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El sonido.
¿Cómo se origina y se propaga el sonido?
La alarma del despertador, el tono de un teléfono o la voz de alguna persona son estímulos sonoros
que podemos percibir a diario, ahora bien, desde el punto de vista físico, el sonido comparte todas
las propiedades de los movimientos ondulatorios, por lo que su estudio se realiza a partir de los
conceptos de las ondas
En esta unidad analizaremos en detalle las características propias del sonido.
Para que un cuerpo u objeto emita sonido, debe producirse en el algún tipo de vibración que se
propague en un medio elástico, como el aire o el agua.
Cuando hablamos la vibración primero se manifiesta en las cuerdas vocales.
El sonido en general es una onda de compresión.
Las ondas sonoras se ´propagan en todas las direcciones, de modo que su frente de ondas es
esférico. Es por esta razón que podemos escuchar el sonido de un autobús, por ejemplo de múltiples
lugares.
El sonido es una onda mecánica, ya que requiere de un medio material para su propagación y ,
además, es una onda longitudinal , es decir , viaja e la misma dirección en la que vibran las partículas
del medio
Cuando se produce un sonido las moléculas del
aire en contacto con la fuente de sonido vibran.
La energía de dicha vibración es trasmitida a las
moléculas vecinas. De este modo, la onda se
propaga en la misma dirección en la que vibran
las partículas del medio.
A medida que la onda sonora se propaga, se
produce una serie de zonas de compresión , donde las moléculas de aire están más juntas y la
presión entre ellas es más alta. La zona donde las moléculas de aires se encuentran más separadas
se denomina de rarefacción o descompresión.
Os diferentes frentes de presión avanzan a medida que las moléculas del aire siguen siendo
perturbadas. Por esta razón el sonido es considerado una onda de presión, al igual que una onda
que se propaga longitudinalmente por un resorte. A medida que se aleja de la fuente, una onda de
sonido disipa paulatinamente su energía al ambiente. Las variaciones de presión de una onda sonora
pueden ser representadas en un gráfico, donde las compresiones corresponden a los montes y los
valles a las rarefacciones
.
Puede inducir a error pensar que el sonido audible es solo transportado por las zonas de compresión
de una onda, y que las zonas de rarefraccion no se percibirá sonido alguno. Es importante aclarar
que el sonido corresponde a la fluctuación continua entre máximos y mínimos de una onda y que
es conjunto de ellos lo que percibimos como sonido.
¿Cómo percibimos el sonido?
Percibimos el sonido a través del oído. El oído transforma las vibraciones exteriores en
impulsos nerviosos que envía al cerebro, sus partes son:
Mecanismos de la percepción del sonido
De la composición de un Stravinsky, a la risa de un bebé o un detector de humo en un
edificio… La variedad de sonidos que los seres humanos pueden percibir es enorme y es
posible gracias a nuestro sentido del oído. Este sentido es tan complejo como los otros
cuatro y que nos permite percibir el sonido a través de una red especializada de las
conexiones neuronales que van desde el oído interno hasta el cerebro. Pero, ¿cómo sonará
viajes dentro de nuestros oídos? Vamos a ver.
El sistema auditivo: El oído externo
El sistema auditivo está compuesto por el exterior, el medio y el oído interno. El oído externo
incluye el pabellón auricular y el conducto auditivo externo. La oreja está hecho de cartílago,
que es un tejido blando que puede mantener una cierta forma, pero es todavía muy flexible.
El oído externo funciona como un colector de sonido; además de proteger tanto el medio y
el oído interno, la forma de la oreja, que es bastante raro si usted me pregunta, está
especialmente diseñado para captar las vibraciones sonoras, reunirlos y ayudarlos a viajar
por el canal auditivo.
Sin el pabellón auricular, sin duda esperamos como extranjeros, pero también sería muy
difícil para las ondas de sonido entrar en el canal auditivo. Hay una diferencia entre la
presión externa y la presión dentro del oído. Si las vibraciones sonoras alcanzaron
directamente el oído, se enfrentarían, literalmente, a una fuerza de contrapresión que haría
que la mayoría de ellos se perdiesen y los otros entrarían bruscamente en el canal auditivo.
La aurícula suaviza el viaje de las vibraciones sonoras desde el exterior al interior del canal
auditivo.
