Ingeniería acústica

La ingeniería acústica (también conocida como ingeniería acústica ) es la rama de la ingeniería que se ocupa del sonido y la vibración . Incluye la aplicación de la acústica , la ciencia del sonido y la vibración, en la tecnología. Los ingenieros acústicos suelen ocuparse del diseño, el análisis y el control del sonido.

Un objetivo de la ingeniería acústica puede ser la reducción del ruido no deseado, lo que se conoce como control del ruido . El ruido no deseado puede tener impactos significativos en la salud y el bienestar de los animales y los seres humanos, reducir el rendimiento de los estudiantes en las escuelas y causar pérdida de audición. ^[1] Los principios de control del ruido se implementan en la tecnología y el diseño de diversas formas, incluido el control mediante el rediseño de las fuentes de sonido, el diseño de barreras de ruido, absorbentes de sonido, supresores y zonas de amortiguación, y el uso de protección auditiva ( orejeras o tapones para los oídos ).

Además del control del ruido, la ingeniería acústica también abarca los usos positivos del sonido, como el uso de ultrasonidos en medicina , la programación de sintetizadores digitales , el diseño de salas de conciertos para mejorar el sonido de las orquestas ^[2] y la especificación de sistemas de sonido de estaciones de tren para que los anuncios sean inteligibles . ^[3]

Los ingenieros acústicos suelen poseer una licenciatura o una cualificación superior en acústica , ^[4] física u otra disciplina de ingeniería . Para ejercer como ingeniero acústico normalmente se requiere una licenciatura con un contenido científico y matemático significativo. Los ingenieros acústicos pueden trabajar en consultoría acústica, especializándose en campos particulares, como la acústica arquitectónica , el ruido ambiental o el control de vibraciones . ^[5] En otras industrias, los ingenieros acústicos pueden: diseñar sistemas de sonido para automóviles ; investigar la respuesta humana a los sonidos, como los paisajes sonoros urbanos y los electrodomésticos; desarrollar software de procesamiento de señales de audio para mesas de mezclas y diseñar altavoces y micrófonos para teléfonos móviles. ^{[6] [7]} Los acústicos también participan en la investigación y comprensión científica del sonido. Algunos puestos, como el de profesor, requieren un Doctorado en Filosofía .

En la mayoría de los países, un título en acústica puede representar el primer paso hacia la certificación profesional y el programa de grado puede estar certificado por un organismo profesional . Después de completar un programa de grado certificado, el ingeniero debe satisfacer una serie de requisitos antes de obtener la certificación. Una vez certificado, el ingeniero recibe el título de Ingeniero Colegiado (en la mayoría de los países de la Commonwealth ).

Las subdisciplinas enumeradas se basan libremente en la codificación PACS ( Esquema de clasificación de física y astronomía ) utilizada por la Sociedad Acústica de América . ^[8]

La aeroacústica estudia cómo se genera el ruido a partir del movimiento del aire, por ejemplo, a través de la turbulencia, y cómo se propaga el sonido a través del aire fluido. La aeroacústica desempeña un papel importante en la comprensión de cómo se genera el ruido en los aviones y las turbinas eólicas , así como en el estudio del funcionamiento de los instrumentos de viento . ^[9]

El procesamiento de señales de audio es la manipulación electrónica de señales de audio mediante el procesamiento de señales analógicas y digitales . Se realiza por diversas razones, entre ellas:

• para mejorar un sonido, por ejemplo, aplicando un efecto de audio como la reverberación ;
• para eliminar ruidos no deseados de una señal, por ejemplo, cancelación de eco en llamadas de voz por Internet ;
• comprimir una señal de audio para permitir una transmisión eficiente, por ejemplo, codificación perceptiva en MP3 y Opus
• para comprender el contenido de la señal, por ejemplo, la identificación de pistas de música a través de la recuperación de información musical . ^[10]

Los ingenieros de audio desarrollan y utilizan algoritmos de procesamiento de señales de audio.

