Potencia de sonido

Potencia sonora o potencia acústica es la velocidad a la que se emite, refleja, transmite o recibe la energía sonora, por unidad de tiempo. Se define como "a través de una superficie, el producto de la presión del sonido y la componente de la velocidad de la partícula, en un punto de la superficie en la dirección normal a la superficie, integrado sobre esa superficie". La unidad SI de potencia sonora es el vatio (W). Se relaciona con la potencia de la fuerza del sonido sobre una superficie que encierra una fuente de sonido, en el aire.

Para una fuente de sonido, a diferencia de la presión sonora, la potencia del sonido no depende de la habitación ni de la distancia. La presión del sonido es una propiedad del campo en un punto del espacio, mientras que la potencia del sonido es una propiedad de una fuente de sonido, igual a la potencia total emitida por esa fuente en todas las direcciones. La potencia del sonido que pasa a través de un área a veces se denomina flujo sonoro o flujo acústico a través de esa área.

Nivel de potencia sonora LWA

Las regulaciones a menudo especifican un método de medición que integra la presión sonora sobre una superficie que encierra la fuente. L_WA especifica la potencia entregada a esa superficie en decibeles en relación con un picovatio. Los dispositivos (por ejemplo, una aspiradora) suelen tener requisitos de etiquetado y cantidades máximas que pueden producir. La escala de ponderación A se utiliza en el cálculo ya que la métrica se refiere al volumen percibido por el oído humano. Las mediciones según ISO 3744 se toman en 6 a 12 puntos definidos alrededor del dispositivo en un espacio hemianecoico. El entorno de prueba puede estar ubicado en interiores o exteriores. El entorno requerido es un terreno duro en un gran espacio abierto o una cámara hemianecoica (campo libre sobre un plano reflectante).

Tabla de fuentes de sonido seleccionadas

Aquí hay una tabla con algunos ejemplos, de una fuente en línea. Para fuentes omnidireccionales en el espacio libre, la potencia sonora en L_wA es igual al nivel de presión sonora en dB por encima de 20 micropascales a una distancia de 0,2821 m

Definición matemática

La potencia sonora, denominada P, se define por

${displaystyle P=mathbf {f} cdot mathbf {v} =Ap,mathbf {u} cdot mathbf {v} =Apv}$

dónde

• f es la fuerza sonora del vector unitario u;
• v es la velocidad de partículas de proyección v y u;
• A es la zona;
• p es la presión del sonido.

En un medio, la potencia del sonido está dada por

${displaystyle P={frac} {rho c}cos theta}$

dónde

• A es el área de la superficie;
• *** es la densidad de masa;
• c es la velocidad del sonido;
• Silencio es el ángulo entre la dirección de propagación del sonido y la normal a la superficie.
• p es la presión del sonido.

Por ejemplo, un sonido con SPL = 85 dB o p = 0,356 Pa en el aire (ρ = 1,2 kg⋅m⁻³ y c = 343 m⋅s⁻¹) a través de una superficie de área A = 1 m² normal a la dirección de propagación (θ = 0°) tiene un flujo de energía sonora P = 0,3 mW.

Este es el parámetro que nos interesaría al convertir el ruido nuevamente en energía utilizable, junto con cualquier pérdida en el dispositivo de captura.

Relaciones con otras cantidades

La potencia del sonido está relacionada con la intensidad del sonido:

${displaystyle P=AI,}$

dónde

• A representa la zona;
• I representa la intensidad del sonido.

La potencia del sonido está relacionada con la densidad de la energía del sonido:

${displaystyle P=Acw,}$

dónde

• c representa la velocidad del sonido;
• w representa la densidad energética del sonido.

Nivel de potencia sonora

Nivel de potencia sonora (SWL) o nivel de potencia acústica es una medida logarítmica de la potencia de un sonido en relación con un valor de referencia.
El nivel de potencia sonora, denominado L_W y medido en dB, se define por:

${displaystyle L_{W}={frac {1}{2}ln !left({frac {frac} {fn}lnlnc}lnlnlnccH00} {P}{P_{0}}}derecha)}~mathrm {Np} =log _{10}left({frac] {P}{P_{0}}}derecha)}~mathrm {B} =10log _{10}left({frac] {P} {fn}} {fnMicrosoft Sans Serif}$

dónde

• P es el poder del sonido;
• P₀ es referencia potencia de sonido;
• 1 PN = 1 es el neper;
• 1 B = 1/2 ln 10 es el bel;
• 1 dB = 1/20 ln 10 es el decibel.

