Sonido y Audici

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SONIDO Y AUDICION
4.1 Vibraciones y Ondas 4.1.1 Oscilación de un
péndulo 4.1.2 Descripción de una onda 4.1.3
Movimiento ondulatorio 4.1.4.Rapidez de una
onda 4.1.5 Ondas transversales 4.1.6 Ondas
longitudinales 4.1.7 Efecto Doppler 4.1.9 Ondas
de choque
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SONIDO Y AUDICION
VIBRACIONES Y ONDAS Una vibración u oscilación es
un vaivén en el tiempo. Un vaivén tanto en el
espacio como en el tiempo es una onda. La luz y
el sonido son vibraciones que se propagan en el
espacio en forma de ondas, las primeras son ondas
electromagnéticas y las segundas ondas mecánicas
OSCILACIÓN DE UN PÉNDULO Si colgamos una piedra
de un cordón tendremos un péndulo simple. Galileo
descubrió que el tiempo que tarda un péndulo en
ir y venir en distancias pequeñas sólo depende de
la longitud del péndulo. El tiempo de una
oscilación de ida y vuelta, llamado período (T),
no depende de la masa del péndulo, ni del tamaño
del arco en el cual oscila. Un péndulo largo
tiene un periodo más largo que un péndulo corto
esto es, oscila de ida y vuelta con menos
frecuencia que un péndulo corto. Entendiendo por
frecuencia (f) el número de oscilaciones que
realiza en una unidad de tiempo.
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SONIDO Y AUDICION
DESCRIPCIÓN DE UNA ONDA Cuando se ata una cuerda
en un extremo y el otro se sujeta con la mano,
manteniendo la cuerda tensa, en ella se pueden
generar pulsos que viajen por la cuerda hasta
llegar al otro extremo y volver a la mano, con
solo mover la mano de arriba abajo. Si estos
pulsos se generan a intervalos iguales de tiempo
se puede mantener la cuerda vibrando, o lo que es
equivalente a decir que se ha generado una onda
en la cuerda. La curva que adquiere la cuerda se
llama sinusoide, es periódica y presenta máximos
y mínimos de igual amplitud.
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SONIDO Y AUDICION
DESCRIPCIÓN DE UNA ONDA La longitud de onda (?)
es la distancia desde la cima de una cresta hasta
la cima de la siguiente cresta. También, longitud
de onda es la distancia entre dos partes
idénticas sucesivas de la onda. Las longitudes de
onda de las olas en una playa se expresan en
metros, las de las ondulaciones en un estanque se
miden en centímetros y las de la luz en milésimas
de millonésimas de metro (nanómetros).
Una oscilación completa de ida y vuelta es una
vibración. Si se hace en un segundo, la
frecuencia es una vibración por segundo (1Hz). Si
en un segundo suceden dos vibraciones, la
frecuencia es dos vibraciones por segundo
(2Hz). La unidad de frecuencia se llama Hertz
(Hz), en honor de Heinrich Hertz, quien demostró
la existencia de las ondas de radio en 1886. Una
vibración por segundo es 1 Hertz dos vibraciones
por segundo son 2 Hertz, etc.
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MOVIMIENTO ONDULATORIO A través del movimiento
ondulatorio se puede transferir energía de una
fuente hacia un receptor, sin transportar materia
entre los dos puntos, los casos más comunes son
el sonido que llega a los oídos, la luz a los
ojos y las señales electromagnéticas a las radios
y televisores. El medio, que puede ser una cuerda
o cualquier otra cosa, regresa a su estado
inicial después de haber pasado la perturbación.