El tímpano, que está situado en el extremo del canal del oído, es una parte esencial para el
oído externo. También conocido como membrana timpánica, es una membrana muy
delgada que está bien protegida tanto por la forma del canal auditivo y el cerumen en él,
pero que puede ser fácilmente dañado. La ruptura del tímpano puede ocurrir incluso con
sólo un cambio de presión, al nadar, por ejemplo. Esta ruptura puede ser tratada fácilmente,
pero tiene que hacerse de inmediato para evitar más dolor y posibles infecciones
bacterianas, así como un daño más permanente a las estructuras del oído y la función.
El oído medio
Tres pequeños huesos están situados en el oído medio: el martillo, el yunque y el estribo.
El tímpano vibra cuando recibe las vibraciones de sonido que viene de fuera, a través del
canal auditivo.
Cuando esto ocurre, las vibraciones creadas en el tímpano pasan a través del martillo y el
yunque primero, y finalmente al estribo. El estribo los envía a la ventana oval.
El viaje que hace que el sonido desde el tímpano a la ventana oval tiene un efecto
amplificador en él.
La trompa de Eustaquio va desde el oído medio hasta la parte posterior del paladar. ¿Por
qué? Su función es mantener el equilibrio de las presiones de aire en ambos lados del
tímpano.
Cada vez que uno traga, el tubo se abre y se iguala la presión del aire.
A veces, esto no sucede, y el oído se siente como si estuviera bloqueado por algo que no
está permitiendo que el sonido viaje a través. Sólo tienes tragar un poco de saliva y la
trompa de Eustaquio se abre para equilibrar las presiones de nuevo.
Continuando el recorrido: El oído interno
El sonido finalmente ha alcanzado el oído interno, después de un largo viaje pero muy
rápido. Aquí podemos encontrar los órganos que se encargan de la detección de las
vibraciones del sonido, sino también de mantener el equilibrio. La cóclea es uno de ellos.
Es un hueso con la forma de un caracol y se llena con fluido. Dentro de la cóclea, hay un
grupo de células especializadas, llamadas células ciliadas que enviarán las señales de
sonido al cerebro.
Además el oído humano es capaz de localizar la fuente de donde procede el sonido
debido a que, cuando el sonido llega desde un lado, alcanza a uno de los oídos antes
que al otro. Con ese pequeño retraso, el cerebro es capaz de localizar la zona de donde
procede el sonido.
El sonido es una interpretación que hace el cerebro de las vibraciones del aire.
Desde vibraciones a impulsos eléctricos
Pero, hasta este punto, ¿son las vibraciones del sonido todavía vibraciones? Vamos a resumir
hasta aquí: el sonido, en forma de vibraciones, llega al tímpano. El tímpano los envía a los tres
pequeños huesos, que se mueven y transmiten este movimiento a la ventana oval, empujándolo.
Esta presión hace que el líquido dentro de la cóclea se mueva también y estimule las células
ciliadas que se sientan allí. Las células ciliadas son células nerviosas que conectan el oído con
el cerebro y básicamente tienen los estímulos sonoros hasta la región del cerebro que se
encarga
de
la
codificación
de
ella.
Las células ciliadas son muy especiales. Ellos pueden parecer muy similares entre sí, pero en
realidad
son
diferentes.
Cada uno de ellos responde a un campo de sonido diferente, por lo que dependiendo de la
frecuencia de las vibraciones, algunas células son estimuladas y algunas otras no lo son.
Las células ciliadas envían estos estímulos en la forma de los impulsos nerviosos a través del
nervio auditivo. El nervio llega a la región auditiva, que se encuentra en el lóbulo temporal. Los
lóbulos temporales son los que están en los lados del cerebro, justo por donde se localizan sus
oídos.
La pérdida de audición
La pérdida de audición puede ser causada por una variedad de factores y puede ser leve o
grave, dependiendo de la causa. Por ejemplo, puede ser debido a una obstrucción del canal
auditivo causado por cerumen o un objeto. En este caso, la eliminación del objeto extraño traerá
todo vuelva a la normalidad, sin más consecuencias que no sean tal vez algo de inflamación y
dolor
leve.
A
veces
no
es
tan
sencillo.
Pérdida de audición puede también ser causada por la muerte de las células ciliadas, daño
coclear y alteraciones en los nervios que conectan el oído interno hasta el cerebro.