La potencia sonora de referencia comúnmente utilizada en el aire es

${displaystyle P_{0}=1~mathrm {pW}$

Las notaciones adecuadas para el nivel de potencia sonora utilizando esta referencia son L_{W/(1 pW)} o L_W (re 1 pW), pero las notaciones de sufijo dB SWL, dB(SWL), dBSWL o dB_SWL son muy comunes, incluso si no son aceptados por la SI.

La potencia sonora de referencia P₀ se define como la potencia sonora con la intensidad sonora de referencia I ₀ = 1 pW/m² que pasa por una superficie de área A ₀ = 1m²:

${displaystyle P_{0}=A_{0}I_{0}$

de ahí el valor de referencia P₀ = 1 pW.

Relación con el nivel de presión sonora

El cálculo genérico de la potencia sonora a partir de la presión sonora es el siguiente:

${displaystyle ¿Qué?$

Donde: ${displaystyle {}}$ define el área de una superficie que abarca totalmente la fuente. Esta superficie puede ser cualquier forma, pero debe encerrar completamente la fuente.

En el caso de una fuente de sonido ubicada en campo libre colocada sobre un plano reflectante (es decir, el suelo), en el aire a temperatura ambiente, el nivel de potencia sonora a la distancia r de la fuente de sonido es aproximadamente relacionado con el nivel de presión sonora (SPL) por

${displaystyle L_{W}=L_{p}+10log _{10}left({frac {2pi ¡Sí! {dB}$

dónde

• L_p es el nivel de presión del sonido;
• A₀ = 1 m²;
• ${displaystyle {2pi r^{2}}}$ define la superficie de un hemisferio; y
• r debe ser suficiente que el hemisferio cierre completamente la fuente.

Derivación de esta ecuación:

${displaystyle {begin{aligned}L_{W} {1}{2}ln !left({frac {P}{0}}}derecha)\\fn}{2}ln !left({frac {0}I_{0}}}derecha)\ccccH0}cH00}lnc}lnc}lnlnc}lnlnc}cH0}c}cH0}cccccc}c}c}cH0}c}c}cc}cH00}cH00}ccH0}cH00}ccccccH0}cH00}cH00}c}cH00}ccH00}cH00}ccH00}cH0}c}cH00}ccH00}ccH00}c}c}c {I}{I_{0}}}right)+{frac {1}{2}ln !left({frac {A}{A_{0}}}}right)end{aligned}}}}}}}}} {f}}} {f}}}} {fn0}}}}} {f}}}}}}} {f}}}}}}}}}}}} {f}} {f}}}}}}}} {f}}}}}}}}}}} {f} {f}}}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}} {f} {f}}}}} {f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

Para una onda esférica progresiva,

${displaystyle ¿Qué?$

${displaystyle A=4pi r^{2}$ (la superficie de la esfera)

donde z₀ es la impedancia acústica específica característica.

En consecuencia,

${displaystyle I=pv={frac {fnK} {fnK}}} {fnK}}} {fnK}}}} {cH00}}} {f}}}}} {f}}}}}}} {f}}}} {f}}}} {f}}} {f}}}}}}}}$

y ya que por definición I₀ = p₀²/z₀, donde p_{0< /sub> = 20 μPa} es la presión sonora de referencia,

${displaystyle {begin{aligned}L_{W} {1}{2}ln !left({frac {fnMicroc {1}}lnfnfn}lnfnc}lnlnc {fnfnfnccH00}cH00}fnfnfnccH00}fnccH00} {cH00}}}}} {fn}}}}}}}ppppppppp}ppp}p}pppppp}pppp}p}p}p}ppp}pppp}p}p}p}p}p}ppppppp}p}p}p}p}p}p}pp}p}p}p}p}p}p}p {fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicrosoft Sans Serif} {p}{0}}}right)+{frac {1}{2}ln !left({frac {4pi) {fnMicrosoft Sans Serif}\fnMicroc {4fnMicrosoft Sans Serif} {fnMicroc {4pi}p}fnMicroc {4pi}fnMicroc {fnf}cfnKf}fnKfnKf}fnKfnKf}fnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKfnKf}fnKfnK}fnKfnK}fnK]fnKfnKfnKfnKfnKfnKf}fnKfnKfnK}fnKfnKfnK}fnKfn ¡Sí! {dB}.$

La potencia sonora estimada prácticamente no depende de la distancia. La presión sonora utilizada en el cálculo puede verse afectada por la distancia debido a efectos viscosos en la propagación del sonido, a menos que esto se tenga en cuenta.