Lo que se propaga es la perturbación, y no el
medio mismo. RAPIDEZ DE UNA ONDA La rapidez se
define como una distancia dividida entre un
tiempo. En este caso, la distancia es una
longitud de onda y el tiempo es un período, por
lo que la rapidez de la onda es igual que
longitud de onda entre el periodo, es decir v
? / T Como el periodo es igual al inverso de la
frecuencia, se puede escribir v ? f
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SONIDO Y AUDICION
ONDAS TRANSVERSALES Si el movimiento de las
partículas del medio es perpendicular a la
dirección de propagación de la onda, se dice que
la onda es transversal. Ejemplos de esta
situación son las ondas en las cuerdas de los
instrumentos musicales, las ondas en la
superficie de los líquidos, la luz, los rayos X,
y en general todas las ondas electromagnéticas.
ONDAS LONGITUDINALES Si el movimiento de las
partículas del medio es paralelo a la dirección
de propagación de la onda, se dice que la onda es
longitudinal. Ejemplos de esta situación son el
sonido, las compresiones y descompresiones del
aire se realizan en la misma dirección en que
viaja la onda. Las ondas principales (ondas P) en
un terremoto, entre otras.
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SONIDO Y AUDICION
EFECTO DOPPLER Si la fuente que genera los
pulsos en el agua se mueve, con una rapidez menor
que las ondas. El patrón de las ondas se
distorsiona y ya no está formada por círculos
concéntricos. Un observador en B vería que le
llegan ondas más seguidas. Esto se debe a que
cada frente de onda sucesivo tiene menos
distancia por recorrer, y en consecuencia llega a
B con más frecuencia que si la fuente no se
moviera acercándose a B.
Si la fuente que genera los pulsos en el agua se
mueve, con una rapidez menor que las ondas. El
patrón de las ondas se distorsiona y ya no está
formada por círculos concéntricos. Un observador
en B vería que le llegan ondas más seguidas. Esto
se debe a que cada frente de onda sucesivo tiene
menos distancia por recorrer, y en consecuencia
llega a B con más frecuencia que si la fuente no
se moviera acercándose a B.
http//www.walter-fendt.de/ph11s/dopplereff_s.htm
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ONDAS DE CHOQUE Si la fuente que genera los
pulsos en el agua se mueve, con una rapidez mayor
que las ondas. El patrón de las ondas se
distorsiona aún más y se forma una serie de
círculos concéntricos, traslapados unos a otros,
donde la envolvente exterior es un cono, tal como
muestra la figura.
El cono envolvente es la superposición de los
frentes de onda en el aire, por lo que la
compresión resultante es alta, este cono es
llamado anda de choque, ya que cuando alcanza a
los observadores en tierra, ellos percibirán un
violento cambio de presión. Esta subida de
presión viene seguida de una descompresión
equivalente a la compresión.
En la figura se ve que el observador B escucha el
estampido sónico. El observador C ya lo oyó y el
observador A lo oirá dentro de un momento. Puede
ser que el avión que generó esa onda de choque
haya atravesado la barrera del sonido bastante
tiempo antes de ser escuchado el estampido sónico
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4.2 Sonido 4.2.1 Origen del sonido 4.2.2
Naturaleza del sonido en el aire 4.2.3 Medios
que transmiten el sonido 4.2.4 Rapidez del
sonido en el aire 4.2.5 Reflexión del
sonido 4.2.6 Refracción del sonido 4.2.7
Energía en las ondas sonoras 4.2.8 Vibraciones
forzadas 4.2.9 Frecuencia natural 4.2.10
Resonancia 4.2.11 Interferencia 4.2.12
Pulsaciones
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ORIGEN DEL SONIDO La mayor parte de los sonidos
son ondas producidas por las vibraciones de
objetos materiales. En un piano, una flauta, la
voz. El oído humano, de un joven, por ejemplo,
puede captar normalmente alturas que corresponden
al intervalo de frecuencias de entre unos 20 y
20kHz. A medida que maduramos, se contraen los
límites de este intervalo de audición en
especial en el extremo de alta frecuencia. Las
ondas sonoras cuyas frecuencias son menores que
20 Hz son infrasónicas, y aquellas cuyas
frecuencias son mayores que 20kHz se llaman
ultrasónicas. No podemos escuchar las ondas
sonoras infrasónicas ni las ultrasónicas.
