Detecção e Medição de Som As ondas sonoras caracterizam ... - SME

Detecção e Medição de Som 

As ondas sonoras caracterizam-se pela 

sua AMPLITUDE, FREQUÊNCIA E 

FASE. 

Três tipos distintos de ondas acústicas: 

Onda sinusoidal pura 

a frequência e a amplitude estão bem 

definidas. 

Onda não-sinusoidal periódica 

a frequência é bem caracterizável 

a amplitude no entanto não é tão fácil de 

caracterizar. 

onda temporal espectro em frequência 

Ruído 

a frequência não é definida embora num sentido estatístico se possa afirmar que 

o ruído é a mistura de sons cobrindo uma gama do espectro de frequências. 

Acústica Aplicada, Carlos Dias 04-05, http://sme.dcm.fct.unl.pt/u/dias/docencia/Acustica/AcusticaAplic0405.htm 

1

Transdutores 

Transdutores convertem uma forma de energia noutra. 

Altofalantes 

Convertem energia eléctrica em energia acústica. 

Eficiência de um alto-falante 

( d ) V [ Pa / V ] 

S p in 

= (onde d=3 m normalmente) 

Microfones 

Convertem energia acústica em energia eléctrica. 

Sensibilidade de um microfone 

M = Vout 

p( 

0) 

Por vezes M [dB re 1 V/µbar]. Valor típico -62 dB re 1 V/µbar 


2

Tipos de microfones 

Microfone de 

capacitivo 


dinâmico 


Microfone 

piezoeléctrico 


magnético 


carbono 

3

Propriedades direccionais 

Ominidireccional 

Unidireccional 

Bidireccional 

Cardioide 

Hiper-Cardioide 


4

Resposta em frequência 

Resposta linear quer dizer que a 

sensibilidade é independente da 

frequência. 

Este não é normalmente o caso nem 

para microfones e muito menos para 

alto-falantes. 

No entanto poderá existir uma gama de 

frequências onde a resposta será 

aproximadamente linear. 

Resposta de um alto-falante 

Resposta de dois microfones 


5

Medição da Frequência 

Frequências altas 

Frequências baixas 

sinal 

relógio de quartzo 

(10 MHz) 

detector de 

zero 

display 

(frequência) 


gate 

relógio de quartzo 

(janela de tempo 1 s) 

detector de 

zero 

sinal 

gate 

display 

(período) 

6

Medição de Níveis Sonoros 

Sonómetro 

Microfone 

Amplificador 

V = 0. 

707V 

rms 

Filtro 

Display 

o 


7

Tempo de Resposta 

av 

t 

∫−∞ Resposta 

S (slow, lenta) 

F (fast, rápida) 

I (impulso) 

Max. Hold (pico) 

Tempo de Subida 

125 ms 

35 ms 

() t = 1 τ X ( y) 

exp[ 

− ( t − y) 

] 

X τ dy 

1 - Utilizar S ou F sempre que o ruído não tenha carácter impulsivo 

2 - Começar por medir em Fast (rápida) e se a variação na leitura atingir os 5 dB 

mudar para Slow (lenta) 

3 - Para sons de curta duração usar Impulse 


1 s 

Tempo de Descida 

1 s 

125 ms 

1 s 

8

PsicoAcústica 

O estudo da resposta de ouvintes humanos a estímulos acústicos constitui o ramo da 

Psicoacústica pois a nossa percepção do som tem limites e não corresponde fielmente 

aos fenómenos físicos que lhe dão origem. 

Utiliza-se uma nomenclatura própria para qualificar as nossas sensações. 

Volume/Intensidade (loudness): L [sone] 

sendo η = 0.3-0.5; 

No entanto η é dependente da frequência aumentando nos extremos da gama audível 

1 sone é o volume correspondente ao nível de pressão sonora de 40 dB @1kHz. 

Altura do som (pitch): qualidade de agudo-grave 

η 2η 

É quantificado através da oitava. 

