Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido1 Los lenguajes del sonido. Un espacio de encuentro… Residencia la Cristalera Miraflores de la Sierra La Física del Sonido © F.Sotres (UCM)

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido2 LA FISICA DEL SONIDO Sumario –Introducción –Los pioneros –Qué son un pulso y onda mecánica –Vibraciones en muelles, agua ( experiencias y simulaciones) Clasificación : longitudinales y transversales. Medio elástico Reflexión, estacionarias, refracción, interferencias, difracción, resonancia –Vibraciones sonoras Fenómenos con diapasones: variar frecuencia, pulsaciones de dos diapasones, Resonancia de columnas de aire Eco y reverberación Velocidad del sonido:campana de vacío, por eco repetido y con software. Efecto Doppler: Cómo analizo un sonido de diapasones e instrumentos con transductores: altavoces y osciloscopios. Cómo se registra: fonógrafo, cintas magnéticas, CD Potencia, Intensidad tono y timbre con software de simulación. –El fenómeno frente a su percepción La escala logarítmica de la audición Los decibelios y el sonómetro Espectgro sonoro y límites de la audición Oído humano: cilios La faringe y las cuerdas vocales. –Aplicaciones: Música Aislantes. Reverberación Teatros –Medicina Ultrasonidos para ecografías Aplicaciones médicas y radares

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido 3 Algo de historia

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido 4 Los pioneros I Pitágoras (VI AC) se percata de la relación entre la longitud de una cuerda tensa y su tono de vibración. Identifica además la amplitud e intensidad del sonido. Aristóteles (350 AC) relaciona vibración sonora con el aire que la propaga

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido 5 los pioneros II Anicius Manilius ( 500 DC) relaciona la vibración de una cuerda con la con vibración del aire inmediato. Galileo ( ) completa las leyes de la cuerda vibrante Pitágoras. John Shore 1711, sargento trompetero inglés, inventa el diapasón Charles Sturm Mide la velocidad del sonido en el agua Lord Rayleight 1877: describe por primera vez la ecuación de la onda de sonido

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido 6 Los pioneros III : Helmotz

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido7 LOS FENÓMENOS VIBRATORIOS (ONDAS)

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido8 CONCEPTOS BÁSICOS I Pulso Pulso Onda armónica : Cada partícula del medio oscila con movimiento armónico longitudinal o transversal. Onda armónica : Cada partícula del medio oscila con movimiento armónico longitudinal o transversal.

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido9 CONCEPTOS BÁSICOS II Si la energía se confina en una región, bajo ciertas condiciones se forma una onda estacionaria Si la energía se confina en una región, bajo ciertas condiciones se forma una onda estacionaria

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido10 CONCEPTOS BÁSICOS III: RESONANCIA Un sistema oscilante ( péndulo, columna de aire,…) vibra a una frecuencia natural característica. Un sistema oscilante ( péndulo, columna de aire,…) vibra a una frecuencia natural característica. Un foco próximo a éste induce una vibración que será máxima cuando las frecuencias de ambos coincidan. Un foco próximo a éste induce una vibración que será máxima cuando las frecuencias de ambos coincidan. En péndulos acoplados la transferencia de energía es máxima si sus frecuencias naturales son iguales. Si no, la transferencia de energía es menor. En péndulos acoplados la transferencia de energía es máxima si sus frecuencias naturales son iguales. Si no, la transferencia de energía es menor.péndulos acoplados péndulos acoplados

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido11 CONCEPTOS BASICOS IV onda transversal en agua onda transversal en aguaen aguaen agua onda longitudinal en bolas más medio elástico recuperador onda longitudinal en bolas más medio elástico recuperador

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido12 CONCEPTOS BÁSICOS V Ondas distintas interfieren y después siguen su camino( 1D y 2D)

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido13 CONCEPTOS BASICOS VI La onda incidente cambia de velocidad y dirección al cambiar de medio ( Se refracta ) La onda incidente cambia de velocidad y dirección al cambiar de medio ( Se refracta )

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido14 CONCEPTOS BASICOS VII: Difracción

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 15 ONDAS DE SONIDO

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 16 Cómo se originan  La energía y la perturbación viajan en un sentido desde el foco emisor.  Cada partícula sólo oscila alrededor de un punto.

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 17 Se reflejan en paredes curvas y planas

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 18 Como la luz, el sonido se curva en medios de densidad variable

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 19 Se difractan

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 20 EL DIAPASON I  Es un arco metálico que oscila con frecuencia constante ( el más común emite la nota “la” a 440 Hz al ser golpeado con un martillo)  Su frecuencia cambia si se modifica la masa que oscila con un suplemento.  Su oscilación golpea a las moléculas de aire produciendo una onda sonora armónica y longitudinal.

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 21 DIAPASÓN II  Acoplado a una caja, ésta resuena.  La interferencia de dos diapasones simultáneos de frecuencias ligeramente distintas, produce pulsaciones.  Sirven de referencia para afinar instrumentos. Hoy los sustituyen afinadores electrónicos.

