El SonidoEl Sonido

Capitulo Capitulo Nº2Nº2

El SonidoEl Sonido

El Sonido permite que las personas nos El Sonido permite que las personas nos comuniquemos.comuniquemos.¿cómo se produce el sonido?¿cómo se produce el sonido?¿de qué depende que algunos sonidos ¿de qué depende que algunos sonidos nos resulten agradables y otros nos nos resulten agradables y otros nos parezcan simplemente ruidos molestos?parezcan simplemente ruidos molestos?

El Sonido: Un fenómeno VibratorioEl Sonido: Un fenómeno Vibratorio

El Sonido es una El Sonido es una vibraciónvibración que se que se transmite en forma de movimiento transmite en forma de movimiento ondulatorio a través de la materia.ondulatorio a través de la materia.Esto último hace que el sonido no puede Esto último hace que el sonido no puede propagarse en el vacío.propagarse en el vacío.Existen tres actores fundamentales: Existen tres actores fundamentales: emisor o fuente sonoraemisor o fuente sonora; ; mediomedio y y receptorreceptor..

El murciélago es un experto en el vuelo a ciegas; porque conoce cómo seproducen, propagan y reflejan las ondas de sonido

Tipos de SonidoTipos de Sonido

La detección del sonido depende de la La detección del sonido depende de la frecuencia que este tenga.frecuencia que este tenga.

O Hz 20 Hz 20 KHz

infrasonido sonido ultrasonido

Tipos de SonidoTipos de Sonido

Cualquiera sea la frecuencia que tenga, Cualquiera sea la frecuencia que tenga, un sonido se caracteriza por ser una onda un sonido se caracteriza por ser una onda de tipo de tipo mecánicamecánica, , longitudinallongitudinal, donde el , donde el medio que vibra (gaseoso, líquido o medio que vibra (gaseoso, líquido o sólido) lo hace por variaciones de presión.sólido) lo hace por variaciones de presión.

Alta Presión Baja Presión

Tipos de SonidoTipos de Sonido

Una onda sonora tiene :Una onda sonora tiene :a)a) Longitud de ondaLongitud de ondab)b) AmplitudAmplitudc)c) CompresiónCompresiónd)d) RarefracciónRarefraccióne)e) PeriodoPeriodof)f) frecuenciafrecuencia

Tipos de SonidoTipos de Sonido

Cuando una fuente emite sonido, ejerce Cuando una fuente emite sonido, ejerce presión sobre una capa del medio que lo presión sobre una capa del medio que lo rodea y esa capa ejerce presión sobre la rodea y esa capa ejerce presión sobre la capa que esta a continuación, hasta cierta capa que esta a continuación, hasta cierta distancia en que la variación de presión distancia en que la variación de presión del medio se debilita.del medio se debilita.

Velocidad del SonidoVelocidad del Sonido

La velocidad con que se propaga el La velocidad con que se propaga el sonido depende del material que sirva sonido depende del material que sirva como medio de transporte. Cualquier como medio de transporte. Cualquier modificación de las propiedades del modificación de las propiedades del material, como su temperatura o material, como su temperatura o densidad, por ejemplo, hace variar la densidad, por ejemplo, hace variar la velocidad de propagación.velocidad de propagación.

Velocidad del SonidoVelocidad del Sonido

La velocidad del sonido en el aire seco a La velocidad del sonido en el aire seco a 00ºCºC es de 331 m/s (medición de la es de 331 m/s (medición de la Academia de Ciencias de París, en 1882); Academia de Ciencias de París, en 1882); por cada elevación de un grado de por cada elevación de un grado de temperatura, la velocidad del sonido en el temperatura, la velocidad del sonido en el aire aumenta en 0,62 m/s. Los aviadores aire aumenta en 0,62 m/s. Los aviadores llaman mach a la velocidad del sonido en llaman mach a la velocidad del sonido en el aire.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 SonidoFrecuencia del Sonido

La frecuencia de un sonido es el número de La frecuencia de un sonido es el número de pulsaciones o vibraciones o ciclos (variaciones pulsaciones o vibraciones o ciclos (variaciones de presión compuestas de una compresión y de presión compuestas de una compresión y una una rarefracciónrarefracción) que se producen en la unidad ) que se producen en la unidad de tiempode tiempo ..

