U1. Introducci

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U1. Introducción al audio digital

• Naturaleza del sonido
• Propiedades del sonido

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Ondas
1 . Naturaleza del sonido

• Movimiento ondulatorio
• Una onda es la propagación de una vibración o
  perturbación originada en un foco emisor que se
  transmite a través del espacio u otro medio capaz
  de propagarla sin transporte de materia.

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Ondas
1 . Naturaleza del sonido

• Tipos de ondas
• Según la dirección de vibración de las
  partículas longitudinales (sonido, dilataciones
  y compresiones que se propagan en un muelle) y
  transversales (la luz, las olas del agua)
• Según las dimensiones de propagación de la onda
  unidimensionales, bidimensionales y
  tridimensionales
• Según el medio que necesitan para propagarse
  mecánicas y electromagnéticas
• Ver https//sites.google.com/site/260ondassonidoyl
  uz/clases-de-ondas (consulta 31/10/2013)

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Ondas
1 . Naturaleza del sonido

• Características de las ondas
• Amplitud (A) es la máxima altura que alcanza la
  onda. Se mide en metros (m).
• Longitud de onda (l) es la distancia que separa
  dos puntos máximos de una onda. Se mide en metros
  (m).
• Ciclo u oscilación es el recorrido de cada
  partícula desde que inicia una vibración hasta
  que vuelve a la posición inicial Se mide en
  metros (m).
• Frecuencia (f) es el número de oscilaciones de
  las partículas vibrantes por segundo y el
• Periodo (T) el tiempo que dura una oscilación
  completa.

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Qué es el sonido?
1 . Naturaleza del sonido

• El sonido es una onda longitudinal que necesita
  de un medio material (gaseoso, líquido o sólido)
  para propagarse.
• Cuando el guitarrista toca las cuerdas de su
  guitarra hace vibrar las partículas de aire que
  la rodean. Primero estas se separan, disminuyendo
  la presión (el aire se enrarece) y después al
  volver la cuerda hacia su posición original, se
  comprimen aumentando la presión.
• La vibración de la cuerda se propaga por el aire
  en forma de separaciones y comprensiones de las
  partículas de aire formando lo que llamamos
  onda sonora que transmiten la energía producida
  en la vibración.

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Qué es el sonido?
1 . Naturaleza del sonido

• Para que haya sonido deben de existir un emisor,
  un receptor y un medio material elástico para su
  transporte.
• El sonido es la interpretación que hace el
  cerebro de las vibraciones del aire.
• Para que se perciba por el oído humano, la
  frecuencia de oscilación debe estar entre 20 y
  20.000 Hz.

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Velocidad del sonido
1 . Naturaleza del sonido
sustancia densidad (Kg/m3) velocidad "c" (m/s)
Aluminio 2700 5104
Cobre 8900 3560
Hierro 7800 5000
Plomo 11400 1227
Mármol 2700 3810
Agua 998 1473
Agua de mar 1020 1460
Alcohol etílico 790 1220
Gasolina 700 1166

Hidrógeno 90 1262
Vapor de agua 808 401
Aire 1293 344
Oxígeno 1430 317,2
Anhídrido carbónico 1970 258
Cloro 3220 206,4
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Longitud de onda
1 . Naturaleza del sonido

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frecuencia
1 . Naturaleza del sonido
Nota musical f (Hz) l (m)
DO de un tubo de órgano de 9,60 m (mínima frecuencia audible) 16 21,5
LA (contraoctava, última nota del piano) 27 12,7
DO (contraoctava) 32 10,7
DO (gran octava) 64 5,4
DO (pequeña octava) 128 2,7
DO (octava central) 256 1,35
DO (primera octava) 512 0,67
FA (tercera octava máximo para la sensibilidad auditiva) 2.734 0,125
DO (cuarta octava, límite derecho del piano) 4.096 0,85
Máxima frecuencia audible 20.000 0,017

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Cualidades
2 . Propiedades del sonido

• Para describir un sonido se utilizan tres
  términos fundamentales tono , timbre e
  intensidad.
• La sensación de altura o tono se vincula
  tradicionalmente a la frecuencia o periodo de la
  fundamental. No todos los sonidos tienen una
  altura definida.
• La intensidad se vincula al flujo de energía o
  amplitud de la presión de oscilación de la onda.
• El timbre, al espectro o proporción de
  intensidades de los armónicos. Es el color o la
  textura del sonido.
• La reverberación indica el espacio donde esta el
  sonido.
• Todo sonido tiene una duración y a lo largo de
  este, cualquiera de los tres parámetros pueden
  variar.
• Cuando varios sonidos suenan de forma simultánea
  se perciben otras cualidades

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Intensidad sonora
2 . Propiedades del sonido

• La intensidad sonora (I) es la sensación de
  audibilidad producida por un sonido. Cuanto mayor
  sea la amplitud de la onda, A, mayor será su
  intensidad. Por lo tanto el sonido se oirá más
  fuerte.
• La sonoridad es la cualidad que permite
  distinguir entre sonidos fuertes y débiles. La
  unidad de sonoridad es el belio, B, pero
  generalmente se expresa en decibelios, dB.

