Download tercera parte (826692)

Tercera parte: fenómenós acústicós
Física acústica
La acústica es la rama de la física que estudia todos los fenómenos físicos que están
vinculados a la generación, propagación y detección de ondas mecánicas que se
escuchan en una banda de frecuencias, que se hacen llamar las ondas sonoras.
Por lo general, encontramos que las ondas sonoras se propagan en medios líquidos y
gaseosos en la forma longitudinal, sin embargo se puede propagar a través de entornos
en los que la cohesión molecular es elevada, como ocurre en los sólidos.
Ondas mecánicas no se propagan en el vacío. El rango de frecuencias mencionado
anteriormente se encuentra entre 20 Hz a 20.000 Hz, y es sólo dentro de este rango de
frecuencias que las terminaciones nerviosas dentro de nuestros oídos resuenan y
transmiten pequeños impulsos eléctricos a través de la sensación de sonido a su cerebro.
Sin embargo, otros animales cuya percepción del sonido es más aguda que en los seres
humanos, como los gatos, animales que pueden percibir sonidos de hasta 50000Hz, o
murciélagos, cuya capacidad auditiva se extiende a cerca de 120000Hz. El sonido es
una sensación que nos puede dar placer o dolor y otros sentimientos entonces. En el caso
de la música, dependiendo de cómo se presenta, puede hacer que el oyente se encuentre
en un ambiente relajado con tensión o dolor.
Los fenómenos asociados con la música han sido estudiados por los grandes
compositores de nuestra sociedad, que han logrado resultados impresionantes cuando se
trata de transmitir una cierta sensación a los oyentes. En el este el estudio relacionado
con la música es aún más profundo, especialmente en la India, el uso de microtonos,
tonos musicales que son intermedios entre los tonos de una escala musical occidental
normal, dan al oyente sensaciones diferentes, y fueron utilizados con fines terapéuticos.
Suena como el heavy metal y otros estilos de música de rock pesado, porque se juegan
generalmente a un volumen elevado, proporcionan la dilatación de la pupila y la continua
inyección de adrenalina en el cuerpo del oyente.
La acústica también está examinando los niveles de intensidad del sonido, que están
relacionados con la energía transmitida por ondas de sonido. Aquí nos encontramos con
el concepto de decibelios, que es la unidad de volumen. Los físicos que estudian la
acústica, también tienen mucho trabajo para desarrollar salas de conciertos musicales,
salas de aula que requieren un determinado material y la geometría de las proporciones
exactas para permitir que el alcance audible en todas las partes del teatro y también en
salas que permiten un mínimo de reverberación.
También existen proyectos encaminados a reducir el ruido de maquinaria pesada, lo que
permite la aproximación de los trabajadores, sin riesgo de daños a la audición. La acústica
también estudia el infrasonido, que son ondas cuyas frecuencias son inferiores a 20 Hz, y
el ultrasonido, que son frecuencias mayores a 20000Hz.
El infrasonido es por lo general vinculado a los tsunamis, terremotos y avalanchas, pues
están relacionados a las enfermedades causadas por los vehículos de motor. Los
ultrasonidos son también ampliamente utilizados por los humanos de hoy, ya sea a través
de las aplicaciones médicas (ultrasonido), las aplicaciones en la industria (limpieza de las
piezas y la ubicación de las escuelas), o incluso silbatos para perros.
Esquema del oído externo
El oído externo actúa como una
antena acústica: el pabellón
auditivo (asociado al volumen
craneal) difracta las ondas, el
conducto auditivo externo y la
concha juegan el papel de un
resonador.
El tímpano es la terminación
acústica del oído externo.
Función de transferencia del oído externo
La amplitud y la fase de las ondas
acústicas se modifican cuando se
propagan del medio externo al
tímpano. Estas modificaciones, que son
específicos de cada frecuencia y de
cada ángulo de incidencia de las ondas
sonoras, caracterizan la función de
transferencia del oído externo.
Ex. Para este tono puro, la función de
transferencia entre la entrada (curva
azul) y la salida (curva roja) de la señal
es de + 6 dB para la amplitud (x2) y - p /
2 de fase (retraso de 90° o 1 / 4
período).