Esto ocurre normalmente como parte del proceso de envejecimiento, pero también puede ser
una consecuencia de una enfermedad hereditaria, trauma en la cabeza, enfermedades, algunos
medicamentos y la exposición a ruido fuerte.
Cuidado del oído y de la enfermedad
Nuestros oídos necesitan ser atendidos. Para limpiarlos, sólo limpie el oído externo con un paño
limpio; nunca use Q-tips, horquillas o cualquier otro objeto de limpiar sus oídos, ya que esto
podría causar que usted pueda romper el tímpano.
Siga el dicho “Nunca ponga nada más grande que el codo dentro de sus oídos”.
Aun cuando es un poco desagradable, la cera está ahí para proteger sus oídos, pero a veces
se puede acumular y bloquearlos. No intente retirarla por sí mismo, es mejor si usted pregunta
a su médico para examinar sus oídos y le ayudará con este problema. Las infecciones del oído
son comunes, sobre todo como efecto de las enfermedades respiratorias, pero se puede evitar
que al tratar cualquier síntomas respiratorios tan pronto como sea posible. Ruidos y sonidos
fuertes pueden afectar gravemente a las células pilosas en el oído interno. Para que tengan vida
y funcional, trate de evitar la exposición a niveles altos de ruido mediante el uso de tapones para
los oídos u otra protección adecuada y evitar escuchar música en volumen alto.
Tecnología correctiva de la audición.
Muchas de las disfunciones auditivas se relacionan con daños al interior de la cóclea, en particular
de las células ciliadas. Antiguamente las sorderas asociados a daños en el oído interno se
encontraban fuera del alcance de la medicina. Sin embargo hoy en día es cada vez más usual utilizar
un dispositivo que permite corregir este tipo de sorderas; el implante coclear. Este sistema
electrónico funciona de manera distinta de un audífono, que amplifica el sonido. El implante coclear
se instala de manera quirúrgica en el cráneo y está conformado por un micrófono, que recoge las
señales auditivas del entorno, un microprocesador y un electrodo que estimula el nervio auditivo
enviándole señales eléctricas. Para que este dispositivo resulte efectivo, debe ser implantado a
edades tempranas, dado que el desarrollo de la audición es un proceso cognitivo asociado al
aprendizaje.
Otras formas de detección del sonido.
En la naturaleza, no todos los animales poseen un sistema de detección de ondas sonoras similar al
de los seres humanos. Por ejemplo, lo peces poseen un órgano sensorial llamado línea lateral, que
detecta pequeñas vibraciones y corrientes de agua. Esta consiste en unos canales que discurren
bajo la piel, a ambos lados del cuerpo, y en cuyo interior se encuentran unos recipientes
denominados neuromastos. Estos no solo detectan el movimiento y la vibración del agua, sino que
en algunas especies, como los tiburones, también logran identificar impulsos eléctricos.
Ciertos insectos como los grillos, tienen unas pequeñas cavidades situadas en las petas anteriores
que están cerradas por una fila de membranas que hacen de tímpano. Por su parte, las cucarachas
captan el sonido con unas finas vellosidades que cubren su cuerpo.
Elementos correctivos de la audición.
Micrófono, amplificador, auricular, mando a distancia y conexión a teléfonos móviles
mediante Blutooth. Aunque estén relacionados con el sonido no son los
componentes de un aparato musical, ni de un televisor, sino de los audífonos,
pequeños ordenadores que se colocan en el pabellón auditivo y precisan de ajustes
constantes y un determinando mantenimiento durante los primeros cuatro años de
vida del aparato, un periodo tras el cual conviene reemplazarlo. Este recambio
periódico, y el material necesario para su mantenimiento, implican un elevado
desembolso económico para muchas familias. Y es que, según las últimas
encuestas del Instituto Nacional de Estadística, cerca de un millón de personas
padecen sordera y el 10% de la población española sufre algún tipo de problema
auditivo. De cada 1.000 niños, 2,5 nacen sordos y la presbiacusia, la sordera que
antes aparecía a partir de los 75 años, afecta cada vez más a personas de entre 45
y 50 años. Para ayudar a todas estas personas que sufren una pérdida auditiva o
hipoacusia cada año se adaptan en España unas 150.000 unidades de audífonos.
