Estudi de la relació entre la intensitat sonora i la distància

Què entenem per Intensitat sonora? La intensitat del so es defineix com la quantitat d’energia (potència acústica) que travessa per segon una superfície col·locada normalment a la direcció de propagació La intensitat depèn de l’amplitud de l’ona, perquè quant major siga l’amplitud de l’ona, major és la quantitat d’energia (potència acústica) que genera i, per tant, major és la intensitat del so. La intensitat sonora disminueix amb la distància de la font..

Què més sabem de la intensitat sonora? Es pot arribar a demostrar que la intensitat d’una ona sonora ve donada per l’expressió: (1) On r és la densitat del medi on es transmet el so, v és la velocitat del so f és la freqüència el so i A l’amplitud de l’ona sonora. A partir d’aquesta fórmula s’arriba a demostrar la llei que relaciona a intensitat del so (I) amb l’amplitud (A) i amb la distància al focus emissor del so (r): (2) (3) (4) expressada d’aquestes tres formes. Nosaltres intentarem demostrar l’ultima expressió que relaciona l’amplitud de l’ona sonora amb la distància al focus emissor.

Investigació ▪ En aquesta pràctica els alumnes hauran de mesurar la intensitat d’un so monofònic en dos punts situats a diferents distàncies del focus emissor (altaveu del PC). ▪ També mesuraran la intensitat sonora en un punt que s’allunya progressivament del focus emissor. ▪ A partir de les dades de la intensitat sonora i la distància analitzarem l’equació (4) que relaciona intensitat i distància. (4) ▪ Les dades experimentals s’enregistraran amb l’ajut de sensors de so, la consola MultiLogPRO i el programa MultiLab i el so es generarà amb el programa Audacity.

Hipòtesi ► Penseu que es possible generar un so d’un sola freqüència (monofònic) en l’altaveu de l’ordinador? ► Penseu que la intensitat sonora disminueix regularment amb la distància? Linealment? Exponencialment? De manera parabòlica? Hiperbòlica? ► Qué creieu que passarà si generem un so polifònic? Serà fàcil llavors determinat l’amplitud de l’ona resultant?

Material Material de laboratori Regle Caixa de fusta o de plàstic Elements de l’equip MultiLog  Consola amb cable USB i adaptador AC/DC Sensor de so ( rang dinàmic:± 2,5 V; sensibilitat: 57-117 Ordinador amb altaveus Material de laboratori Regle Caixa de fusta o de plàstic Cinta mètrica

Procediment ► Experiència 1 1. Connecteu el sensor de so a l’entrada 1 de la consola. 2. Connecteu la interfície a l’ordinador i engegueu la interfície i l’ordinador. 3. Configureu el software MultiLab i l’Audacity seguint les instruccions del guió. 4. Col·loqueu la cinta mètrica oberta uns 45 cm davant mateix de l’altaveu. Situeu la caixa suport amb el micròfon damunt, davant de l’altaveu de manera que el sensor del micròfon quede a 5 cm de l’altaveu.

5. Genereu el so amb el programa Audacity prenent el botó play i immediatament canvieu de pantalla al programa MultiLab i cliqueu el botó Executar per començar la captació de dades. A la pantalla de l’ordinador no apareixerà inicialment res, però espereu uns instants i començarà la descàrrega de dades i el corresponent gràfic. Us sortirà un gràfic com aquest: 6. Repetiu els passos anteriors, però amb el sensor a 40 cm de l’altaveu. El gràfic generat sortirà superposat a l’anterior gràfic i els heu de separar seguint les indicacions que es donen al guió per fer-ho. Guardeu el projecte.

► Experiència 2 1. Amb la mateixa configuració d’audacity i canviant la configuració del MultiLog seguint el guió, heu de situar el micròfon davant de l’altaveu i quan comence a sentir-se el so, llavors allunyar el micròfon de l’altaveu de manera uniforme. Nota: es convenient allunyar el micròfon mig segon després de clicar el botó executar perquè durant aquest temps el sensor no mesura encara. 2. El gràfic que us ha de sortir ha de ser similar a aquest: 3. Afegiu el gràfic al projecte i guardeu-lo.