Ganancia acústica
Efecto del pabellón auditivo (p, verde)
y del conducto auditivo externo (c,
azul) sobre la amplitud de la vibración
sonora (ganancia acústica) para el
azimut a 45 ° en el plano horizontal. A
los 3 kHz, la suma acumulada (t, rojo)
de estas ganancias corresponde a 20
dB (= amplitud de la señal de entrada
x10).
Papel del oído externo en la localización del sonido
Consecuencia de la función de
transferencia: para una determinada
fuente del entorno externo, existen
diferencias de nivel (ver encima) entre
cada oído (para frecuencias superiores
a 500 Hz), o fase (tiempo de llegada de
la onda sonora) (véase debajo).
La diferencia de tiempo máximo de
llegada entre los dos oídos es de 760
microsegundos (para la incidencia
representada en la figura).
Sin embargo, se puede localizar una fuente sonora ubicada delante de la cabeza con una precisión
de 1 a 2 grados, lo que corresponde a una diferencia de tiempo de llegada de sólo 13
microsegundos. ¡Esto significa que las neuronas que se ocupan de esta información son sensibles a
estas micro-diferencias!
EL ECO
Cuando una onda sonora choca contra una superficie sólida compacta, esta rebota y vuelve al
medio del cual proviene, lo cual se debe al fenómeno de la reflexión del sonido.
LA REVERBERACIÓN
Este fenómeno se debe al alargamiento de los sonidos, en habitaciones que permiten sucesivas
reflexiones de la onda en las paredes que la componen. Produciéndose de esta forma, múltiples
ecos, conocidos también como reverberación de la onda.
LA ABSORCIÓN
Hay superficies blandas que tienen la capacidad de amortiguar las ondas sonoras, estos materiales
son útiles para la construcción de salas de música, pues absorben los sonidos e impiden el rebote
de la onda. La onda se refleja más fácilmente en paredes o techos de concreto y se absorbe en
madera, alfombras o cortinas.
LA AUDICIÓN
El sonido es un movimiento oscilatorio que consiste en ondas de compresión y descompresión
alternativa de las moléculas de aire. Esto se representa de forma convencional por una línea
ondulada, que representa el aumento y disminución de presión.
Un sonido viene caracterizado por tres parámetros: intensidad, tono y timbre.
La intensidad depende de la amplitud de la onda, es decir, del aumento de la presión en cada
onda. Cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la intensidad del sonido que se percibe
subjetivamente.
El tono depende de la frecuencia de la onda, es decir, del número de oscilaciones por segundo.
Cuando mayor sea la frecuencia, el sonido se percibe como más agudo.
Los sonidos que se producen en la naturaleza no están formados por una onda simple, sino por
mezclas de varias ondas. Normalmente existe una onda mayor y de frecuencia más baja
(fundamental) a la que se superponen ondas más pequeñas y de mayor frecuencia (armónicos).
Los armónicos determinan el timbre, que es la característica que distingue dos sonidos con el
mismo tono. Por ejemplo el sonido de una flauta es distinto que el de una trompeta, aunque estén
tocando la misma nota, porque tienen distintos armónicos (en la flauta, los armónicos son
pequeños en comparación con la fundamental mientras que en la trompeta los armónicos son
mucho más marcados, por eso la flauta tiene un sonido suave, mientras que la trompeta tiene un
sonido estridente).
Las vibraciones del aire mueven el tímpano, estas vibraciones se transmiten por la cadena de
huesecillos hacia la perilinfa de la rampa vestibular. La cadena de huesecillos es necesaria por el
siguiente motivo: El líquido tiene más inercia que el aire, por lo que las vibraciones de las
moléculas del aire no tienen suficiente fuerza para mover las moléculas de la perilinfa. La cadena
de huesecillos recoge la fuerza de las vibraciones en el tímpano y la transmite a la ventana oval,
Como el tímpano tiene un área mucho mayor que la membrana oval, toda la presión recogida en
el tímpano se concentra en un área menor y esto multiplica la fuerza, que de esta manera sí puede
mover las moléculas del líquido. Así, las vibraciones del aire se transmiten a la perilinfa.
