Sonido

Ondas transversales, onda longitudinal. Ultrasonidos. Tono, intensidad y timbre. Frecuencia y amplitud. Eco. Reverberación. Resonancia. Decibelio

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-EL SONIDO-

El sonido es la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento de los cuerpos, transmitidos por un medio material. En los seres humanos, esto ocurre siempre que una vibración con frecuencia comprendida entre unos 15 y 20000 Hz llega al oído interno. Estas vibraciones llegan al oído interno transmitidas a través del aire, y a veces se restringe el término sonido a la transmisión en este medio. Sin embargo, en la física de hoy día se suele extender el término a vibraciones similares en medios líquidos o sólidos. Los sonidos con frecuencias superiores a unos 20000 Hz se denominan ULTRASONIDOS.

En general, las ondas pueden propagarse de forma transversal o longitudinal. En ambos casos, sólo la energía y la cantidad de movimiento del movimiento ondulatorio se propagan en el medio; ninguna parte del propio medio se mueve físicamente a una gran distancia. Si tiramos una piedra a un estanque, una serie de ondas transversales se propagan desde el punto de impacto. En cambio, una onda de sonido es una onda longitudinal. A medida que la energía del movimiento ondulatorio se propaga alejándose del centro de la perturbación, las moléculas de aire individuales que transmiten el sonido se mueven hacia delante y hacia atrás, de forma paralela a la dirección del movimiento ondulatorio. Por tanto, una onda de sonido es una serie de compresiones y enrarecimientos sucesivos del aire. Cada molécula individual transmite la energía a las moléculas vecinas, pero una vez que pasa la onda de sonido, las moléculas permanecen más o menos en la misma posición.

El sonido también se ve afectado por la reflexión, y cumple la ley fundamental de que el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión.

Los sonidos cumplen la propiedad de no modificarse cuando se superponen; puede darse el caso incluso de que se refuercen si se encuentran en un punto e instante. Lo que parece menos probable es que dos sonidos, al superponerse, se destruyan. Hay que tener en cuenta que para que se puedan destruir las dos ondas han de ser exactamente iguales y ser de signo contrario al punto e instante en que se encuentren, situación muy difícil con un sonido complejo

-CUALIDADES-

Cualquier sonido sencillo puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: TONO, INTENSIDAD Y TIMBRE, que corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la forma de onda.

  • Frecuencia.

La FRECUENCIA es el número de oscilaciones producidas en un segundo. Existen distintos métodos para producir sonidos de una frecuencia deseada. Por ejemplo, un sonido de 440 Hz puede crearse alimentando un altavoz con un oscilador sintonizado a esa frecuencia. Los sonidos de un altavoz y una sirena de la misma frecuencia tendrán un timbre muy diferente, pero su tono será el mismo.

Una ley fundamental de la armonía afirma que dos notas separadas por una octava (intervalo entre dos notas cuyas frecuencias tienen una relación de uno a dos) producen una combinación eufónica cuando suenan simultáneamente.

  • Amplitud.

La amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las moléculas de aire en la onda, que corresponde a la intensidad del encarecimiento y compresión que la acompañan. Cuanto mayor es la amplitud de la onda, más intensamente golpean las moléculas el tímpano y más fuerte es el sonido percibido. La amplitud de un onda de sonido puede expresarse en unidades absolutas midiendo la distancia de desplazamiento de las moléculas del aire, o la deferencia de presiones entre la compresión y el enrarecimiento, o la energía transportada.

  • Intensidad.

La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el lujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido.

  • Timbre.

El timbre de un sonido es la cualidad que permite distinguir en notas del mismo tono, el instrumento y aún la forma de emisión. También nos permite distinguir ente dos sonidos de la misma intensidad y altura.

Debido a las propiedades acústicas del oído y las propiedades de resonancia de su membrana vibrante, es dudoso que un tono puro llegue al mecanismo interno del oído sin sufrir cambios.

-ECO-

Las ondas sonoras sufren una reflexión parcial al chocar con la superficie de un medio cualquiera de distinta densidad a la del medio en que se propagaban. Esta es la causa de una pérdida de energía vibrante y en, consecuencia de amplitud; al disminuir ésta, la intensidad del sonido se hace menor. Las reflexiones sucesivas del sonido en capas atmosféricas de densidad diversa hacen que se amortigüe y se limite extraordinariamente su radio de percepción.

Al reflejarse el sonido en un sólido, por ejemplo un muro, la energía de la onda reflejada es la misma que la incidente y la pérdida de intensidad es la que corresponde al aumento de distancia.

