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El Sonido Capitulo Nº2
El Sonido El Sonido permite que las personas nos comuniquemos. ¿cómo se produce el sonido? ¿de qué depende que algunos sonidos nos resulten agradables y otros nos parezcan simplemente ruidos molestos?
El Sonido: Un fenómeno Vibratorio El Sonido es una vibración que se transmite en forma de movimiento ondulatorio a través de la materia. Esto último hace que el sonido no puede propagarse en el vacío. Existen tres actores fundamentales: emisor o fuente sonora; medio y receptor.
El murciélago es un experto en el vuelo a ciegas; porque conoce cómo se producen, propagan y reflejan las ondas de sonido
Tipos de Sonido La detección del sonido depende de la frecuencia que este tenga. O Hz
20 Hz
20 KHz
infrasonido
sonido
ultrasonido
Tipos de Sonido Cualquiera sea la frecuencia que tenga, un sonido se caracteriza por ser una onda de tipo mecánica, longitudinal, donde el medio que vibra (gaseoso, líquido o sólido) lo hace por variaciones de presión.
Alta Presión
Baja Presión
Tipos de Sonido a) b) c) d) e) f)
Una onda sonora tiene : Longitud de onda Amplitud Compresión Rarefracción Periodo frecuencia
Tipos de Sonido Cuando una fuente emite sonido, ejerce presión sobre una capa del medio que lo rodea y esa capa ejerce presión sobre la capa que esta a continuación, hasta cierta distancia en que la variación de presión del medio se debilita.
Velocidad del Sonido La velocidad con que se propaga el sonido depende del material que sirva como medio de transporte. Cualquier modificación de las propiedades del material, como su temperatura o densidad, por ejemplo, hace variar la velocidad de propagación.
Velocidad del Sonido La velocidad del sonido en el aire seco a 0ºC es de 331 m/s (medición de la Academia de Ciencias de París, en 1882); por cada elevación de un grado de temperatura, la velocidad del sonido en el aire aumenta en 0,62 m/s. Los aviadores llaman mach a la velocidad del sonido en el aire.
Velocidad de sonido en diversos materiales Velocidad Gases Hidrógeno ( a 0ºC)
1286 m/s
Oxígeno ( a 0ºC)
317 m/s
Helio ( a 0ºC)
972 m/s
Líquido Agua (a 25ºC)
1493 m/s
Alcohol metílico (a 25ºC)
1493 m/s
Agua de Mar ( a 25ºC)
1533 m/s
Sólidos Aluminio ( a 25ºC)
5,100 km/s
Cobre ( a 25ºC)
3,560 km/s
Hierro ( a 25ºC)
5,130 km/s
Plomo ( a 25ºC)
1,322 km/s
Hule Vulcanizado ( a 25ºC)
54 km/s
Frecuencia del Sonido La frecuencia de un sonido es el número de pulsaciones o vibraciones o ciclos (variaciones de presión compuestas de una compresión y una rarefracción) que se producen en la unidad de tiempo .
1 f = T
Frecuencia del Sonido Los Sonidos fuertes se producen por grandes variaciones de presión. Los sonidos agudos, tales como los producidos por un silbato o una flauta, son de altas frecuencias y contienen miles de ciclos por segundo. Los sonidos graves, tales como los producidos por un trueno lejano o una tuba, son de bajas frecuencias y contienen pocos ciclos por segundo
Frecuencia La figura muestra cómo el nivel de presión sonora de un sonido de baja frecuencia se forma comparado con un sonido de alta frecuencia de la misma amplitud (intensidad).
El trueno y el relámpago ocurren simultáneamente, pero los captamos en diferentes tiempos debido a que el relámpago es un destello luminoso que viaja a la velocidad de la luz (3 x108 m/s) y el trueno, por ser un sonido en el aire es de aproximadamente 340 m/s.
Reflexión del Sonido Cuando una onda se propaga en un medio con cierta densidad y en su camino de propagación se encuentra con otro medio mucho más denso (para el tipo de onda), puede ocurrir que la onda "rebote". En ese caso, decimos que la onda se refleja.
x¡ es el ángulo de incidencia Xr es el ángulo de reflexión
Una de las propiedades características de los sonidos es la reflexión, que algunas veces llamamos “eco”
El eco se produce cuando un sonido se refleja en un medio más denso, una pared, por ejemplo, y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundo respecto del sonido que recibe directamente de la fuente sonora. Por lo tanto, la persona que recibe el eco de un sonido escuchará dicho sonido dos veces: el que proviene de la fuente sonora y el del eco.
Refracción del Sonido Cuando una onda pasa de un medio a otro, en la mayoría de los casos cambia la dirección de propagación. Si el ángulo de incidencia es 0°, la onda incidente tiene la dirección de la normal y al pasar al otro medio lo hace en la misma dirección. Cuando el ángulo es distinto de cero; se produce la refracción de la onda sonora.
Aire caliente
El aire caliente propaga mas rápido el sonido, la velocidad de la parte de la onda sonora que pasa de una zona más fría a la capa caliente viajará más rápido.
Aire Frío
Si hace frío, las capas de aire cerca del suelo están mas frías que las superiores, el sonido se desvía hacia abajo
La refracción del sonido que se produce entre capas de aire a diferentes temperaturas no es brusca, sino gradual.