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Intensidad sonora
2 . Propiedades del sonido
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Intensidad sonora
2 . Propiedades del sonido

• Cuando sumamos dos sonidos iguales, la intensidad
  aumenta en 3dB.
• Cuando duplicamos la distancia de la fuente, la
  intensidad disminuye en 6db.
• La intensidad es una medida física, pero para
  nuestro oído, la sensación de intensidad, varía
  en función de la frecuencia (es decir dos sonidos
  igual de intensos, tal vez no nos lo parezca).
• La zona de mayor sonoridad esta entre los 2KHz y
  los 4KHz.

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Intensidad sonora
2 . Propiedades del sonido
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Tono
2. Propiedades del sonido

• Es lo que caracteriza a un sonido como grave
  (frecuencias bajas) y agudo (frecuencias altas)
• La altura es una magnitud psicoacústica
  relacionada con la frecuencia (que es una
  magnitud física).
• Lo que hace que un sonido posea una altura clara
  es su periodicidad.
• La medida de la frecuencia es el Hz que indica el
  número de veces por segundo que se repite un
  determinado fenómeno.

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Frecuencia y altura
2 . Propiedades del sonido
Representación gráfica de un sonido puro de 4Hz
por segundo
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Frecuencia y altura
2 . Propiedades del sonido

• Los infrasonidos son sonidos cuya altura está por
  debajo de los 20 Hz, sino son puros se oyen los
  armónicos.
• Los ultrasonidos son sonidos por encima de los
  20.000Hz.

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La octava y las notas
2 . Propiedades del sonido

• La altura está directamente relacionada con la
  frecuencia de la oscilación.
• Si escuchamos dos sonidos cuyas frecuencias
  guardan relación 21, nos sonarán muy cercanos,
  entre los dos dista una octava.
• En la música occidental la octava se divide en
  doce alturas o semitonos. Es lo que denominamos
  una escala.
• Do Re Mi Fa Sol La Si
• C D E F G A B

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La octava y las notas
2 . Propiedades del sonido

• El La central del piano tiene una frecuencia de
  440Hz que se toma como frecuencia de referencia
  de afinación de los instrumentos musicales.
• Cada semitono i-ésimo semitono , medido desde
  la frecuencia de referencia Fref, será de la
  siguiente fomai-ésimo semitono Fref2i/12
  
• Para el Do , i3.Así la frecuencia del Do
  seráfrecuencia del Do 44023/12
  523.2511 Hz

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Timbre
2 . Propiedades del sonido

• El timbre es lo que ayuda a caracterizar y
  distinguir diferentes tipos de instrumentos, o a
  reconocer a las personas por su voz.
• La frecuencia de vibración más grave o baja es la
  que determina normalmente la altura y se denomina
  frecuencia fundamental, las restantes frecuencias
  que suelen ser múltiplos de la frecuencia
  fundamental se denominan armónicos.
• Lo que diferencia un DO de una flauta de uno de
  un violín es el timbre, el número de armónicos.

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Ondas sinusoidales y armónicos
2 . Propiedades del sonido

• El sonido mas simple es la onda sinusoidal
• El teorema de Fourier demuestra que cualquier
  onda sonora periódica se puede entender como suma
  de ondas sinusoidales de frecuencias diferentes,
  pero múltiplos de la fundamental, armónicos.
• Los sonidos naturales no son nunca estacionarios,
  su forma varía en el tiempo, la amplitud de sus
  armónicos varía también. Esta variación de los
  armónicos en el tiempo, se denomina espectro de
  un sonido.
• A partir del espectograma podemos deducir muchas
  cosas del sonido.

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2 . Propiedades del sonido
Ondas sinusoidales y armónicos
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Análisis del espectro
2 . Propiedades del sonido
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Espejos de sonido
2 . Propiedades del sonido

• A una distancia adecuada, se alinean dos antenas
  parabólicas una frente a otra. A continuación,
  nos situamos cerca de uno de los platos
  parabólicos y hablamos hacia el centro de la
  superficie cóncava, mientras que otra persona,
  situada en el otro plato, acerca sus oídos al
  centro de la zona cóncava de su parábola.
• Esta persona podrá escuchar lo que dice el emisor
  situado a cierta distancia.
• Los platos parabólicos funcionan como un teléfono
  sin cable, basta con que una persona hable en la
  zona en que se encuentra el foco de la
  parabólica, para que la otra lo escuche colocando
  su oreja en las proximidades del foco de la otra
  parábola.
• El experimento se basa en que el sonido emitido
  por la persona que habla se concentra en el foco
  de la parábola emisora y desde ahí es reflejado,
  en línea recta, hacia foco de la parábola
  receptora. Esto mismo ocurre con los rayos de
  luz.

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Efecto Doppler
2 . Propiedades del sonido

• El efecto Doppler es el aparente cambio de
  frecuencia de una onda producida por el
  movimiento relativo de la fuente en relación a su
  observador. Si queremos pensar en un ejemplo de
  esto es bastante sencillo.

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Bibliografía

• Jordá Puig, S. Audio digital y midi. Anaya 1997
  (tema 1).
• Rumsey, F., McCormick, T. Sonido y grabación.
  Introducción a las técnicas sonoras. Instituto
  Oficial de Radio y Televisión 2004. (tema 1 y 2)