Cada vez que la cadena de huesecillos se mueve, el estribo presiona en la membrana oval, y
entonces aumenta la presión en la perilinfa de la escala vestibular. Este aumento de presión
desplaza la membrana basilar de la cóclea hacia abajo. De esta manera, las ondas de sonido
producen oscilaciones de la membrana basilar hacia arriba y hacia abajo, y esta oscilación se
propaga a lo largo del caracol. Esta onda en la membrana basilar es parecida a la que se produce
en una cuerda si cogemos un extremo y lo sacudimos hacia arriba y hacia abajo. Si la frecuencia
del sonido es alta (sonidos agudos) esta onda es más marcada en la base (cerca de la ventana oval)
y se amortigua al avanzar por el caracol hacia el ápice, en cambio si la frecuencia es baja (sonidos
graves) esta onda se va haciendo más marcada al avanzar por el caracol. El motivo es que la cerca
de la base del caracol la membrana basilar es estrecha y vibra más fácilmente a frecuencias altas,
igual que en un piano las cuerdas más cortas vibran a frecuencias más altas. Así, cada frecuencia
del sonido hace oscilar la membrana basilar de forma máxima en un punto del caracol, las
frecuencias agudas cerca de la base y las graves cerca del ápice.
Cuando en cada oscilación la membrana basal se mueve hacia arriba hace que la membrana
tectoria empuje los estereocilios de las células ciliadas hacia el quinocilio, con lo que estas células
se depolarizan. Cuando la membrana basal se mueve hacia abajo, los esterocilios se mueven en la
dirección contraria y las células ciliadas se hiperpolarizan.
Las células ciliadas internas tienen conexiones con las fibras aferentes del nervio auditivo, de
manera que cuando se depolarizan liberan neurotransmisor y estimulan las terminales del nervio
auditivo, que envía señales al sistema nervioso central.
Las células ciliadas externas no tienen conexiones con las terminales aferentes del nervio auditivo,
por lo que no participan directamente en el envío de señales, pero sirven para reforzar el
movimiento de la membrana basilar. Cuando la membrana basilar asciende, las células ciliadas
externas se depolarizan, esto produce contracción de estas células, que entonces tiran de la
membrana basilar hacia arriba, y aumentan el desplazamiento de esta membrana. Esto a su vez,
refuerza la estimulación de las células ciliadas internas, que envían más señales al sistema
nervioso central. Por eso, la lesión de las células ciliadas externas produce pérdida auditiva.
Los impulsos van por el nervio auditivo hacia el núcleo coclear, y de ahí a la oliva superior. En la
oliva superior es donde se produce la localización del sonido en el espacio, es decir, se determina
la dirección de la que proviene el sonido. Las frecuencias elevadas se dirigen a la parte lateral de la
oliva superior, y las frecuencias bajas hacia la parte medial de la oliva superior.
Los sonidos agudos se localizan comparando las intensidades recibidas en los dos oídos. Los
sonidos agudos se propagan en línea recta, por eso un sonido agudo que viene del lado derecho
estimula más el oído derecho que el izquierdo, porque el obstáculo de la cabeza amortigua el
sonido en el lado izquierdo.
El núcleo coclear tiene conexiones excitatorias con la parte lateral de la oliva superior ipsilateral, y
conexiones inhibitorias con la parte lateral de la oliva superior contralateral, a través del núcleo
trapezoide. Por ese motivo, cuando el sonido viene del lado derecho, el núcleo coclear derecho
activa a la oliva superior lateral derecha, e inhibe a la oliva superior lateral izquierda. De modo que
los sonidos agudos que provienen de un lado activan a la oliva superior lateral de ese mismo lado,
e inhiben a la contralateral. La oliva superior lateral derecha envía señales ascendentes por el
lemnisco lateral izquierdo, porque las fibras pasan al lado contralateral, de manera que el lemnisco
lateral izquierdo lleva información sobre los sonidos que provienen del lado derecho.
Este sistema de localización comparando intensidades no funciona para los sonidos graves, porque
las frecuencia bajas pueden rodear los obstáculos (este fenómeno se denomina refracción, y por
este motivo podemos oír un sonido detrás de una esquina). A causa de la refracción los sonidos
rodean la cabeza, y llegan con parecida intensidad a los dos oídos. Los sonidos graves entonces se
localizan comparando el tiempo de llegada a los dos oídos.
Si el sonido viene del lado derecho, llega un poco antes al oído derecho que al izquierdo, porque la
distancia que tiene que recorrer es mayor en este caso. Las señales de los sonidos graves se
dirigen desde el núcleo coclear hacia la parte medial de la oliva superior ipsilateral y contralateral.