La audición se mide con pruebas cualitativas y cuantitativas. De todas, la
exploración estrella es la audiometría, que permite saber qué cantidad de sonidos
faltan o ha dejado de oír una persona y cuál es la calidad de los sonidos que
escucha: si son graves, medios o agudos. Además, aporta un dato determinante: la
cantidad de sonido que un individuo puede soportar. Esta cantidad varía de unas
personas a otras, cuando nacemos todos tenemos la capacidad de soportar sonidos
de hasta 130 decibelios (dB) de potencia pero a medida que envejecemos, se
reduce esa capacidad. El ruido de un avión a reacción superaría ese umbral; el de
las ambulancias está por encima de los 120 dB (el límite a partir del cual se sienten
molestias o dolor auditivo); el sonido de un secador de pelo o alguien que habla a
gritos se sitúa entre 90 y 100 dB, mientras que el de una conversación normal a un
metro de distancia es de unos 60 dB, y el de una voz que susurra, de unos 30 dB.
En el momento en que una persona experimenta una pérdida auditiva de 30 dB, su
interlocutor debe alzar la voz para que le escuche. Y es a partir de esta deficiencia
cuando, en general, se recomienda la utilización del audífono. No obstante, esta
necesidad no depende de un determinado valor de capacidad auditiva. Es más
importante el concepto de sordera social referido a ciertas personas que, por su
ocupación profesional o estilo de vida, pueden necesitar audífonos para evitar el
aislamiento social, aunque no hayan perdido tanta audición.
¿Cómo funcionan?
Los audífonos son aparatos electroacústicos que captan los sonidos del entorno,
los amplifican y potencian los del habla por encima de los ambientales. Todos los
audífonos constan de tres componentes principales: el micrófono, el amplificador y
el auricular. Otros, los más sofisticados, cuentan además con mando a distancia y
conexión a teléfonos móviles mediante Blutooth.
El micrófono recoge los sonidos del aire y los transforma en señales eléctricas. El
amplificador aumenta la intensidad de las señales del micrófono y, gracias a unos
filtros, sólo amplifica los sonidos que son importantes para los usuarios. Y el
auricular, receptor o altavoz, convierte las señales eléctricas en acústicas. Pero,
además, en los modelos digitales es posible programar un microordenador para
manipular las señales y adaptarlas a la pérdida auditiva de cada usuario, labor que
se puede realizar mediante el mando a distancia.
Las pilas, por su parte, son específicas para cada aparato. De ahí que tanto el
tamaño como su capacidad sean diferentes. La duración media varía entre 5 y 14
días en función del tipo de pila, de audífono y del tiempo durante el que se use.
Variedad de modelos
La
sorpresa
ante la variedad de modelos que se comercializan es la primera sensación que
experimenta una persona que sufre una pérdida de audición y se decide a comprar
un audífono. En general, se clasifican por su forma y tecnología.
Por la forma
Los audífonos pueden ser retroauriculares, aquellos que se colocan detrás del
pabellón auricular o de la oreja, o aplicarse a medida, dentro del canal auditivo.
De los retroauriculares clásicos a los AP3: hasta hace poco tiempo, los
retroauriculares eran aparatos que no convencían por su diseño, ya que se veían
demasiado y precisaban de un molde para acomodarlos en el oído. No obstante, en
los últimos años se han creado nuevos modelos, conocidos como AP3 (acrónimo
de Amplificador de Procesos Tridimensionales) alejados de la forma y el color de
los audífonos retroauriculares clásicos, aunque también se coloquen detrás de la
oreja. Son discretos y se asemejan a los MP3.
Dentro del oído: los audífonos que se llevan dentro del oído siempre se fabrican a
medida y con tres variantes:



Los que ocupan la concha completa de la oreja: son los más potentes pero
los menos estéticos. A diferencia de lo que sucede en España son los que
más aceptados y los que mayores ventas registran en EE.UU.
Los audífonos intracanal: ocupan el canal auditivo y son los más solicitados
en España, aunque los AP3 ganan terreno.
Los que se colocan completamente dentro del oído o CIC (Completely In
Canal): estas prótesis auditivas se ubican a dos milímetros del tímpano, de
forma que sólo se ve la punta del dispositivo. A pesar de su gran aceptación,
no todas las personas pueden llevarlos porque su uso se determina en
función de las necesidades de audición.
