Acustica Naturaleza Del Sonido 66240

Fonología: es la parte de la física, que tiene como objeto el estudio del sonido, sus causas, leyes, propiedades y aplicaciones. 1. Naturaleza del Sonido Se dice que las ondas sonoras son ondas de presión, lo cual significa que cuando en cierto sitio del espacio se produce sonido, hay un aumento y una posterior disminución de la presión que se propaga a las demás regiones del medio. Cuando la presión es mayor a la presión atmosférica se denomina comprensión y si es menor se llama enrarecimiento. Las ondas de sonido son longitudinales. 2. Rapidez del Sonido El sonido, en el aire tiene una velocidad de propagación característica significativamente menor a la velocidad de la luz. La rapidez de propagación del sonido en los diferentes medios materiales, depende de los siguientes factores: A. Compresibilidad del medio material: cuanto menos compresible (capacidad para permitir deformación o disminución del volumen) sea un material, mayor es la velocidad de propagación de las ondas sonaras a través de él. B. Densidad del medio: es mayor la velocidad en los materiales menos densos. C. La temperatura de un gas: un aumento de la temperatura incrementa la rapidez de las moléculas del medio, lo cual ocasiona un aumento de la rapidez de propagación de la perturbación. D. La masa molecular de un gas: presenta una relación inversa, cuanto mayor sea la masa molecular menor es la velocidad de propagación. Se ha comprobado que la velocidad del sonido en el aire para temperaturas entre 0° y 35° C, aumenta aproximadamente en 0,6 m/seg, por cada grado centígrado que aumente la temperatura, mediante la siguiente relación:

v = (331 m

seg

+ 0,6 m

seg

.°C −1 .T )

El oído humano sólo puede percibir sonidos de frecuencias entre 20 Hz y 20.000 Hz. Las ondas longitudinales con frecuencias mayores a 20.000Hz se conocen como ultrasonidos y las ondas con frecuencias menores a 20 Hz se conocen como infrasonidos. Animales como el perro y el murciélago perciben ondas hasta 50.000 y 100.000 Hz respectivamente. Los músicos identifican los tonos de las notas musicales por su frecuencia característica. Así, por ejemplo, en una de las escalas musicales más utilizadas, la frecuencia de la nota do es 256 Hz, mientras que la de la nota la es 440Hz.

3.2. Intensidad: se relaciona con la intensidad de energía que transportan las ondas sonoras. Por lo tanto esta característica permite diferenciar sonidos fuertes de sonidos débiles. Se define la intensidad como la energía transmitida por unidad de área en la unidad de tiempo. Por lo que la intensidad es la potencia transmitida por unidad de área.

I=

P , tiene como unidades el W / m2 A

Al alejarnos de una fuente que emite sonido con determinada potencia se percibe que la intensidad disminuye, ya que el medio de propagación absorbe parte de la energía y a la distribución de la potencia en el área que abarca.

I=

p donde r es la distancia entre la 4π .r 2

fuente y el que percibe la onda sonora. El oído humano puede detectar sonidos con una intensidad comprendida entre 10- 12 y 1 W/m2. Nivel de intensidad: es usual expresar la medida de lo intenso o de lo débil que resulta un sonido con una escala logarítmica por medio de la cual a cada intensidad I le corresponde un nivel de intensidad β, que se define como:

β = 10.dB. log

donde T, representa la temperatura dada.

I I0

Tabla de la velocidad del sonido en diferentes donde I0 es la mínima intensidad audible por el medios Medio Velocida d m/s Aire (0°)331Aire (15°)340Aire (100°)366Helio (0°)972Hidrogeno (0°)1290Oxigeno (0°)317Agua (25°)1490Aluminio5100Cobre3560Hierro5130Plomo1320Granito6000 oído humano, es decir 10- 12 W/m2. El nivel de intensidad se expresa en decibeles.

Tabla de intensidades y niveles de intensidad Sonido

Intensi dad Motor a reacción 102 Umbral de dolor 1 Automóvil sin 10- 2 silenciado r

de

10- 4

80

Conversación en voz alta

10-6

60

Biblioteca tranquila Susurro Umbral

10- 8

40

10- 10 10 - 12

20 0

Fabrica maquinas 3. Características del Sonido

3.1. Tono: también conocido como altura, es la característica que permite diferenciar entre los sonidos agudos (altos), frecuencias altas y los sonidos graves (bajos), frecuencias bajas.