La acústica arquitectónica (también conocida como acústica de edificios ) es la ciencia e ingeniería que se encarga de lograr un buen sonido dentro de un edificio. ^[11] La acústica arquitectónica puede consistir en lograr una buena inteligibilidad del habla en un teatro, un restaurante o una estación de tren, mejorar la calidad de la música en una sala de conciertos o un estudio de grabación, o suprimir el ruido para que las oficinas y los hogares sean lugares más productivos y agradables para trabajar y vivir. ^[12] El diseño acústico arquitectónico suele estar a cargo de consultores acústicos. ^[13]

La bioacústica se ocupa del estudio científico de la producción de sonidos y la audición en los animales. Puede incluir: la comunicación acústica y el comportamiento animal asociado y la evolución de las especies; cómo los animales producen el sonido; los mecanismos auditivos y la neurofisiología de los animales; el uso del sonido para monitorear las poblaciones animales y el efecto del ruido creado por el hombre en los animales. ^[14]

Esta rama de la ingeniería acústica se ocupa del diseño de auriculares, micrófonos , altavoces , sistemas de sonido, reproducción de sonido y grabación. ^[15] Ha habido un rápido aumento en el uso de dispositivos electrónicos portátiles que pueden reproducir sonido y dependen de la ingeniería electroacústica, por ejemplo, teléfonos móviles , reproductores multimedia portátiles y tabletas .

El término "electroacústica" también se utiliza para describir un conjunto de efectos electrocinéticos que ocurren en líquidos heterogéneos bajo la influencia del ultrasonido. ^{[16] [17]}

La acústica ambiental se ocupa del control del ruido y las vibraciones causadas por el tráfico, las aeronaves, los equipos industriales, las actividades recreativas y cualquier otra cosa que pueda considerarse una molestia. ^[1] Los ingenieros acústicos interesados ​​en la acústica ambiental se enfrentan al desafío de medir o predecir los niveles probables de ruido, determinar un nivel aceptable para ese ruido y determinar cómo se puede controlar el ruido. El trabajo de acústica ambiental generalmente lo realizan consultores acústicos o aquellos que trabajan en salud ambiental . ^[13] Los trabajos de investigación recientes han puesto un fuerte énfasis en los paisajes sonoros , el uso positivo del sonido (por ejemplo, fuentes, canto de pájaros) y la preservación de la tranquilidad . ^[18]

La acústica musical se ocupa de investigar y describir la física de la música y su percepción (cómo funcionan los sonidos empleados como música ). Esto incluye: la función y el diseño de los instrumentos musicales , incluidos los sintetizadores electrónicos ; la voz humana (la física y la neurofisiología del canto ); el análisis informático de la música y la composición; el uso clínico de la música en la musicoterapia, y la percepción y cognición de la música . ^[19]

El control del ruido es un conjunto de estrategias para reducir la contaminación acústica mediante la reducción del ruido en su origen, inhibiendo la propagación del sonido mediante barreras acústicas o similares, o mediante el uso de protección auditiva ( orejeras o tapones para los oídos ). ^[20] El control en la fuente es la forma más rentable de proporcionar control del ruido. La ingeniería de control del ruido aplicada a automóviles y camiones se conoce como ruido, vibración y aspereza (NVH). Otras técnicas para reducir el ruido del producto incluyen el aislamiento de vibraciones , la aplicación de absorbentes acústicos y cerramientos acústicos. La ingeniería acústica puede ir más allá del control del ruido para analizar cuál es el mejor sonido para un producto, ^[21] por ejemplo, manipulando el sonido de los cierres de puertas en los automóviles .

La psicoacústica intenta explicar cómo responden los seres humanos a lo que oyen, ya sea un ruido molesto o una música hermosa. En muchas ramas de la ingeniería acústica, el oyente humano es el árbitro final en cuanto al éxito de un diseño, por ejemplo, si la localización del sonido funciona en un sistema de sonido envolvente . "La psicoacústica busca reconciliar los estímulos acústicos y todas las propiedades científicas, objetivas y físicas que los rodean, con las respuestas fisiológicas y psicológicas que evocan". ^[10]

El habla es un área de estudio importante para la ingeniería acústica, que incluye la producción, el procesamiento y la percepción del habla. Esto puede incluir la física , la fisiología , la psicología , el procesamiento de señales de audio y la lingüística . El reconocimiento de voz y la síntesis de voz son dos aspectos importantes del procesamiento automático del habla. Garantizar que el habla se transmita de forma inteligible , eficiente y con alta calidad; en salas, a través de sistemas de megafonía y a través de sistemas telefónicos son otras áreas de estudio importantes. ^[22]