En este caso, las conexiones que van a ambos lados son excitatorias. Cuando un sonido proviene
del lado derecho, la oliva superior medial izquierda recibe conexiones excitadoras de ambos lados
y al mismo tiempo. Si el sonido viene del lado derecho llega al oído izquierdo más tárde, pero
luego los potenciales de acción tienen que recorrer una distancia corta desde el oído izquierdo a la
oliva superior izquierda. Al oído derecho, el sonido llega antes, pero luego los potenciales de
acción tienen que recorrer una distancia mayor, desde el núcleo coclear derecho hasta la oliva
superior izquierda. Ambos retrasos se compensan, y a la oliva izquierda llegan los impulsos
procedentes del lado derecho y del izquierdo al mismo tiempo, y estos impulsos se suman
espacialmente en las neuronas y producen activación de la oliva izquierda. En la oliva superior
medial derecha no se produce esta sumación, porque cuando el sonido procede del lado derecho
los impulsos que proceden del oído izquierdo llegan mucho más tarde que los que provienen del
oído derecho, ya que el sonido tiene que recorrer más espacio para llegar al oído izquierdo, y
además los potenciales de acción tienen que recorrer más espacio desde el oído izquierdo hasta la
oliva derecha. Por tanto, los sonidos graves que provienen del lado derecho producen activación
de la oliva superior medial izquierda. La oliva superior medial izquierda envía los impulsos
ascendentes por el lemnisco lateral del mismo lado, de manera que el lemnisco lateral de un lado
lleva información sobre los sonidos que vienen del lado contralateral, tanto graves como agudos
.
1. QUÉ ES, CÓMO SE PRODUCE, CUÁLES SON SUS CARACTERÍSTICAS...
El sonido es un fenómeno físico que estimula el sentido del oído. Está formado por ondas que se
propagan a través de un medio, que puede ser sólido, líquido o gaseoso.
Un sonido se produce por todo aquello que sea capaz de producir ondas que estimulen al oído.
Por ejemplo, al pegar un golpe en una mesa, las cuerdas vocales, el roce entre dos materiales o
cualquier efecto que produzca vibraciones audibles bastan para producir un sonido.
Las ondas a las que llamamos sonoras son las que pueden estimular al oído y al cerebro humano.
Estas ondas se miden en Hercios (Hz), una unidad de frecuencia que corresponde al número de
ondas que caben en un tiempo determinado (un segundo normalmente). La onda se propaga
gracias a la compresión y a la expansión del medio por el que se propaga. Estas variaciones de
presión son las que alcanzan el oído humano y provocan en el tímpano vibraciones de idéntica
frecuencia , originando, a través del cerebro, una sensación sonora. Pero no todas las ondas
pueden ser recogidas por el oído humano, tan sólo las que se encuentran aproximadamente entre
20 Hz y cerca de 20.000 Hz. Las ondas de sonido inferiores al límite audible se llaman infrasónicas y
las superiores ultrasónicas.
Pero no todos los animales tienen los mismos límites audibles, por ejemplo los perros son
sensibles a frecuencias de hasta 30.000 Hz y los murciélagos a frecuencias de hasta 100.000 Hz.
El sonido se transmite por medio de ondas, que viajan a través de los diferentes medios (siempre
medios mecánicos, nunca a través del vacío). Dependiendo de la forma de la onda, se producen
diferentes sonidos: más graves (ondas muy juntas entre si), más agudos (ondas más separadas),
más fuertes o débiles (dependiendo de la intensidad).
2. PROPAGACIÓN POR LOS DIFERENTES MEDIOS...
Las ondas de sonido, son ondas longitudinales; es decir, son ondas que se pueden propagar por
cualquier medio, sólido o fluido. En esta tabla se pueden ver las diferentes velocidades de
propagación del sonido.
VELOCIDAD DEL SONIDO EN DISTINTOS MEDIOS (A 20º C)
Sustancia
Densidad (kg · m-3)
Velocidad (m · s-1)
Aire
Etanol
Benceno
Agua
Aluminio
Cobre
Vidrio
Hierro
1,20
790
870
1.000
2.700
8.910
2.300
7.900
344
1.200
1.300
1.498
5.000
3.750
5.170
5.120
El sonido se transmite por las partículas que forman un medio. A una partícula se le da una
energía que le hace vibrar. Esta partícula transmite su vibración a las partículas que le rodean,
transmitiendo así la energía que le han proporcionado. Un claro ejemplo de esto es una
superficie de agua: Al tirar una piedra por ejemplo, las partículas del agua oscilan y transmiten su
movimiento a las partículas contiguas sucesivamente. Después de un tiempo desde el impacto, las
ondas se van atenuando hasta desaparecer.