Dois sons separados por uma oitava dão a sensação de serem o mesmo som (nota 

musical). 

O canto desenvolve-se normalmente entre os 100 Hz e os 800 Hz. 

O lá médio corresponde à frequência de 440 Hz. 

As doze notas numa oitava correspondem a dividir em doze intervalos iguais numa 

escala logarítmica. 


L 

L 

1 

⎛ 

= ⎜ 

⎝ 

I 

I 

1 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

= 

⎛ 

⎜ 

⎝ 

p 

p 

1 

⎞ 

⎟ 

⎠ 

9

PsicoAcústica 

Timbre ou tonalidade 

Torna possível distinguir entre duas 

notas cuja frequência fundamental é 

a mesma mas cujo conteúdo 

harmónico é diferente. O timbre de 

um instrumento é também afectado 

pelo seu ataque e decaimento bem 

como pelo vibrato/tremolo 

Nota em tremolo 

Uma corda de viola dedilhada 

Um batimento num címbalo 


10

Limiares auditivos 


11

Ponderação em frequência 

O ouvido humano não responde igualmente a todas as frequências. Isto é, a 

sensibilidade auditiva é função da frequência. 

A linha Phon=40 representa a pressão sonora, que a uma dada frequência teríamos 

que fornecer, para que o ouvinte tenha a mesma sensação que 40dB @ 1Hz. 


12

Curvas de Ponderação 

São calculadas tomando por base a frequência de 1 kHz 

Curvas de ponderação: A - 40 dB; B - 70 dB; C - 100 dB e D - 140 dB 


13

Sistema Auditivo 

O sistema auditivo é o sistema 

sensorial responsável pela 

sensação de audição. 

As ondas acústicas viajam pelo 

canal auditivo até á membrana 

do tímpano cujas vibrações se 

transmitem ao núcleo coclear 

que as converte em potenciais 

eléctricos. Estes potenciais de 

acção são transmitidos através 

do nervo auditivo ao cerebro 

onde a informação é 

processada no lóbulo temporal. 


14

Mecanismo Vocal. Os três subsistemas Vocais. 

Subsystem 

Air pressure 

system 

Vibratory 

system 

Resonating 

system 

Voice Organs 

Diaphragm, 

chest muscles, 

ribs, abdominal 

muscles. Lungs 

Voice box 

(larynx) 

Vocal folds 

Vocal tract: 

throat (pharynx), 

oral cavity, nasal 

cavities 

Role in Sound 

Production 

Provides and regulates air 

pressure to cause vocal 

folds to vibrate 

Vocal folds vibrate, 

changing air pressure to 

sound waves producing 

"voiced sound," frequently 

described as a "buzzy 

sound“. Varies pitch of 

sound 

Changes the "buzzy 

sound" into a person's 

recognizable voice 


15

Medição do valor médio quadrático 

P: Como descrever a amplitude de uma onda? 

R: Pelo seu valor eficaz 

V 

rms 

⎡ T 

2 1 ⎤ 

2 

= V = ⎢ ∫V () t dt⎥ 

⎢⎣ 

T 

0 ⎥⎦ 

Para uma onda sinusoidal: 

V = 0. 

707V 

rms 

e a média temporal é 0.636 V o 

o 


1 2 

Uma forma de se medir o valor eficaz 

é através de uma ponte de díodos e 

medindo-se em seguida a 

componente DC 

Deste modo o valor da média deve ser multiplicado por 1.11 para se poder ler o valor 

eficaz directamente no multímetro. 

ATENÇÃO: para uma onda quadrada, triangular ou qualquer outra já o valor não é o 

correcto. 

16

Factor de Crista 

É comum que para que uma medição do valor eficaz seja válida o factor de crista 

definido como, 

CF = Vmax 

Vrms 

deva ser inferior a um certo valor, por exemplo 5. 


17

Problema 

Suponha que um sinal X é nulo para t

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