SONIDO

INTRODUCCIÓN El sonido es la sensación auditiva que se produce en nuestro oído cuando percibimos las vibraciones de los cuerpos sonoros. El movimiento del objeto produce una onda sonora que se transmite a través del aire o de otro elemento y que llega a nuestros oídos excitando nuestro sistema auditivo (el oído) y nuestro cerebro

Producción de una onda sonora El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico. Dos cosas deben existir para producir una onda sonora: Una fuente de vibración mecánica. Un medio elástico donde pueda viajar la perturbación. Las ondas sonoras consisten en bandas alternantes de compresión y rarefacción.

MODOS DE PROPAGACIÓN Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga). Es el propio medio el que produce y propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico. Además, los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación.

Percepción humana de las Ondas Sonoras El hercio (Hz) es la unidad que expresa la cantidad de vibraciones que emite una fuente sonora por unidad de tiempo (frecuencia). Se considera que el oído humano puede percibir ondas sonoras de frecuencias entre los 20 y los 20.000 Hz, si bien también se consideran rangos entre 16 Hz (aproximadamente la nota más grave de un órgano de iglesia: do0 = 16,25 Hz) y 16.000 Hz (o 16 kHz). Las ondas que poseen una frecuencia inferior a la audible se denominan infrasónicas y las superiores ultrasónicas. La sensación de sonoridad es la percepción sonora que el hombre tiene de la intensidad de un sonido. La sonoridad se mide mediante una magnitud llamada fonio, que utiliza una escala arbitraria cuyo cero (el llamado umbral de audición) corresponde a I0=1 × 10-12 W/m² a 1 kHz.

La velocidad del sonido Alambre donde: v = velocidad del sonido Y = módulo de Young r = densidad B = módulo de volumen S = módulo de corte g = constante adiabática (1.4 para el aire) P = presión T = temperatura absoluta M = masa molecular Sólido extendido Fluido Gas

Vibración de columnas de aire Tubo cerrado El extremo cerrado de un tubo debe ser un nodo de desplazamiento. El extremo abierto de un tubo debe ser un antinodo de desplazamiento.

Vibración de columnas de aire Tubo abierto Una columna de aire que vibra en un tubo abierto en ambos extremos debe estar limitada por antinodos de desplazamiento.

Vibración forzada y resonancia Vibración forzada, ocurre cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con otro, y el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia. Resonancia o vibración simpática, ocurre cuando un cuerpo actúa con una serie de impulsos periódicos con una fecuencia similar a las frecuencias naturales del cuerpo y el cuerpo se pone a vibrar con una amplitud relativamente grande.

Ondas sonoras audibles La intensidad sonora es la potencia transferida por una onda sonora a través de unidad de área normal a la dirección de la propagación. Factor de Conversión: Donde P es la potencia transferida y A el área involucrada El umbral del audición representas el patrón de la intensidad mínima para que un sonido sea audible. El umbral del dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin sentir dolor.

Nivel de intensidad (dB) El nivel de intensidad, , en decibeles (dB) se basa en una escala logarítmica que compara la intensidad I de un sonido con el umbral auditivo, I0. Cuando la Intensidad I1 de un sonido es 10 veces mayor a la intensidad de I2 de otro , esta en la relación de intensidad de 1 bel (B) Nivel de intensidad (dB) I0 = 1 x 10-12 W/m2 Ejemplos: Umbral de Audición 0 dB Susurro de la hojas 10 dB Murmullo 20 dB Conversación normal 65 dB Esquina de una Calle Transitada 80 dB Umbral de dolor 120 dB Motor a propulsión 140 dB

TONO Y TIMBRE Desde el punto de vista de la intensidad, los sonidos pueden dividirse en fuertes y débiles. La intensidad depende principalmente de la presión sonora (intensidad), pero también del espectro de parciales y de la duración. El tono o altura es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo o alto y otro grave o bajo. Para un sonido puro el tono viene determinado principalmente por la frecuencia, aunque también puede cambiar con la presión y la envolvente. El timbre de un sonido es la cualidad en virtud de la que podemos distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por dos focos sonoros diferentes. El timbre se debe a que generalmente un sonido no es puro y depende principalmente del espectro. Pero también depende en gran manera de la envolvente y de la frecuencia. La duración física de un sonido y la percibida están muy relacionadas aunque no son exactamente lo mismo. La duración percibida es aquel intervalo temporal en el que el sonido persiste sin discontinuidad.

Interferencia y pulsaciones Las pulsaciones son pulsaciones con intensidad regular que ocurren en la presencia de dos sonidos con frecuencias ligeramente diferentes. Número de pulsaciones por segundo = |f - f’|

El efecto Doppler LLamada así por el austríaco Christian Doppler consiste en la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento. El efecto Doppler se refiere al cambio aparente en la frecuencia de una fuente de sonido cuando hay un movimiento relativo de la fuente y del oyente. Se lo puede experimentar en la velocidad de una ambulancia (50 km/h) es aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.

Observador en movimiento El efecto Doppler Fuente en movimiento Observador en movimiento donde: fo = frecuencia observada fs =frecuencia de la fuente V = velocidad del sonido vo = velocidad del observador vs = velocidad de la fuente Fuente Acercándose Las velocidades son positivas para un acercamiento y negativas para un alejamiento. 15 Movimiento general

Resumen de ecuaciones pulsaciones por Segundo = |f - f’|