Por la tecnología
Desde 1996 la tecnología de los audífonos ha sufrido un cambio determinante. Con
anterioridad a esta fecha, eran meros amplificadores del sonido, pero a partir de
este año se sofisticaron hasta convertirse en pequeños ordenadores. En estos
momentos los audífonos que se comercializan están provistos de un chip que capta
el sonido y lo transforma exactamente de acuerdo a las necesidades de cada
usuario, de forma que suministrará los sonidos agudos a quien sólo escuche los
graves y viceversa. Además, cuando se procesa el sonido los actuales audífonos
digitales detectan el ruido o sonido indeseado y lo suprimen para que la persona
que lo lleva sólo escuche las voces. La elaboración de los audífonos avanza al
mismo ritmo que lo hace el conocimiento en informática, electrónica y psicología.
En niños y en adultos
Los niños sólo pueden utilizar audífonos
retroauriculares, los que se llevan detrás de las
orejas, puesto que si se optara por los que se colocan
dentro del oído sería necesaria una renovación
continua, de acuerdo con las distintas etapas de
crecimiento. El proceso de adquisición y ajuste de los
audífonos varía también entre niños y adultos, ya que
las personas adultas pueden responder a las
preguntas que les formula el audioprotesista. En el caso de los niños, en cambio,
este profesional debe deducir qué sonidos oyen y de qué calidad.
Sordera de un oído o de los dos
Una de las pruebas que realizan los audioprotesistas es la logoaudiometría, de gran
utilidad para evaluar no sólo cuánto oye un paciente, sino cuánto es capaz de
comprender, lo que se conoce como reclutamiento (recruitment). Las personas con
poca capacidad para comprender tienen más dificultades para adaptarse a estos
aparatos. Por otra parte, ante la pérdida auditiva bilateral conviene adquirir los dos
audífonos a la vez, ya que utilizar un solo audífono no garantiza una buena audición,
de la misma forma que nadie utiliza un solo cristal en las gafas. La sordera de un
solo oído es poco común, lo que sucede con mayor frecuencia es que la pérdida de
uno es más acusada que la de otro, pero la persona afectada oye mal con los dos.
Y de la misma forma que el óptico gradúa los dos cristales de las gafas, el
audioprotesista debe ajustar la audición de ambos oídos.
Por esta razón, disponer de dos audífonos ante un caso de sordera bilateral es
fundamental para disfrutar del efecto de estereofonía, ya que permite mantener el
equilibrio, conocer el origen del sonido y localizar las señales acústicas. Aun así,
hay personas que aunque necesitan dos audífonos, sólo utilizan uno por razones
estéticas, por parecer menos sordas o por ahorrar dinero. El balance de esta
decisión es negativo ya que la ausencia del efecto estereofónico hace que en un
ambiente ruidoso o en una reunión familiar los afectados se desorienten, no
entiendan las distintas conversaciones y renuncien a utilizar el audífono. Sin
embargo, quienes optan por utilizar los dos desde el inicio, una vez habituadas, no
renuncian a ellos salvo contadas excepciones.
El espectro de la audición.
El espectro audible, también denominado campo tonal, se halla conformado por las
audiofrecuencias, es decir, toda la gama de frecuencias que pueden ser percibidas por
el oído humano.
Un oído sano y joven es sensible a las frecuencias comprendidas entre los 20 Hz y los 20 kHz.
No obstante, este margen varía según cada persona y se reduce con la edad
(llamamos presbiacusia a la pérdida de audición con la edad). Este rango equivale muy
aproximadamente a diez octavas completas (210=1024). Frecuencias más graves incluso de
hasta 4 ciclos por segundo son perceptibles a través del tacto, cuando la amplitud del sonido
genera una presión suficiente.
Fuera del espectro audible:


Por encima estarían los ultrasonidos (Ondas acústicas de frecuencias superiores a los 20
kHz).
Por debajo, los infrasonidos (Ondas acústicas inferiores a los 20 Hz).
No hay que confundir las audiofrecuencias con las radiofrecuencias. Las audiofrecuencias
son ondas mecánicas (por consiguiente, no se pueden propagar en el vacío, es decir, no tienen
capacidad radiante), y son de baja frecuencia (20Hz - 20kHz) ; mientras que las radiofrecuencias
son ondas electromagnéticas (por tanto, con capacidad radiante), y son altas frecuencias cuyo
margen va de los 3 kHz a los 300 GHz de las microondas.
El espectro audible varía según cada persona y se altera con la edad por eso es muy
importante cuidarlo y no exponerlo a sonidos o ruidos muy fuertes que pueden dañarlo
irremediablemente.