Es por esto que los diferentes sonidos dependen de los diferentes materiales por los que se
muevan. No será lo mismo propagar sonido por el aire, donde las partículas están más sueltas y es
más difícil de transmitirse, que propagar sonido por el hierro, que al ser un sólido están las
partículas muy unidas y se puede transmitir rápidamente el sonido. Generalmente, el sonido se
mueve a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases.
Relacionados con el sonido, están algunos efectos referentes a la forma de transmisión. Así como
el efecto Doppler, las ondas de choque y la barrera del sonido.
· Efecto Doppler: Se produce cuando entre un foco de emisión y un observador, existe un
movimiento relativo. En este caso, el observador detecta una frecuencia diferente a la frecuencia
de emisión.
Explicándolo de forma más sencilla, es el efecto que se produce, por ejemplo, cuando pasa un
coche a mucha velocidad por delante nuestra. En un principio escuchas que el coche se acerca, a
una cierta frecuencia. Pero cuando se acerca, el sonido es mucho más fuerte. A este cambio de
frecuencia debido a la velocidad se le llama efecto Doppler.
· Ondas de choque: Estas ondas son una deformación de la transmisión normal de las ondas. Si
ponemos como ejemplo una aeronave, ocurre lo siguiente: Cuando el emisor se desplaza con una
velocidad suficiente para romper el flujo normal de las moléculas de aire que se apartan para dejar
paso al objeto que se aproxima, las ondas se superponen, al no tener espacio para transmitirse.
Este efecto, conocido también como choque de compresibilidad, provoca cambios importantes en
la distribución de presiones, densidades y temperaturas del aire alrededor del cuerpo en
movimiento
Si este efecto se observa en un medio líquido, la forma que produce esta onda es de cono. En
cambio, en un medio gaseoso, lo que se produce es una acumulación de ondas de sonidos que al
final responden con un fuerte estallido de todos los sonidos a la vez.
· Barrera del sonido: Término que se asocia a los efectos de compresibilidad experimentados por
los aviones supersónicos cuando su velocidad con respecto al aire se aproxima a la velocidad local
del sonido (1.223 km/h a nivel del mar en condiciones normales). Aunque estos aviones llegan a
esas velocidades, nunca pasaran del límite de la velocidad de la luz, ya que es imposible.
3. Fenómenos asociados a la reflexión y refracción...
Antes de exponer los fenómenos, primero explicar en qué consiste la reflexión y la refracción:
La reflexión, es un cambio que se produce en la dirección de propagación de una onda dentro de
un medio. Ocurre cuando la onda choca contra la superficie de otro medio, se refleja y cambia su
dirección, pero no su forma.
La refracción, es la consecuencia de que una onda que se propaga por un medio pasa a otro medio
en el que su velocidad de propagación es diferente, cambiando también su dirección. Se produce
además una perdida de energía en este cambio.
Ahora que ya sabemos un poquito en que consisten estas propiedades, veamos algunos efectos
asociados. Entre ellos están el eco, los radares y las ecografías.
· Eco: A todos nos han engañado alguna vez diciéndonos que el eco era una persona que repetía lo
que tú decías... En verdad, un eco es una onda sonora reflejada, cuyo intervalo entre la emisión y
la repetición del sonido, corresponde al tiempo que tardan las ondas en llegar al obstáculo y
volver. Normalmente, el eco es más débil que el sonido original porque no todas las ondas se
reflejan, algunas de ellas se pierden, y por lo tanto pierden energía.
Generalmente, los ecos escuchados en las montañas se producen cuando las ondas sonoras
rebotan en grandes superficies alejadas más de 30 m de la fuente. Dando golpecitos en un tubo
metálico pegado al oído también pueden escucharse ecos.
· Radar: Es un sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y
determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio. No sólo
indican la presencia y la distancia de un objeto remoto, sino que también fijan su posición en el
espacio, su tamaño y su forma, así como su velocidad y la dirección de desplazamiento.