Nivel de I 140 120 100

de

audición

3.3. Timbre: es la propiedad del sonido que permite distinguir la fuente que lo emite ( acento ). EFECTO DOPPLER La frecuencia del sonido percibido es diferente a la del sonido emitido debido al movimiento de la fuente con respecto al observador. Este fenómeno fue estudiado por el físico austriaco Cristian Doppler, hacia el año de 1842. al analizar a) cuando el observador se aleja o acerca a la fuente de emisión. b) Cuando la fuente emisora se acerca o aleja del observador. c) Cuando simultáneamente, fuente y observador se acercan o alejan. Este fenómeno expresión

 v ± vo fo = fe  v±v f 

se

resume

en

la

siguiente

  donde v es la velocidad de la  

onda en el medio, vo velocidad del observador y vf velocidad de la fuente. ECO (reflexión de la onda) Siendo el sonido un movimiento ondulatorio de carácter longitudinal, es natural que se refleje como ocurre a toda clase de onda cuando en el camino de su propagación encuentra un obstáculo de dimensiones apropiadas, tal como paredes, montañas, nubes y por la propia superficie de la Tierra. El ejemplo más conocido y común de la reflexión del sonido, lo constituye el eco, que no es sino la repetición de un sonido, por la reflexión de sus ondas con algún obstáculo apropiado. Cuando una persona al hablar emite un tren de ondas sonoras, éstas primero llegan al oído y sólo más tarde percibirá la persona el sonido producido por las ondas reflejadas. Para que el sonido producido por la reflexión de las ondas pueda ser oído, es indispensable que la sensación del sonido directo haya terminado. Aceptando como cifra media para la velocidad del sonido el valor de 340 m/seg. y teniendo en cuenta que toda sensación persiste en nuestro oído alrededor de una décima de segundo, es evidente que para que haya eco perceptible, la superficie reflectora del sonido ha de estar colocada, cuando menos a la distancia de 17 metros. El eco puede ser monosilábico, bisilábico o polisilábico. Ejemplo al pronunciar la palabra FÍSICA se obtiene: Monosilábico .................... CA Bisilábico.........................SICA Polisilábico................. FISICA Refracción del Sonido En los medios homogéneos y en reposo, el sonido se propaga con la misma velocidad en todas las

direcciones, pero si estas condiciones no se cumplen, la propagación del sonido no resulta uniforme y en tal virtud las direcciones de los frentes de onda cambian constantemente, ocasionando curvaturas de la onda, lo que da origen a la difracción de las ondas sonoras. Durante la noche, las capas de aire cercanas a la superficie del agua son mas frías que las que se encuentran ocupando las capas más altas y por esta razón y teniendo en cuenta que la velocidad del sonido en el aire caliente es mayor que en el aire frió las ondas se desvían hacia abajo. Por el contrario durante el día el efecto es opuesto. RECEPCIÓN DEL SONIDO Y AUDIBILIDAD El estudio del sonido está estrechamente relacionado con el sentido del oído, pues a través del oído se inicia la sensación acústica que procesa nuestro cerebro. El oído está dividido entres regiones: Oído externo: consta del pabellón de la oreja y de un conducto auditivo de 2,5 cm de longitud que guía las ondas sonoras hacia la membrana llamada tímpano. El tímpano que tiene un área aproximada de 60 mm2 y un espesor de décimas de mm vibra con los cambios de presión producidos por las ondas captadas. Oído medio: sigue al tímpano y contiene los huesecillos auditivos (martillo, yunque y estribo) se consideran como el puente mecánico entre el tímpano y el caracol. El oído medio está conectado a la trompa de Eustaquio, la cual se conecta con la faringe. La función de la trompa de Eustaquio es nivelar la presión entre el aire del ambiente y la presión del oído medio. Por su parte los huesecillos disminuyen la amplitud de la señal percibida pero aumentan la presión transmitida al caracol. Oído interno: conformado por el caracol (tubo enrollado de 5mm de longitud) el cual tiene varios canales y una la membrana basilar. El órgano de Corti se encuentra fijo a esta membrana y convierte las vibraciones en impulsos eléctricos nerviosos, los cuales son enviados al nervio auditivo.