NATURALEZA DEL SONIDO EN EL AIRE Imagina las
ondas sonoras (u ondas acústicas) en un tubo como
muestra la figura. Para simplificar sólo se
indican las ondas que se propagan por el tubo.
Cuando la rama del diapasón que está junto a la
boca del tubo llega al mismo, entra una
compresión en el tubo. Cuando la rama se aleja en
dirección contraria, a la compresión sigue un
enrarecimiento. La frecuencia de la fuente
vibratoria y la de las ondas que produce son
iguales.
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SONIDO Y AUDICION
Haz una pausa y reflexiona sobre la física del
sonido (o la acústica) mientras escuches tu
radio. El altoparlante, altavoz o bocina de tu
radio es un cono de papel que vibra al ritmo de
una señal electrónica. Las moléculas de aire
junto al cono en vibración de la bocina se ponen
a su vez en vibración. Este aire, a su vez vibra
contra las moléculas vecinas, que a su vez hacen
lo mismo, y así sucesivamente. El resultado es
que del altoparlante emanan distribuciones
rítmicas de aire comprimido y enrarecido,
llenando todo el recinto con movimientos
ondulatorios. El aire en vibración que resulta
pone a vibrar los tímpanos, que a su vez mandan
cascadas de impulsos eléctricos rítmicos por el
canal del nervio codear o auditivo hasta el
cerebro. Y así escuchas el sonido de la música.
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SONIDO Y AUDICION
MEDIOS QUE TRANSMITEN EL SONIDO La mayor parte
de los sonidos que escuchamos se transmite por el
aire. Sin embargo, cualquier sustancia elástica,
sea sólida, líquida, gas o plasma, puede
transmitir el sonido. La elasticidad es la
propiedad de un material que permite la
transmisión de la onda sonora. El sonido no se
propaga también en el aire, como lo hace en los
sólidos y los líquidos.
MEDIO TEMPERATURA (?C) VELOCIDAD (m/s)
Aire 0 331.7
Aire 15 340
Oxígeno 0 317
Agua dulce 15 1435
Agua salada 15 1500
Acero 20 5130
Aluminio 0 5100
Amoniaco 0 415
Helio 0 965
Hidrógeno 0 1284
Nitrógeno 0 334
Oxígeno 0 316
Vapor de agua 134 494
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SONIDO Y AUDICION
RAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRE La rapidez del
sonido depende de las condiciones del aire
(viento), como la temperatura y la humedad. No
depende de la intensidad ni de la frecuencia del
sonido todos los sonidos se propagan con la
misma rapidez. La rapidez del sonido en aire seco
a 0ºC es, aproximadamente, de 331 metros por
segundo, casi 1200 kilómetros por hora. Por cada
grado de aumento de temperatura sobre 0ºC, la
rapidez del sonido en el aire aumenta 0.6 m/s.
La velocidad del sonido se puede obtener a
partir de
Donde R es la constante de los gases ideales, M
es la masa molecular del gas (R/M287J/kgK para
el aire), ? es el coeficiente adiabático (1,4
para el aire), y T es la temperatura absoluta en
Kelvin.
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SONIDO Y AUDICION
REFLEXIÓN DEL SONIDO A la reflexión del sonido
se le llama eco. La fracción de la energía que
porta la onda sonora reflejada es grande si la
superficie es rígida y lisa, y es menor si la
superficie es suave e irregular. La energía
acústica que no porte la onda sonora reflejada la
contiene la onda "transmitida", es decir,
absorbida por la superficie. El sonido se
refleja en una superficie lisa en la misma forma
en que lo hace la luz La dirección de
propagación incidente, reflejada y la normal
están en el mismo plano. El ángulo de incidencia
es igual al ángulo de reflexión.