El espectro audible podemos subdividirlo en función de los tonos:
1. Tonos graves (frecuencias bajas, correspondientes a las 4 primeras octavas, esto es,
desde los 16 Hz a los 256 Hz).
2. Tonos medios (frecuencias medias, correspondientes a las octavas quinta, sexta y
séptima, esto es, de 256 Hz a 2 kHz).
3. Tonos agudos (frecuencias altas, correspondientes a las tres últimas octavas, esto es,
de 2 kHz hasta poco más de 16 kHz).
En Occidente se
denominamos octavas.
suele
dividir
el
espectro
audible
en
11
secciones
que
El término de octava se toma de una escala musical. La octava es el intervalo entre dos
sonidos que tienen una relación de frecuencias igual a 1:2 y que corresponde a ocho notas de
una escala musical diatónica; o trece en una escala cromática. Por ejemplo: si comenzamos
con una nota como DO, la octava completa será: DO-RE-MI-FA-SOL-LA-SI-DO. Si el primer LA
estaba afinado en 440 Hz el segundo LA (octava siguiente) estará en 880 Hz.
El valor máximo de las frecuencias de cada octava es el doble del de la anterior.
1. La primera y segunda octava (los tonos más graves, 16 - 64 Hz). No todas las personas
son capaces de percibirlos, depende de la sensibilidad del oído de cada persona.
2. La tercera y cuarta octava (tonos graves medios, 64 - 250 Hz).
3. La Quinta, Sexta y Séptima octava (tonos medios, 250 Hz – 2.000 Hz). Contienen el
tono fundamental y los primeros armónicos de la mayoría de las fuentes sonoras.
4. La octava (tonos agudos, 2.000 Hz – 4.096 Hz). Comprende el margen en que el oído
humano tiene mayor sensibilidad.
5. La novena y décima octava (tonos agudos de frecuencia alta, 4.097 a 16.000 Hz).
Corresponden a un chirrido desagradable y por ello no se utilizan para hacer música.
6. La undécima octava (los tonos más agudos del espectro audible, 16.000 a 20.000 Hz).
No todas las personas son capaces de percibirlos, depende de la sensibilidad del oído
de cada persona.
La octava se puede dividir en valores más pequeños, por ejemplo: la media octava (divide
cada octava en dos) y el tercio de octava (cada intervalo de la octava se divide en tres partes).
En la práctica musical occidental la octava suele dividirse en una escala cromática,
compuesta por 12 semitonos que determina lo que se conoce como altura musical.
Rangos auditivos de algunas especies de animales.
Especie
Perro
Gato
Ratón
Murciélago
Tortuga
Rango (En Hz)
50 -46
30-50
1000-100K
3000-120K
20-1000K
La intensidad del sonido disminuye a medida que el receptor se aleja de la fuente sonora. Este
cambio se produce por el cuadrado de la distancia .
𝑤𝑎𝑡𝑡
)
𝑚2
En general:𝐼 (
=
𝑃
𝐴
=
𝑃
4𝜋𝑅2
La intensidad de sonido se define como la potencia acústica transferida por una onda
sonora por unidad de área normal a la dirección de propagación:
donde I es la intensidad de sonido, A es la potencia acústica y N es el área normal a la
dirección de propagación.
Intensidad de sonido de una onda esférica
En el caso de una onda esférica que se transmite desde una fuente
puntual en el espacio libre (sin obstáculos), cada frente de onda es
una esfera de radio r. En este caso, la intensidad acústica es
inversamente proporcional al área del frente de onda (A), que a su vez
es directamente proporcional al círculo de la distancia a la fuente
sonora.
I=P/A.
La unidad utilizada por el Sistema Internacional de Unidades es
el vatio por metro cuadrado (W/m²).
El oído humano tiene la capacidad de escuchar sonidos a partir de una intensidad de 1012 W/m². Esta intensidad se conoce como umbral de audición. Cuando la intensidad
supera 1 W/m², la sensación se vuelve dolorosa.
Dado que en el rango de intensidades que el oído humano puede detectar sin dolor hay
grandes diferencias en el número de cifras empleadas en una escala lineal, es habitual
utilizar una escala logarítmica. Por convención, en dicha escala logarítmica se emplea
como nivel de referencia el umbral de audición. La unidad más empleada en la escala
logarítmica es el decibelio.