Absorción del Sonido Una de las cualidades más importantes de la física es la de ser capaz de predecir fenómenos. Si los que construyen una sala conocen los materiales que usarán y sus respectivos coeficientes de absorción del sonido, entonces podrán predecir cómo se comportarán para cada valor de frecuencia de sonido que allí se emita
Coeficiente de absorción de algunos materiales Material
Coeficiente de absorción
Ladrillo sin pintar
0.03
Ladrillo pintado
0.017
Madera terciada
0.3
Piso de madera
0.11
Cortinas de la tela delgada
0.11
Cortinas de tela mediana
0.13
Cortinas gruesas
0.5
Alfombra gruesa
0.06
Vidrio
0.2
Butaca sin ocupar
0.4
Butaca ocupada
0.2
Silla de madera
0.03
Yeso
0.025
Difracción del Sonido Cuando las ondas se propagan y se encuentran con una abertura, se produce el fenómeno de la difracción que permite que se desvíen a través de ella y pasen de un sector de un medio a otro sector. La abertura se comporta como un nuevo origen de la onda
Las ondas no sólo se difractan cuando pasan por una abertura, también lo hacen cada vez que encuentran un obstáculo con bordes.
Interferencia del Sonido Cuando ocurre interferencia de dos o más ondas sonoras en forma simultánea puede producirse una interferencia constructiva o una destructiva. También ocurre en una interferencia de ondas sonoras un fenómeno denominado enmascaramiento
Interferencia constructiva de dos pulsos iguales. Un antitodo es un punto de máximo desplazamiento.
Interferencia destructiva de dos pulsos iguales. Un nodo es un punto en el medio que permanece sin perturbarse.
Enmascaramiento El enmascaramiento ocurre cuando dos sonidos -uno fuerte y uno suave se interfieren entre sí. El sonido más fuerte hace difícil que se escuche el más suave. Esto sucede, por ejemplo, en una sala de clases que se encuentra cercana a la calle. Cuando se produce un sonido fuerte -de tráfico de vehículos o de voces mientras el profesor está hablando, no se puede oír con claridad lo que está diciendo.
Pulsaciones La pulsación se produce cuando dos sonidos de frecuencias ligeramente diferentes se interfieren. Si ello ocurre, se oirá una secuencia de sonidos fuertes y débiles en forma periódica. En algunos momentos habrá superposición constructiva y en otras, destructiva. La frecuencia de pulsación se determina por la diferencia matemática entre las frecuencias de los sonidos que se interfieren. Cuando la frecuencia de pulsación supera los 10 Hz. el oído humano no la detecta, pues es demasiado rápida como para ser percibida
Intensidad del Sonido La amplitud de una onda es la distancia que hay entre el máximo de oscilación y la línea de equilibrio de la onda . Desde el punto de vista musical, a la amplitud se le denomina intensidad de la onda sonora. la intensidad sonora es una cantidad física que se define como la energía sonora que transporta una onda por unidad de tiempo a través de una unidad de área.
Intensidad del Sonido
La posibilidad de que un sonido se escucha “fuerte”, depende de la amplitud que tenga la onda sonora que se emite.
Intensidad La intensidad de un sonido se refiere a la amplitud del sonido y se mide en dB SPL (decibelios de nivel de presión sonora) o en dB IL (decibelios de nivel de intensidad).
Intensidad Cuanto mayor sea la amplitud, mayor serán los dB SPL, y más fuerte será el sonido (por ejemplo, el zumbido de un avión comparado con el sonido de una respiración suave). El sonido más suave (el umbral de audición) que un oído normal puede percibir, se encuentra alrededor de los 0 dB SPL. El sonido más fuerte que puede tolerar (umbral de inconfort) se encuentra entre 120-140 dB SPL
Timbre del Sonido Cuando escuchamos dos sonidos de una misma intensidad, nuestro oído nos permite distinguirlos según su procedencia. Esto se denomina timbre del sonido. El timbre está formado por un conjunto de frecuencias de alturas sonoras fijas (formantes). Se puede decir que el timbre lo forma la frecuencia fundamental del sonido (onda sonora con un solo antinodo, o bien con dos nodos, uno a cada extremo de la onda) más su composición armónica.
Se puede distinguir el sonido de un violín del de una guitarra debido a sus respectivos timbres
Resonancia Se llama frecuencia natural al sonido característico de un objeto cuando vibra. La frecuencia natural depende de factores tales como la elasticidad y la forma del objeto. Dos objetos diferentes, por lo general, emiten sonidos distintos cuando vibran.
Resonancia Cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas que se generan en un objeto coincide con la frecuencia del mismo, se produce un aumento notable en el volumen del sonido que emiten. Este fenómeno se denomina resonancia.
El violín, al igual que cualquier instrumento de cuerda es una compleja estructura resonante
Efecto Doppler Un sonido de frecuencia (f) que se propaga desde un foco emisor “F” hasta un receptor ·”R” a través de un eje “x”. El receptor percibirá un sonido de frecuencia igual al emitido por “F” unicamente en el caso en que ambos se encuetren en reposo. Si uno de los dos o ambos se desplazan con cualquier tipo de movimiento se produce una variación de la frecuencia que se conoce como “Efecto Doppler-Fizeau”.
Un observador situado delante de la ambulancia recibirá más frentes de onda por segundo, por lo que para él el sonido tendrá un tono mayor (sonido más agudo)
Un observador detrás de la ambulancia Le llegarán menos frente de onda por segundo, lo que le hará escuchar un sonido de tono menor (sonido mas grave)
Cuando un vehículo viaja
más rápido que el sonido, con velocidad supersónica, tras el vehículo se genera una envolvente de ondas sonoras denominada cono de mach. Al exterior del cono se genera una zona donde no hay sonido. Cuando la envolvente llega a un observador, éste escuchará una explosión
Cono de mach; a es la amplitud; c son las crestas; v es la velocidad del móvil supersónico.