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 22 RESONANCIA EN TUBOS DE AIRE

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 23 CUALIDADES DEL SONIDO  La intensidad: indica la energía por unidad de tiempo y superficie atravesada en la propagación de un sonido  El tono: es la frecuencia del sonido  Dos instrumentos tienen un timbre característico aunque emitan la misma nota. Se debe a la presencia de sonidos parásitos simultáneos llamados armónicos.  Cada armónico tiene una frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental.  La suma del sonido fundamental y los armónicos reproduce el sonido inicial.  Los software de simulación ayudan a su didáctica software de simulación software de simulación

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 24 LA ENERGÍA DEL SONIDO Y SUS UNIDADES  Un foco puntual emite frentes de onda esféricos que transportan energía.  Todos los frentes emiten igual potencia. Se mide en watios  En un frente, la potencia que emite una superficie unidad disminuye con la distancia al foco. I = P/S

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 25 Eco y reverberacion  Eco se produce cuando un sonido rebota a cierta distancia.  Cuando el eco es muy próximo se dice reverberación.

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 26 VELOCIDAD DEL SONIDO  En el vacío el sonido no puede viajar  Se puede calcular midiendo el tiempo de regreso de su eco. eco.  La mejor medida ( rápida, precisa y sencilla) se consigue con software de grabación libre “Audacity” watch?v=Vd2bDBfkAzs watch?v=Vd2bDBfkAzs watch?v=Vd2bDBfkAzs

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 27 El efecto Doppler  Si el foco se acerca al oyente, éste percibe longitudes de onda más pequeñas y de mayor frecuencia. Si se aleja, las percibe mayores.  Este efecto se aplica al cálculo de la velocidad de los glóbulos rojos en la sangre, al cálculo de las velocidades de los coches y a explicar el corrimiento hacia el rojo de las estrellas

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 28 LA TRANSDUCCIÓN I  Disco de Edison  Altavoz

Guindalera 07_ 2010 La Física del Sonido 29 TRANSDUCTORES II  Altavoz y micrófono  Ultrasonidos por efecto piezoeléctrico

La Física del Sonido 30 Guindalera 07_ 2010 Voz y Audición

La Física del Sonido 31 Guindalera 07_ 2010 La voz humana El sonido se produce al expulsar aire a través de las cuerdas vocales que pueden: El sonido se produce al expulsar aire a través de las cuerdas vocales que pueden: Vibrar Vibrar Vibrar Cerrarse de golpe Cerrarse de golpe

La Física del Sonido 32 Guindalera 07_ 2010 La fisiología del oído

La Física del Sonido 33 Guindalera 07_ 2010 El canal auditivo externo (2,5 cm) resuena con frecuencias entre 2000 y 5000 Hz lo que mejora su audición. El canal auditivo externo (2,5 cm) resuena con frecuencias entre 2000 y 5000 Hz lo que mejora su audición. El tímpano comunica su vibración a los huesecillos. El tímpano comunica su vibración a los huesecillos. La clóquea (caracol) recoge las vibraciones del yunque en la secuencia : líquido - cilios- nervio óptico La clóquea (caracol) recoge las vibraciones del yunque en la secuencia : líquido - cilios- nervio óptico

La Física del Sonido 34 Guindalera 07_ 2010 AUDICION La sensación es logarítmica aunque la señal física crezca de modo lineal La sensación es logarítmica aunque la señal física crezca de modo lineal Para cuantificarla se le asigna un nivel de intensidad sonora, el Decibelio. Los decibelios se miden con un sonómetro Para cuantificarla se le asigna un nivel de intensidad sonora, el Decibelio. Los decibelios se miden con un sonómetro

La Física del Sonido 35 Guindalera 07_ 2010 Los umbrales de audición La sensación depende también de la frecuencia La sensación depende también de la frecuencia

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido36 La física de la música

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido37 La escala Diatónica Notas simultáneas se oyen con armonía si una es armónica de la otra y sus frecuencias tienen relaciones simples Notas simultáneas se oyen con armonía si una es armónica de la otra y sus frecuencias tienen relaciones simples f nota base f nota base 4/3 f es la cuarta 4/3 f es la cuarta 3/2 es la quinta 3/2 es la quinta 9/8 f es la quinta de la quinta corregida =( 3/2 f * 3/2) / 2 9/8 f es la quinta de la quinta corregida =( 3/2 f * 3/2) / 2 81/64 es la quinta de la quinta… 81/64 es la quinta de la quinta… 243/128 es la quinta, de la quinta de la primera quinta /128 es la quinta, de la quinta de la primera quinta... 4/3 f es la cuarta 4/3 f es la cuarta 2f es la octava 2f es la octava

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido38 La escala diatónica Las teclas blancas de una octava del piano son la escala diatónica Las teclas blancas de una octava del piano son la escala diatónica

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido39 La escala cromática Añadiendo a la escala anterior cinco semitonos nuevos( cinco teclas negras), a partir de las cuartas, tenemos doce intervalos (de espaciados muy próximos) en una octava. Se dice que la escala es cromática Añadiendo a la escala anterior cinco semitonos nuevos( cinco teclas negras), a partir de las cuartas, tenemos doce intervalos (de espaciados muy próximos) en una octava. Se dice que la escala es cromática En los pianos modernos el espaciado de los 12 semitonos es idéntico. Ponen una escala temperada. En los pianos modernos el espaciado de los 12 semitonos es idéntico. Ponen una escala temperada.

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido40 Medicina y sonido Ecografía pasiva Ecografía activa: problemas vasculares por efecto Doppler

Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido41 Relieve marino, pesca y sonar Ondas sonoras desde los ultrasonidos hasta extrasonidos exploran fondos, minas, barcos y bancos de peces