Factores que determinan la intensidad del sonido
1. También depende de la superficie de dicha fuente sonora. El sonido producido por
un diapasón se refuerza cuando éste se coloca sobre una mesa o sobre una caja de
paredes delgadas que entran en vibración. El aumento de la amplitud de la fuente y el
de la superficie vibrante hacen que aumente simultáneamente la energía cinética de la
masa de aire que está en contacto con ella; esta energía cinética aumenta, en efecto,
con la masa de aire que se pone en vibración y con su velocidad media (que es
proporcional al cuadrado de la amplitud).
2. La intensidad de percepción de un sonido por el oído depende también de
su distancia a la fuente sonora. La energía vibratoria emitida por la fuente se
distribuye uniformemente en ondas esféricas cuya superficie aumenta
proporcionalmente al cuadrado de sus radios; la energía que recibe el oído es, por
consiguiente, una fracción de la energía total emitida por la fuente, tanto menor cuanto
más alejado está el oído. Esta intensidad disminuye 6dB cada vez que se duplica la
distancia a la que se encuentra la fuente sonora (ley de la inversa del cuadrado). Para
evitar este debilitamiento, se canalizan las ondas por medio de un "tubo acústico"
(portavoz) y se aumenta la superficie receptora aplicando al oído una "trompeta
acústica".
3. Finalmente, la intensidad depende también de la naturaleza del medio
elástico interpuesto entre la fuente y el oído. Los medios no elásticos, como la lana,
el fieltro, etc., debilitan considerablemente los sonidos.
La intensidad del sonido que se percibe subjetivamente que es lo que se
denomina sonoridad y permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte al más débil.
La contaminación acústica
Cuando en una determinada zona existe un exceso de sonido que altera las condiciones
normales del ambiente , entonces hablamos de contaminación acústica,. Si bien el ruido no se
mantiene en el tiempo como otras formas de contaminación, puede causar daños en la calidad de
vida y la salud. La organización mundial de la salud (OMS) considera que la exposición prolongada
a ambientes en los que el ruido supera los 70dB puede originar daños irreparables a la capacidad
auditiva.
El tono: es la característica de un sonido que permite clasificarlo en agudo
o gabve
El tono está relacionado con la frecuencia.
Los sonidos se definen como la sensación producida en el oído por la puesta en vibración
de cuerpos sonoros. El sonido tiene cuatro propiedades o cualidades básicas que son la altura, la
duración, timbre e intensidad, y son indisociables. El sonido se diferencia del ruido en que puede
ser medido en sus cuatro cualidades básicas mientras que el ruido no puede ser medido en todas.
1. Altura: es la propiedad de lo agudo o grave que tiene un sonido. La altura depende de la
frecuencia de la onda sonora, de la velocidad de vibración del cuerpo sonoro. Entre más vibre, más
agudo será el sonido, entre menos vibre más grave.
2. Intensidad: es el grado de fuerza con que un sonido llega a nuestro oído. La intensidad
depende de la amplitud de la vibración. Es la potencia acústica (volumen) de un sonido, que se
mide en decibeles. De esta manera tendremos sonidos fuertes, medios o débiles.
3. Duración: es el espacio temporal que ocupa un sonido desde su aparición hasta su extinción.
Es equivalente al tiempo que transcurre entre el comienzo y el fin de un sonido. Existen sonidos
largos, que se prolongan en el tiempo, sonidos de mediana duración, y sonidos cortos. Si
combinamos la duración de diferentes sonidos produciremos diferentes ritmos.
4. Timbre: es la característica propia de cualquier sonido o grupo de sonidos. El timbre no solo
comprende las otras tres cualidades (altura, intensidad, duración) y es indisociable de ellas, sino
que es determinado por la fuente sonora (madera, metal, etcétera) y forma de producir el sonido
(soplar, frotar, tañer, etc.). Este identifica la fuente de la cual proviene el sonido, por la forma de las
ondas, asegurando que en las mismas condiciones el sonido producido será semejante al
anterior. Esta cualidad no es medible, sólo es descriptible.
Tenemos tres familias básicas de instrumentos musicales:
Familias de instrumentos
musicales



Cuerdas: son aquéllos instrumentos que efectúan su sonido por la puesta en vibración de
cuerdas. Estos instrumentos, según su ejecución, pueden ser de cuerdas frotadas, como el
violín, o de cuerdas percutidas, como la guitarra.