Tf 1=

Frecuencia del SonidoFrecuencia del SonidoLos Sonidos fuertes se producen por grandes Los Sonidos fuertes se producen por grandes variaciones de presión.variaciones de presión.Los sonidos agudos, tales como los producidos Los sonidos agudos, tales como los producidos por un silbato o una flauta, son de altas por un silbato o una flauta, son de altas frecuencias y contienen miles de ciclos por frecuencias y contienen miles de ciclos por segundosegundo..Los sonidos graves, tales como los producidos Los sonidos graves, tales como los producidos por un trueno lejano o una tuba, son de bajas por un trueno lejano o una tuba, son de bajas frecuencias y contienen pocos ciclos por frecuencias y contienen pocos ciclos por segundosegundo

FrecuenciaFrecuencia

La figura muestra La figura muestra cómo el nivel de cómo el nivel de presión sonora de un presión sonora de un sonido de baja sonido de baja frecuencia se forma frecuencia se forma comparado con un comparado con un sonido de alta sonido de alta frecuencia de la frecuencia de la misma amplitud misma amplitud (intensidad).(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 SonidoReflexión del Sonido

Cuando una onda se propaga en un Cuando una onda se propaga en un medio con cierta densidad y en su camino medio con cierta densidad y en su camino de propagación se encuentra con otro de propagación se encuentra con otro medio mucho más denso (para el tipo de medio mucho más denso (para el tipo de onda), puede ocurrir que la onda "rebote". onda), puede ocurrir que la onda "rebote". En ese caso, decimos que la onda se En ese caso, decimos que la onda se reflejarefleja..

x¡ es el ángulo de incidenciaXr 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 El eco se produce cuando un sonido se refleja en un medio más denso, una refleja en un medio más denso, una pared, por ejemplo, y llega al oído de una pared, por ejemplo, y llega al oído de una persona con una diferencia de tiempo persona con una diferencia de tiempo igual o superior a 0,1 segundo respecto igual o superior a 0,1 segundo respecto del sonido que recibe directamente de la del sonido que recibe directamente de la fuente sonora.fuente sonora.Por lo tanto, la persona que recibe el eco Por lo tanto, la persona que recibe el eco de un sonido escuchará dicho sonido dos de un sonido escuchará dicho sonido dos veces: el que proviene de la fuente sonora veces: el que proviene de la fuente sonora y el del eco.y el del eco.

Refracción del SonidoRefracción del Sonido

Cuando una onda pasa de un medio a Cuando una onda pasa de un medio a otro, en la mayoría de los casos cambia la otro, en la mayoría de los casos cambia la dirección de propagación. Sidirección de propagación. Siel ángulo de incidencia es 0°, la onda el ángulo de incidencia es 0°, la onda incidente tiene la dirección de la normal y incidente tiene la dirección de la normal y al pasar al otro medio lo hace en la misma al pasar al otro medio lo hace en la misma dirección.dirección.Cuando el ángulo es distinto de cero; se Cuando el ángulo es distinto de cero; se produce la refracción de la onda sonora.produce la refracción de la onda sonora.

Aire FríoAire caliente

El aire caliente propaga mas rápidoel sonido, la velocidad de la parte dela onda sonora que pasa de una zonamás fría a la capa caliente viajará másrápido.

Si hace frío, las capas de aire cerca delsuelo están mas frías que las superiores,el sonido se desvía hacia abajo

La refracción del sonido que se produce entre capas de aire a diferentestemperaturas no es brusca, sino gradual.

Absorción del SonidoAbsorción 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 SonidoDifracción del Sonido

Cuando las ondas se propagan y se Cuando las ondas se propagan y se encuentran con una abertura, se produce encuentran con una abertura, se produce el fenómeno de la difracción que permite el fenómeno de la difracción que permite que se desvíen a través de ella y pasen que se desvíen a través de ella y pasen de un sector de un medio a otro sector. La de un sector de un medio a otro sector. La abertura se comporta como un nuevo abertura se comporta como un nuevo origen de la ondaorigen 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 SonidoInterferencia del Sonido

Cuando ocurre interferencia de dos o más Cuando ocurre interferencia de dos o más ondas sonoras en forma simultánea puede ondas sonoras en forma simultánea puede producirse una interferencia constructiva o producirse una interferencia constructiva o una destructiva. También ocurre en una una destructiva. También ocurre en una interferencia de ondas sonoras un interferencia de ondas sonoras un fenómeno denominado enmascaramientofenómeno 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.

EnmascaramientoEnmascaramiento

El enmascaramiento ocurre cuando dos sonidos El enmascaramiento ocurre cuando dos sonidos --uno fuerte y uno suave se interfieren entre sí. uno fuerte y uno suave se interfieren entre sí. El sonido más fuerte hace difícil que se escuche El sonido más fuerte hace difícil que se escuche el más suave.el más suave.Esto sucede, por ejemplo, en una sala de clases Esto sucede, por ejemplo, en una sala de clases que se encuentra cercana a la calle. Cuando se que se encuentra cercana a la calle. Cuando se produce un sonido fuerte produce un sonido fuerte --de tráfico de de tráfico de vehículos o de voces mientras el profesor está vehículos o de voces mientras el profesor está hablando, no se puedehablando, no se puedeoír con claridad lo que está diciendo.oír con claridad lo que está diciendo.

PulsacionesPulsacionesLa 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 habrásuperposición 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 SonidoIntensidad del Sonido

La amplitud de una onda es la distancia que hay La amplitud de una onda es la distancia que hay entre el máximo de oscilación y la línea de entre el máximo de oscilación y la línea de equilibrio de la ondaequilibrio de la onda ..Desde el punto de vista musical, a la amplitud Desde el punto de vista musical, a la amplitud se le denominase le denomina intensidadintensidad de la onda sonora.de la onda sonora.la intensidad sonora es una cantidad física que la intensidad sonora es una cantidad física que se define como la energía sonora que transporta se define como la energía sonora que transporta una onda por unidad de tiempo a través de una una onda por unidad de tiempo a través de una unidad de área.unidad de área.