Todos los sistemas de radar utilizan un transmisor de radio de alta frecuencia que emite un haz de
radiación electromagnética, con una radiación de longitud de onda comprendida entre algunos
centímetros y cerca de 1 m. Los objetos que se hallan en la trayectoria del haz reflejan las ondas
de nuevo hacia el transmisor, este las detecta y representa los datos que ha recibido en una
pantalla. El radar se fundamenta en las leyes de la reflexión de las ondas de radio.
Parecido al radar pero de uso diferente, está también el sonar. Pero este sistema se utiliza bajo el
agua, es decir, en submarinos o buques de guerra. El sonar emite pulsos de ultrasonido mediante
un dispositivo transmisor sumergido. Luego, a través de un micrófono sensible, capta los pulsos
reflejados por posibles obstáculos o submarinos que se hayan topado con los pulsos. Lo malo del
sonar, es que sólo puedes saber la distancia a la que se encuentra el objeto, pero no la
profundidad, cosa que dificulta la tarea de los submarinos para el ataque.
· Ecografías: Todos hemos visto alguna vez una ecografía, pero en lo que no habremos caído nunca
es en que se deben al sonido. Sabemos que se utilizan en las embarazadas, para seguir un
desarrollo detallado del feto sin ningún tipo de riesgo.
Es una técnica en la que un sonido de frecuencia muy alta es dirigido hacia el organismo, donde se
refleja y sonido resultante es digitalizado para producir una imagen móvil en una pantalla o una
fotografía. Esta técnica no se puede utilizar para observar los huesos o los pulmones, ya que el aire
y los huesos absorben prácticamente todo el haz de ultrasonidos emitidos.
4. El sonido, la voz humana y la música...
Ondas estacionarias en cuerdas y tubos
Sabemos que en una cuerda se producen ondas estacionarias cuando dos ondas iguales en
frecuencia y amplitud interfieren, pero en sentidos opuestos. Pues con los sonidos, al ser también
ondas, ocurre lo mismo.
Los instrumentos de viento aprovechan las ondas estacionarias que se producen en un tubo
hueco, que es la estructura básica de todo instrumento de viento. Como se ve en el dibujo de la
derecha, en los tubos también se producen ondas estacionarias. Igual que en las cuerdas, se
producen nodos dependiendo de la frecuencia. Dentro de los tubos, el aire se mueve por las
presiones, como se ve en esta otra imagen (abajo). Los puntos azules representan los nodos,
donde la presión no los varía (estacionarios).
Las frecuencias de las que se hablan, hacen referencia a las notas que se consiguen con los
diferentes instrumentos. Por ejemplo, en una flauta, el do más bajo tiene una frecuencia de 137,5
Hz. Y así, dependiendo de las aberturas que dejemos libres para que salga el aire, se forma una
presión u otra, que determinan las diferentes notas de la escala musical.
Intensidad, tono y timbre
Las magnitudes que caracterizan la percepción y permiten distinguir entre los diferentes sonidos
son las llamadas cualidades del sonido. Estas cualidades son tres:
La intensidad, el tono y el timbre.
· Intensidad: Es una sensación asociada a la percepción del sonido por los humanos. La distancia a
la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, pero se suelen clasificar en sonidos de
intensidades fuertes, de elevada intensidad o débiles, de intensidad baja. La diferencia de un
sonido fuerte a uno débil es si se escucha o no. Contra más fuerte sea (o cuanto más cerca esté),
mejor se escuchará. Un sonido muy fuerte, produce dolor en los oídos pero sigue siendo audible.
· Tono: También llamado altura, indica si un sonido es alto (violín) o bajo (tambor). El tono está
unido a la frecuencia, ya que cuanto menor sea la frecuencia, más bajo es el tono y viceversa. Por
esto, se hace una clasificación de las frecuencias: Un sonido es grave si la frecuencia es baja, y
es agudo si la frecuencia es elevada.
· Timbre: Si estas escuchando a la vez dos instrumentos que producen un sonido de igual
intensidad y de igual tono, sabes diferenciarlos por el timbre. Cuando los instrumentos reproducen
una nota, a esta le acompañan sus armónicos, que son múltiplos de la frecuencia representada.
Gracias a estos armónicos, es posible diferenciar los distintos instrumentos ya que cada uno tiene
sus propios armónicos.
Análisis de un sonido: espectros...
Un espectro es una representación gráfica de un sonido, mediante colores. Un sonido complejo,
como por ejemplo un ruido, puede analizarse como un espectro formado por diferentes
frecuencias.
