El Sonido - MoNKiPeDia

El Sonido
Capitulo Nº2
El Sonido
ƒ El Sonido permite que las personas nos
comuniquemos.
ƒ ¿cómo se produce el sonido?
ƒ ¿de qué depende que algunos sonidos
nos resulten agradables y otros nos
parezcan simplemente ruidos molestos?
El Sonido: Un fenómeno Vibratorio
ƒ El Sonido es una vibración que se
transmite en forma de movimiento
ondulatorio a través de la materia.
ƒ Esto último hace que el sonido no puede
propagarse en el vacío.
ƒ 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
ƒ La detección del sonido depende de la
frecuencia que este tenga.
O Hz
20 Hz
20 KHz
infrasonido
sonido
ultrasonido
Tipos de Sonido
ƒ 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
ƒ
a)
b)
c)
d)
e)
f)
Una onda sonora tiene :
Longitud de onda
Amplitud
Compresión
Rarefracción
Periodo
frecuencia
Tipos de Sonido
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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
ƒ Los Sonidos fuertes se producen por grandes
variaciones de presión.
ƒ Los sonidos agudos, tales como los producidos
por un silbato o una flauta, son de altas
frecuencias y contienen miles de ciclos por
segundo.
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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”
ƒ 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.
ƒ 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
ƒ 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.
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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.
ƒ 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
ƒ 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.
ƒ 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
ƒ La amplitud de una onda es la distancia que hay
entre el máximo de oscilación y la línea de
equilibrio de la onda .
ƒ Desde el punto de vista musical, a la amplitud
se le denomina intensidad de la onda sonora.
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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).
ƒ 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
ƒ Cuando escuchamos dos sonidos de una misma
intensidad, nuestro oído nos permite
distinguirlos según su procedencia. Esto se
denomina timbre del sonido.
ƒ 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
ƒ 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
ƒ 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
ƒ Un sonido de frecuencia (f) que se propaga
desde un foco emisor “F” hasta un receptor ·”R”
a través de un eje “x”.
ƒ El receptor percibirá un sonido de frecuencia
igual al emitido por “F” unicamente en el caso
en que ambos se encuetren en reposo.
ƒ 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)
ƒ 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.