Intensidad del SonidoIntensidad del Sonido

La posibilidad de que un sonido se escucha “fuerte”, depende de la amplitud que tenga la onda sonora que se emite.

IntensidadIntensidadLa intensidad de La intensidad de un sonido se un sonido se refiere a la refiere a la amplitud del amplitud del sonido y se mide sonido y se mide en en dBdB SPL SPL (decibelios de (decibelios de nivel de presión nivel de presión sonora) o en sonora) o en dBdBIL (decibelios de IL (decibelios de nivel de nivel de intensidad). intensidad).

IntensidadIntensidadCuanto mayor sea la amplitud, mayor Cuanto mayor sea la amplitud, mayor serán los serán los dBdB SPL, y más fuerte será el SPL, y más fuerte será el sonido (por ejemplo, el zumbido de un sonido (por ejemplo, el zumbido de un avión comparado con el sonido de una avión comparado con el sonido de una respiración suave).respiración suave).El sonido más suave (el umbral de El sonido más suave (el umbral de audición) que un oído normal puede audición) que un oído normal puede percibir, se encuentra alrededor de los 0 percibir, se encuentra alrededor de los 0 dBdB SPL. El sonido más fuerte que puede SPL. El sonido más fuerte que puede tolerar (umbral de tolerar (umbral de inconfortinconfort) se encuentra ) se encuentra entre 120entre 120--140 140 dBdB SPLSPL

Timbre del SonidoTimbre del SonidoCuando escuchamos dos sonidos de una misma Cuando escuchamos dos sonidos de una misma intensidad, nuestro oído nos permite intensidad, nuestro oído nos permite distinguirlos según su procedencia. Esto se distinguirlos según su procedencia. Esto se denominadenomina timbretimbre del sonido.del sonido.El timbre está formado por un conjunto de El timbre está formado por un conjunto de frecuencias de alturas sonoras fijas (formantes). frecuencias de alturas sonoras fijas (formantes). Se puede decir que el timbre lo forma la Se puede decir que el timbre lo forma la frecuencia fundamental del sonido (onda sonora frecuencia fundamental del sonido (onda sonora con un solo con un solo antinodoantinodo, o bien con dos nodos, uno , o bien con dos nodos, uno a cada extremo de la onda) más su composición a cada extremo de la onda) más su composición armónica.armónica.

Se puede distinguir el sonido de un violín del de una guitarra debido a sus respectivos timbres

ResonanciaResonancia

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.

ResonanciaResonancia

Cuando la frecuencia de las vibraciones forzadas que se generanen un objeto coincide con la frecuencia del mismo, se produce unaumento notable en el volumen del sonido que emiten. Este fenómeno se denominaresonancia.

El violín, al igual que cualquier instrumento de cuerda es una compleja estructura resonante

Efecto Efecto DopplerDopplerUn sonido de frecuencia (f) que se propaga Un sonido de frecuencia (f) que se propaga desde un foco emisor “F” hasta un receptor ·”R” desde un foco emisor “F” hasta un receptor ·”R” a través de un eje “x”.a través de un eje “x”.El receptor percibirá un sonido de frecuencia El receptor percibirá un sonido de frecuencia igual al emitido por “F” unicamente en el caso igual al emitido por “F” unicamente en el caso en que ambos se encuetren en reposo.en que ambos se encuetren en reposo.Si uno de los dos o ambos se desplazan con Si uno de los dos o ambos se desplazan con cualquier tipo de movimiento se produce una cualquier tipo de movimiento se produce una variación de la frecuencia que se conoce como variación de la frecuencia que se conoce como “Efecto Doppler“Efecto Doppler--FizeauFizeau”.”.

Un observador detrás de la ambulanciaLe llegarán menos frente de onda por segundo, lo que le hará escuchar un sonido de tono menor (sonido mas grave)

Un observador situado delante de laambulancia recibirá más frentes de ondapor segundo, por lo que para él el sonidotendrá un tono mayor (sonido más agudo)

Cuando un vehículo viaja Cuando un vehículo viaja más rápido que el sonido, más rápido que el sonido, con velocidad con velocidad supersónica, tras el supersónica, tras el vehículo se genera unavehículo se genera unaenvolventeenvolvente de ondas de ondas sonoras denominadasonoras denominadacono de mach.cono de mach. Al Al exterior del cono se exterior del cono se genera unagenera unazona donde no hay zona donde no hay sonido. Cuando la sonido. Cuando la envolvente llega a un envolvente llega a un observador, éste observador, éste escuchará una explosiónescuchará una explosión

Cono de mach; a es la amplitud; c son las crestas; v es la velocidad del móvil supersónico.