Los analizadores de espectros, representan las frecuencias que componen un ruido determinado
con diferentes colores. Es algo así como decir que un ruido es la luz blanca, luego las diferentes
frecuencias que forman este ruido son los diferentes colores que forman la luz blanca. Y así,
dependiendo de los colores que salgan representados, se saben las diferentes frecuencias que
forman ese ruido.
5. Nivel de intensidad sonora: Contaminación acústica
Si a nuestros oídos llega un sonido con una intensidad bastante alta, el oído experimenta una
sensación de dolorosa. La unidad que mide la sensación sonora es el decibelio (db). El umbral del
dolor en la que el oído puede sufrir, está en torno a los 120 db, dependiendo de las diferentes
personas.
Un término que lo tenemos muy asociado a la barrera del dolor de un sonido es el ruido. El ruido,
es un conjunto de sonidos que no siguen una onda, ya que es un conjunto de sonidos
desordenados, representado por una línea con puntas.
Fuente sonora
Murmullo
Caída de gotas de agua
Cuchicheo
Conversación a media voz
Coche pasando por asfalto
Conversación ordinaria
Clarinete
Orquesta sinfónica
Martillo neumático
Motor de avión
db
10
20
25
40
60
65
67
80
100
120
Aunque no necesariamente un sonido tiene que ser muy fuerte para ser ruido. A veces un ruido
muy suave, como el goteo de agua, nos distrae impidiendo concentrarnos. Pero los ruidos más
fuertes son, sin duda, más perjudiciales. Los ruidos muy agudos son más dañinos que los graves.
Los ruidos muy cortos y muy fuertes, como los martillazos, impactos y explosiones, también son
especialmente peligrosos. Un ruido muy fuerte puede llegar a dañar nuestro sistema auditivo
totalmente.
Para medir los niveles de ruido, se utiliza un sonómetro. Este aparato mide por medio de un
micrófono, la energía que poseen las ondas sonoras que se están propagando. Dependiendo de la
intensidad sonora en decibelios, se puede saber el nivel de daño que produce ese ruido.
Cada día se habla más de un problema que tienen las grandes ciudades o los lugares que producen
mucho ruido. Se habla de un tipo de contaminación, la contaminación acústica. Esta
contaminación trae problemas al ser humano como la sordera, estrés, dificultades para dormir,
irritamiento, etc... normalmente basados en la dificultad de concentración.
Poco a poco se intenta reducir este problema. Se intentan utilizar materiales absorbentes para
aislamientos de viviendas e intentar evitar las grandes vías de circulación en las ciudades. En las
carreteras grandes se ven a veces unos paneles, que están para reducir el nivel de ruido producido
por los automóviles.
Amplitud: Determina el volumen del sonido.
Longitud de onda: Cuanto menor es esta distancia, mayor es la amplitud.
Diferentes ondas según su frecuencia
EFECTO DOPPLER
Supongamos que un foco emisor , que emite ondas cuya velocidad de propagación es
v, se mueve con respecto al observador
con una velocidad
. Consideremos
positivas las velocidades si se mueven hacia el observador y negativas si lo hacen en
sentido contrario.
En un tiempo , la onda recorre una longitud
punto .
=
, acercándose al observador hasta el
Si el foco emisor se acerca, durante ese mismo tiempo se ha desplazado
llegando hasta el punto .
Durante ese tiempo
ha emitido un número de ondas igual a
,
.
Estas ondas se encuentran comprimidas dentro de la distancia
, y la distancia entre
las ondas será la longitud de onda aparente de las ondas percibidas por el observador.
=
=
Pero la ecuación
, se cumplirá siempre, en este caso, si es la frecuencia de las
ondas percibida por el observador tendremos
, con lo cual,
=
=
=
Frecuencia percibida
Frecuencia de las ondas emitidas
disminuye la longitud de onda aparente.
Si el foco emisor se aleja del observador, su velocidad
puesto que su velocidad
tendrá sentido contrario al de las ondas que llegan al observador.
Cambiando el signo de
Frecuencia percibida
tendremos,
Frecuencia emitida.
aumenta la longitud de onda aparente.
