductores acústicos receptores
3.1. Analogías electro-mecánicas y mecánico-acústicas
3.2. Teoría de la transducción
3.3. Clasificación de micrófonos
3.4. Características de los micrófonos
3.5. Tipos de micrófonos
3.6. Calibración de micrófonos
3.7. Diseño de acelerómetros
3.8. Características de los acelerómetros

4. Transductores acústicos emisores
4.1. Altavoces dinámicos
4.2. Cajas acústicas
4.3. Bass-réflex
4.4. Activo-pasivo
4.5. Altavoces electroestáticos
4.6. Otros tipos de altavoces
4.7 Auriculares
4.8. Bocinas

SEMESTRE 2: INTRODUCCIÓN A LA VIBROACÚSTICA

5. Sistemas continuos uniparamétricos
5.1. Cuerda ideal en régimen libre
5.2. Cuerda ideal en régimen forzado
5.3. Vibración de barras
5.4. Vibración de membranas rectangulares
5.5. Vibración de membranas circulares

6. Ondas planas en fluidos
6.1. La ecuación de ondas
6.2. Propagación de ondas planas en un tubo
6.3. Transmisión y reflexión de ondas planas
6.3. Introducción a los filtros acústicos
6.5. Propagación al aire libre

7. Ondas esféricas en campo libre
7.1. La ecuación de ondas
7.2. Impedancia específica
7.3. Atenuación de la presión y la velocidad con la distancia
7.4. Intensidad acústica y densidad de energía acústica
7.5. Directividad

8. Radiación del sonido
8.1. La esfera pulsante
8.2. Fuente doble
8.3. Formación lineal de fuentes puntuales en fase
8.4. El dipolo
8.5. Rendimiento del altavoz
8.6. Radiación de una bocina
8.7. Campo libre y campo reverberante
8.8. Absorción del aire

Metodología

Explicación teórica de los temas en diálogo con los alumnos.
Discusión y realización de ejercicios en grupo durante el tiempo de clase
Propuesta de nuevos ejercicios para el estudio personal
Realización de experiencias de laboratorio en grupos de dos o tres alumnos

Evaluación

Evaluación continuada a partir de todos los ejercicios realizados en clase, la realización de las prácticas de laboratorio y dos puntos de control a la mitad de cada semestre.

Evaluación ordinaria mediante examen personal al final de cada semestre más los resultados de la evaluación continuada.

Evaluación extraordinaria durante el mes de julio para los que no han alcanzado el nivel adecuado de la evaluación ordinaria.

Criterios evaluación

La evaluación continuada se ponderará en un 40 % cada semestre. Esta nota se calcula a partir de los tres elementos: ejercicios en clase, prácticas de laboratorio y punto de control a partes iguales.
El examen de final de semestre se evaluará en un 60 %. En este examen se requiere alcanzar como mínimo un 3,5 sobre 10 para aprobar la evaluación ordinaria.
La nota final se calcula promediando los dos semestres siempre que se hubieran aprobado por separado.
Si no se han aprobado uno o dos de los semestres, se realiza un examen extraordinario durante el mes de julio.

Bibliografía básica

Capítulos 1 y 2:
- Handbook for sound engineers, 3rd Edition. Glen M. Ballou. Focal Press.
- The Art of Digital Audio, 3rd Edition. John Watkinson. Focal Press

Capítulos 3 y 4:
- Fundamentals of Acoustics, 4th Edition. Lawrance E. Kinsler. Wiley & Sons.
- Loudspeaker and Headphone Handbook, 3rd Edition. John Borwick. Focal Press.
- Technical Documentation: Microphone Handbook. Vol. 1.: Theory. Bruel &Kjaer 1996
- Piezoelectric Accelerometers and Vibration Preamplifiers. Theory and Application Handbook. Bruel &Kjaer 1987.
- Introducción a Electroacústica. Federico Miyara PDF.

Capítulos 5 a 8:
- Acústica i Vibracions. Ana Barjau. (Publicacions La Salle).
- Fundamentals of Acoustics, 4th Edition. Lawrance E. Kinsler. Wiley & Sons
- Sound and Structural Vibration (Radiation, Transmission and Response). Frank Fahy, Academic Press.
- Sound, structures and their interaction. Miguel C. Junger and David Feit. The MIT Press.

Material complementario

Los alumnos disponen de todas las presentaciones realizadas en las clases, de los ejercicios propuestos con la resolución o la respuesta en cada caso y de los guiones de prácticas.