La ultrasónica se ocupa de las ondas sonoras en sólidos, líquidos y gases a frecuencias demasiado altas para ser escuchadas por una persona promedio. Las áreas de especialización incluyen la ultrasónica médica (incluida la ultrasonografía médica ), la sonoquímica , las pruebas no destructivas , la caracterización de materiales y la acústica submarina ( sónar ). ^[23]

La acústica subacuática es el estudio científico del sonido en el agua. Se ocupa tanto del sonido natural como del sonido creado por el hombre y su generación bajo el agua; cómo se propaga y la percepción del sonido por parte de los animales. Las aplicaciones incluyen el sonar para localizar objetos sumergidos como submarinos , la comunicación subacuática por parte de animales, la observación de las temperaturas del mar para el seguimiento del cambio climático y la biología marina. ^[24]

Los ingenieros acústicos que trabajan en el campo de las vibraciones estudian los movimientos y las interacciones de los sistemas mecánicos con sus entornos, lo que incluye la medición, el análisis y el control. Esto puede incluir: vibraciones del suelo de los ferrocarriles y la construcción; aislamiento de vibraciones para reducir el ruido que entra en los estudios de grabación; estudio de los efectos de las vibraciones en los seres humanos ( dedo blanco de las vibraciones ); control de las vibraciones para proteger un puente de los terremotos , o modelado de la propagación del sonido transmitido por las estructuras a través de los edificios. ^[25]

Aunque la forma en que el sonido interactúa con su entorno suele ser extremadamente compleja, existen algunos comportamientos ideales de las ondas sonoras que son fundamentales para comprender el diseño acústico. Los comportamientos complejos de las ondas sonoras incluyen la absorción , la reverberación , la difracción y la refracción . La absorción es la pérdida de energía que se produce cuando una onda sonora se refleja en una superficie y se refiere tanto a la energía sonora transmitida a través del material de la superficie como a la disipada por él. ^[26] La reverberación es la persistencia del sonido causada por reflexiones repetidas en los límites después de que la fuente del sonido se detiene. Este principio es particularmente importante en espacios cerrados. La difracción es la curvatura de las ondas sonoras alrededor de las superficies en el camino de la onda. La refracción es la curvatura de las ondas sonoras causada por cambios en el medio a través del cual pasa la onda. Por ejemplo, los gradientes de temperatura pueden causar la refracción de las ondas sonoras. ^[27] Los ingenieros acústicos aplican estos conceptos fundamentales, junto con el análisis matemático, para controlar el sonido para una variedad de aplicaciones.

• Comité Técnico de Ingeniería Acústica de la Sociedad Estadounidense de Acústica
• Sociedad de ingeniería de audio
• Sociedad Australiana de Acústica ^[28]
• Asociación Canadiense de Acústica ^[29]
• Instituto de Acústica, Academia China de Ciencias
• Instituto de Acústica (Reino Unido)
• Grupo de sonidos daneses (Dinamarca)

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• Barron, R. (2003). Control de ruido industrial y acústica . Nueva York: Marcel Dekker Inc. Recuperado de CRCnetBase
• Hemond, C. (1983). En Ingerman S. (Ed.), Acústica de ingeniería y control del ruido . Nueva Jersey: Prentice-Hall.
• Barreras acústicas para el tráfico en las carreteras de un vistazo . Recuperado el 1 de febrero de 2010 de http://www.fhwa.dot.gov/environment/keepdown.htm Archivado el 15 de junio de 2011 en Wayback Machine.
• Kinsler, L., Frey, A., Coppens, A. y Sanders, J. (Eds.). (2000). Fundamentos de acústica (4.ª ed.). Nueva York: John Wiley and Sons.
• Kleppe, J. (1989). Aplicaciones de la acústica en ingeniería . Sparks, Nevada: Artech House.
• Moser, M. (2009). Acústica de ingeniería (S. Zimmerman, R. Ellis Trad.). (2.ª ed.). Berlín: Springer-Verlag.