Observador en movimiento, foco emisor y medio en reposo
Si el observador se moviera con una velocidad Vo alejándose del foco emisor F, la
distancia entre los frentes de onda no se altera, sin embargo, el número de frentes que
percibe en un tiempo t es menor, por lo cual la frecuencia aparente disminuye. Si el
observador hubiera permanecido en reposo, en un tiempo t habría recibido todas las
ondas comprendidas en el segmento = , ese número es
Pero el observador se ha alejado una distancia
, llegando hasta el punto y sólo
percibirá las ondas comprendidas entre
y , es decir las que percibiría en el caso de
permanecer en reposo menos las que deja de percibir por alejarse.
Frecuencia percibida
frecuencia de las ondas emitidas
La longitud de onda aparente
longitud de onda de las ondas emitidas
Si el observador se acerca al foco emisor, el número de frentes que percibe es mayor que
si permaneciera en reposo. Para los cálculos basta cambiar de signo a la velocidad del
observador puesto que se mueve en sentido contrario al del movimiento del frente de
ondas que le llega.
Frecuencia percibida
frecuencia de las ondas emitidas.
La longitud de onda aparente
longitud de onda de las ondas emitidas.
Foco emisor y observador en movimiento, medio en reposo
En el caso en que se movieran simultáneamente el foco y el observador, aunque con
distintas velocidades tendríamos:
Ahora bien, la frecuencia de las ondas que aparece en la ecuación, disminuye como
consecuencia del movimiento del observador, y esa habrá de ser sustituida por
, en consecuencia tendremos:
Con lo cual queda,
Puede observarse que si
no se produce cambio de frecuencia, las
ondas alcanzan al observador siempre en número constante.
Aplicaciones
La policía de tránsito usa este principio para determinar la velocidad de un móvil. Si la
policía se encuentra en reposo y emite ondas electromagnéticas de baja frecuencia, estas
ondas se reflejarán en el móvil y la onda reflejada tendrá una frecuencia diferente según
la velocidad del móvil.
Este principio también se ha analizado en el sonar de los barcos para determinar la
posición de objetos submarinos.
Ya veremos como nos permite afirmar que el universo se encuentra en la actualidad en
fase de expansión.
Ondas de Choque
Si la velocidad del foco se acerca a la velocidad de propagación de las ondas en el medio,
el frente de ondas se deforma y no valen los análisis para el efecto Doppler. En el caso de
que esas velocidades se hagan iguales, la energía se agrupa en direcciones que forman
ángulos muy pequeños con la dirección del movimiento del foco. Este efecto explica el
estampido asociado a los aviones cuando sus velocidades se hacen superiores a las del
sonido.
Si la velocidad del foco es mayor que la velocidad de fase de las ondas se produce
una onda de choque que es diferente de las ondas ordinarias.
RADIACIÓN Cherenkov (Ondas de Choque):
En la física de las ondas hay un efecto muy interesante como es el de las ondas de
choque. En general, todo el mundo conoce las dos ondas básicas, que son la
electromagnética y la del sonido, y sabemos que la velocidad de propagación de ambas
depende del medio.
Si estas ondas son emitidas por un cuerpo en reposo, se propagan esféricamente de
modo que la intensidad de un frente de onda no se superpone con el emitido
“inmediatamente después” (va por delante). Si el cuerpo se moviese a pequeñas
velocidades (en comparación con la de la onda que emite), esto seguiría siendo
completamente cierto (que un frente de onda va por delante del que se emite después).
Sin embargo, cuando el emisor iguala o supera la velocidad de la onda, se produce una
superposición entre los distintos frentes conocida como onda de choque. Bien conocido
es el caso de los aviones que superan la barrera del sonido:
Ahora bien, del mismo modo que tenemos este efecto cuando un cuerpo se mueve más
rápido que el sonido, deberíamos tener uno análogo cuando un cuerpo se mueve más
rápido que la luz que emite. ¡Y esto no es ciencia ficción, recordad que para algo hemos
escrito todo lo anterior en esta entrada! La velocidad de la luz se reduce
considerablemente en medios como el agua, lo que permite que dentro de esta las
partículas se puedan mover más rápido que ella y mientras emiten radiación produzcan
una onda de choque luminosa. Esta onda de choque se conoce como Radiación
Cherenkov, y es vital para detectar las partículas más elementales moviéndose dentro de
un medio dieléctrico. Concretamente, veremos próximamente cómo en SúperKamiokande se benefician de ella.
Ver videos; http://www.youtube.com/watch?v=ip07NDEOPJ4&feature=player_embedded
http://www.youtube.com/watch?v=UEBNJqUW5Ok