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SONIDO Y AUDICION
REFRACCION DEL SONIDO Las ondas sonoras se
desvían cuando algunas partes de sus frentes
viajan a distintas rapideces, a esta desviación
del sonido se le llama refracción. Las
reflexiones y refracciones múltiples de las ondas
ultrasónicas se usan en una técnica innocua para
"ver" el interior del organismo sin usar los
rayos X. Cuando el sonido de alta frecuencia (el
ultrasonido) entra al organismo, es reflejado con
más intensidad en el exterior de los órganos que
en su interior, y se obtiene una imagen del
contorno de los órganos.
Cuando el ultrasonido incide sobre un objeto en
movimiento, el sonido reflejado tiene una
frecuencia un poco distinta. Al usar este efecto
Doppler, el médico puede "ver" el corazón de un
feto latiendo, desde las 11 semanas de gestación.
La ley que gobierna la refracción es la ley de
Snell
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SONIDO Y AUDICION
ENERGÍA EN LAS ONDAS SONORAS El movimiento
ondulatorio de cualquier clase posee energía en
diversos grados. Por ejemplo, las ondas
electromagnéticas que provienen del Sol nos traen
enormes cantidades de la energía necesaria para
la vida en la Tierra. En comparación, la energía
en el sonido es extremadamente pequeña. Se debe a
que para producir el sonido sólo se requiere una
cantidad pequeña de energía. Por ejemplo, cuando
10000000 de personas hablan al mismo tiempo sólo
producirían la energía acústica necesaria para
encender una linterna común.
VIBRACIONES FORZADAS El mecanismo de una caja
de música se monta como una caja de resonancia.
Sin la caja de resonancia, ese sonido apenas es
perceptible. Las cajas de resonancia son
importantes en todos los instrumentos musicales
de cuerda.
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SONIDO Y AUDICION
FRECUENCIA NATURAL Todo objeto hecho de un
material elástico vibra cuando es perturbado con
sus frecuencias propias, que en conjunto producen
su sonido característico. Se habla entonces de la
frecuencia natural de un objeto, que depende de
factores como la elasticidad y la forma del
objeto. Naturalmente, las campanas y los
diapasones vibran con sus frecuencias
características propias. .
Onda fundamental identificada con n 1 color
azul Tercer armónico identificado con n 3 color
violeta Quinto armónico identificado con n 5
color amarillo Onda suma de las tres ondas n
135 identificada con el color rojo
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SONIDO Y AUDICION
RESONANCIA Cuando la frecuencia de las
vibraciones forzadas en un objeto coinciden con
la frecuencia natural del mismo, se provoca un
aumento dramático de la amplitud. A este fenómeno
se le llama resonancia. Los efectos de la
resonancia están alrededor de nosotros. La
resonancia acentúa no sólo el sonido de la
música, sino el color de las hojas en el otoño,
la operación con rayos láser, y una vasta
multitud de fenómenos que imparten belleza al
mundo que nos rodea.
Colapso del Puente de Tacoma Narrows http//es.wik
ipedia.org/wiki/Puente_de_Tacoma_Narrows
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SONIDO Y AUDICION
INTERFERENCIA Las ondas sonoras, como cualquier
otra onda, pueden presentar interferencia. En
todos los casos, cuando las crestas de una onda
se superponen con las crestas de otra, se produce
un aumento de amplitud (interferencia
constructiva), o bien, cuando la cresta de una
onda se traslapa con el valle de otra, se produce
menor amplitud (interferencia destructiva). En el
caso del sonido la cresta de una onda corresponde
a una compresión, y el valle a un enrarecimiento,
La interferencia se produce en todas las ondas,
sean transversales o longitudinales.
Las condiciones para que se obtenga interferencia
en un punto del espacio es que las dos ondas
emitidas tengan la misma Amplitud, Frecuencia y
Longitud de onda. Pera deben llegar al punto
desfasadas en media longitud de onda.