Anàlisi i tractament de dades Una vegada obtingudes les dades, seguint els passos del guió per capturar les amplituds de cada experiència, heu d’omplir la taula de valors del guió de pràctiques, contestar les qüestions i redactar l’informe. A1 A2 A3 A4 Gràfic a 5 cm (10cm) Gràfic a 40 cm (20 cm)

Context històric ▪ La intensitat sonora és una magnitud física i, com a tal, té unitat de mesura: el W/m2; aquesta magnitud és per tant objectiva. Ara bé, la intensitat d’un so pot considerar-se des d’un punt de vista subjectiu i llavors s’anomena intensitat fisiològica del so i correspon a la sensació que ens produeix el so i, per tant, depèn de l’observador. ▪ Es fàcil intuir la manca de proporcionalitat entre la intensitat sonora (magnitud física) d’un so que arriba a l’oïda i la sensació sonora que ens produeix (intensitat fisiològica), ja que és un fet comprovable que 2 focus sonors idèntics, actuant simultàniament, no produeixen una sensació doble que un tot sol. ≠ 2

▪ Això es degut a que la sensació sonora obeeix, aproximadament , a la llei psicofísica de Weber-Fechner, que diu: la sensació creix en progressió aritmètica, quan la l’excitació ho fa en progressió geomètrica. ▪ A partir d’aquí, per raonament físics i convencions es va arribar a definir una unitat per a la sensació sonora : el bel (b): diguem que un so produeix una sensació d’un bel quan la seua intensitat sonora (física) és 10 vegades més gran que la intensitat sonora llindar (mínima audible). Normalment la sensació sonora s’expressa en decibels (db). Per fer-vos una idea d’aquesta unitat, observeu la següent taula: Normals Xiuxiuejar 15 dB Conversa fluixa 20-30 dB Carrers tranquils 40 dB Conversa normal 45-60 dB Ciutat normal, carrer 70 dB Aspiradora 75 dB Serra elèctrica 76 dB Assecadora cabell 80 dB Tractor 80 dB Motocicleta 85 dB Equips pesats 90 dB Camions 91 dB Camió d’escombreries 100 dB Nen cridant 115 dB Perjudicial Cotxe carreres, banda rock 120-130 dB Martell compressor a  1 m  130 dB Avió a 120 a 36 km 130 dB Llançament d’un coet a 45 km 180 dB

▪ Com el db depèn de la intensitat llindar i aquesta és distinta per a cada freqüència i per a cada distància del focus emissor, per poder comparar les sensacions sonores que produeixen 2 sons de freqüències i/o distàncies diferents no resulta útil el db i s’està introduint una altra unitat, el fon. ▪ Tornant al bel, deu el seu nom al físic escocès Alexander Graham Bell (Edimburgh, 1847-Cape Breton Island (Canadà),1922). Després d’estudiar a les universitats d’Edimburgh i Londres, Bell va emigrar al Canadà i després als EUA el 1871. Allí va començar a donar classes per sord-muts divulgant el sistema anomenat llenguatge visible. Aquest sistema havia estat desenvolupat pel seu pare. ▪ Des dels 18 anys, Bell havia treballat sobre la idea de la transmissió de la parla. L’any 1874, mentre treballava en un telègraf múltiple, va desenvolupar les idees bàsiques del que seria el telèfon. Els seus experiments amb el seu ajudant Thomas Watson els va provar amb èxit el 1876.

▪ Una demostració feta el mateix any 1876, durant l'Exposició del Centenari a Filadèlfia (va llançar el seu invent a tot el món i el va portar a organitzar l’any 1877 La Companyia de Telèfons Bell. L’any 1880, França va concedir a Bell el premi Volta, dotat amb 50.000 francs, pel seu invent. ▪ Va realitzar altres invents com: el fotòfon, l’audiòmetre i la balança d’inducció i va establir les bases del gramòfon modern. ▪ Va ser un dels cofundadors de la National Geographic que va presidir entre 1896 i 1904. També va fundar la revista Science.