Cuando la onda incidente y la reflejada impresionan el oído del mismo observador con intermitencia suficiente para la percepción de los dos sonidos, se produce el fenómeno llamado ECO.

El intervalo de tiempo mínimo para que nuestro oído perciba dos sílaba distintamente es 0`1 segundos. Si consideramos como velocidad del sonido a la temperatura de 20ºC uno 340 m/s el espacio que debe recorrer la onda en su ida y vuelta del oído al obstáculo es: s = 0`1 x 340 = 34m.

La distancia mínima entre el oído y la superficie reflectora debe ser alrededor de 17 m. para que se produzca eco.

El eco puede presentarse como un problema cuando se superponen los sonidos incidentes y los reflejados en las paredes dando una interferencia especial a la que se denomina reverberación, y, en consecuencia, se oye mal.

En la mitología griega, eco significa ninfa de la montaña. El dios supremo Zeus, la persuadió de entretener a su mujer, Hera, con una charla incesante, para que ésta no pudiese espiarlo. Irritada, Hera le quitó a Eco el poder de hablar, dejándole sólo la facultad de repetir la última sílaba de cada palabra que oyera. Un amor no correspondido por el bello Narciso, que amaba a su propia imagen reflejada, hizo que Eco languideciera hasta que sólo quedó de ella su voz.

-REVERBERACIÓN-

La reverberación es el fenómeno de sucesivas reflexiones del sonido en distintas superficies.

Al emitir un sonido e un local, se refleja en las paredes, suelo, techo y en todos los obstáculos que impiden su libre propagación. Si los obstáculos son buenos reflectores del sonido, éste persiste un largo tiempo dando ocasión a que sean percibidos por el auditorio varios sonidos a la vez, alterándose, así, la belleza musical de un concierto o haciéndose ininteligible un orador.

Se evita tal fenómeno por medio de cuerpos absorbentes del sonido, que, reflejándose en ellos, pierde un tanto por ciento determinado de su intensidad en cada reflexión.

El tiempo de reverberación es el que transcurre desde que cesa de producirse el sonido hasta que deja de ser perceptible. Este tiempo no debe ser demasiado largo, por los inconvenientes antes nombrados. Tampoco debe ser demasiado corto pues, entonces, en una gran sala de espectáculos, por ejemplo, no captaría los sonidos el auditorio entero. El tiempo de reverberación óptimo es de 1 a 2 segundos. En fábricas, talleres, etc., conviene, para evitar molestias auditivas, un tiempo de reverberación muy corto.

-RESONANCIA-

Cuando un cuerpo capaz de vibrar se somete a una fuerza periódica, del mismo período que su vibración característica, cuando el rozamiento es prácticamente nulo, vibra aumentando extraordinariamente la amplitud del movimiento, en las sucesiva actuaciones de la fuerza. A este fenómeno, general para todos los cuerpos vibrantes, se le llama RESONANCIA.

Si dos diapasones, capaces de emitir la misma nota, están próximos y hacemos vibrar a uno de ellos, el otro, espontáneamente, emite sonido. Es debido a que las vibraciones del primer diapasón (excitador) comunicadas al aire, hacen que éste azote periódicamente al segundo diapasón (resonador) el cual vibra con un aumento progresivo de amplitud.

Este fenómeno se aprovecha para efectuar el análisis de los sonidos. Como resonadores se emplean cuerpos huecos de latón de paredes delgadas y de forma cilíndrica o esférica, con dos orificios, uno de ellos, A, que recibe el sonido y el otro, B, donde se aplica el oído. Según sean sus dimensiones y el diámetro de A, el resonador puede vibrar emitiendo una determinada nota.

-EL DECIBELIO-

El decibelio es una unidad logarítmica que se define a partir de cierta intensidad física umbral, I0, de tal forma que el número de decibelios de un sonido de intensidad I es: nº dB =  10 log. (I/I0). En una vivienda tranquila, un medidor de sonido marcaría unos 38 dB; una conversación normal aumentaría el valor hasta unos 70 dB; una alarma antiaérea puede alcanzar unos 150 dB; un avión a reacción, unos 120 dB. Cuando la intensidad física de un sonido se duplica, la sensación sonora aumenta en unos 3 dB; cuando se cuadruplica, en unos 6 dB,... Los niveles de volumen, que dependen subjetivamente del oyente, se miden en unidades llamadas sonios y fonios.