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SONIDO Y AUDICION
PULSACIONES Cuando dos tonos de una frecuencia un
poco distinta suenan al unísono, se oye una
fluctuación en la intensidad de los sonidos
combinados el sonido es intenso y después débil,
después intenso, después débil, etc. A esta
variación periódica de la intensidad del sonido
se le llama pulsaciones o trémolo, y se debe a la
interferencia http//www.meet-physics.net/David-Ha
rrison/castellano/Waves/Beats/Beats.html
Cuando hay movimiento relativo, el eco tiene una
frecuencia distinta por el efecto Doppler, y se
producen pulsaciones cuando se combinan el eco y
el sonido emitido. El mismo principio se aplica
en las pistolas de radar que usa la policía. Las
pulsaciones entre la señal que se manda y la que
se refleja se usan para determinar con qué
rapidez se mueve el auto que reflejó la señal.
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SONIDO Y AUDICION
4.3 Sonidos Musicales 4.3.1 Tono 4.3.2
Intensidad y sonoridad del sonido 4.3.3 Timbre
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SONIDO Y AUDICION
TONO El tono de un sonido se relaciona con su
frecuencia. Las vibraciones rápidas (alta
frecuencia) de la fuente sonora producen una nota
alta, mientras que las lentas (bajas frecuencias)
producen una nota baja. El tono de un sonido se
refiere a su posición en la escala musical.
Cuando en un piano se loca el "la natural", un
martinete golpea dos o tres cuerdas, cada una de
las cuales vibra 440 veces en un segundo. El tono
del "la natural" corresponde a 440
Hz. http//www.xtec.cat/centres/a8019411/caixa/on
das.htm
El oído humano, de un joven, puede captar
normalmente tonos que corresponden al intervalo
de frecuencias de entre unos 20 y 20kHz. A medida
que maduramos, se contraen los límites de este
intervalo de audición, en especial en el extremo
de alta frecuencia.
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SONIDO Y AUDICION
INTENSIDAD Y SONORIDAD DEL SONIDO La intensidad
del sonido depende de la amplitud de las
variaciones de la presión en la onda sonora.
(también, como en todas las ondas, la intensidad
es directamente proporcional a la amplitud de la
onda.) se mide en Watts/metro2. El oído humano
responde a intensidades que abarcan el enorme
intervalo desde 10-12 W/m2 (el umbral de la
audición) hasta más de 1 W/m2 (el umbral del
dolor). Dado que el rango de intensidades que el
oído humano puede detectar es bastante amplio, es
habitual utilizar una escala logarítmica. Por
convenio, dicha escala logarítmica se emplea como
nivel de referencia el umbral de audición. La
unidad más empleada en la escala logarítmica es
el decibelio..
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SONIDO Y AUDICION
Fuente del sonido Intensidad (W/m2) Nivel de sonido (dB)
Avión a reacción, a 30 m de distancia 102 140
Sirena de ataque aéreo. cercana 1 120
Música popular, amplificada 10-1 115
Remachado 10-3 100
Tráfico intenso 10-5 70
Conversación en casa 10-6 60
Radio con bajo volumen en casa 10-8 40
Susurro 10-10 20
Murmullo de las hojas 10-11 10
Umbral de la audición 10-12 0
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SONIDO Y AUDICION
TIMBRE El timbre de un tono está determinada por
la presencia y la intensidad relativa de los
diversos armónicos. El sonido que produce cierta
nota en el piano y el que tiene la misma altura
con un clarinete tiene distintos timbres, que el
oído reconoce porque sus parciales son distintos.
Un par de tonos con la misma intensidad y
distintos armónicos generan distintos timbre para
el mismo sonido musical. http//www.racine.ra.it/u
ngaretti/labscie/musica.htmtimbro
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SONIDO Y AUDICION
EL OIDO HUMANO El mecanismo de audición humana
es esencialmente un transductor electroacústico
altamente sensible que responde a ondas sonoras
de un amplio alcance de frecuencias, intensidades
y formas de onda. Éste transforma las
fluctuaciones de presión acústica en pulsos en el
nervio auditivo. Estos pulsos son llevados al
cerebro, el cual los interpreta e identifica, y
los convierte en sensaciones la percepción del
sonido.