Vientos: son aquéllos instrumentos que efectúan su sonido por la puesta en vibración de una
columna de aire. Estos instrumentos se clasifican según su material de fabricación. Tenemos
entonces las maderas y los instrumentos de metal.
Percusión: los instrumentos de percusión, son aquellos que suenan a través de golpes a este
mismo. Se pueden clasificar en idiófonos y en membranófonos. (Guevara Sanín, Teoría de la
música, 2010)
Aplicando lo estudiado:
Situación sonora
Un violín emite un
sonido de 350Hz junto a
un clarinete , que emite
un sonido de 216 Hz.
Ambos
instrumentos
poseen un NIS de 50 dB
Dos flautas idénticas
emiten la misma nota
musical : la primera lo
hace con un NIS de 60dB
y la segunda , con un NIS
de 65dB
Un violonchelo emite
una nota de 110 Hz y un
contrabajo, una nota de
igual frecuencia. Ambos
instrumentos poseen un
NIS de 70dB
Intensidad
igual diferente
Tono
Igual
Diferente
Timbre
Igual
Diferente
Rapidez del sonido.
La velocidad del sonido es la dinámica de propagación de las ondas sonoras. En
la atmósfera terrestre es de 343 m/s (a 20 °C de temperatura, con 50 % de humedad y a nivel
del mar). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite. Dado que
la velocidad del sonido varía según el medio, se utiliza el número Mach 1 para indicarla. Así un
cuerpo que se mueve en el aire a Mach 2 avanza a dos veces la velocidad del sonido en esas
condiciones, independientemente de la presión del aire o su temperatura.
La velocidad o dinámica de propagación de la onda sonora depende de las características del
medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la
fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas
propiedades de dicho medio de transmisión.
Medios de propagación
Un avión rompe la barrera del sonido al superar los 1234,8 km/h
La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas
sonoras.
La definición termodinámica de la velocidad del sonido, para cualquier medio, es:
𝜕𝑃
𝑣 = √( )
𝜕𝜌 𝑠
Es decir la derivada parcial de la presión con respecto de la densidad a entropía constante.
La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del medio. Esto se
debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia con que
se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración, y este aumento
de actividad hace aumentar la velocidad.
Por ejemplo, sobre una superficie nevada el sonido es capaz de desplazarse atravesando
grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no
es un medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más
profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más
frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.
En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los
líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los
enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/s. Si
deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarla mediante
la siguiente conversión física: Velocidad del sonido en el aire en km/h = (343 m/1 s) ·
(3600 s/1 h) · (1 km/1000 m) = 1234,8 km/h.

En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s (por cada grado Celsius
que sube la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)
En el agua (a 25 °C) es de 1493 m/s.
En los tejidos es de 1540 m/s.


Velocidad del sonido en los gases
En los gases la ecuación de la velocidad del sonido es la siguiente:1
𝛾𝑅𝑇
𝑣=√
𝑀(𝑥)
Siendo 𝛾 el adiabática; R la constante universal de los gases, T la temperatura
en kelvin y M(x) la masa molar del gas. Los valores típicos para la atmósfera estándar
a nivel del mar son los siguientes:
𝛾 = 1,4 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒.
𝑅 = 8.314
𝐽
𝑚𝑜𝑙 ∗ 𝐾
𝑇 = 293.15°𝐾 (20°𝐶)
𝜌 = 0.029
𝑘𝑔
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑒𝑙 𝑎𝑖𝑟𝑒.
𝑚𝑜𝑙
Velocidad del sonido en los sólidos
𝐸
Esta dada por: 𝑣 = √
𝜌
Donde E corresponde al módulo de Young del sólido.
𝜌 , 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜.
Para el acero corresponde a 5148 m/s
Velocidad del sonido en los Líquidos
𝐾
𝑣=√
𝜌
Donde K corresponde al módulo de compresión del líquido y
𝜌 , 𝐶𝑜𝑟𝑟𝑒𝑠𝑝𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑎 𝑙𝑎 𝑑𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒𝑙 𝑙í𝑞𝑢𝑖𝑑𝑜.
Por ejemplo la velocidad del sonido en el agua de mar es 1500m/s y en agua dulce es 1435
m/s
Rapidez del sonido y la temperatura.
En los sólidos y líquidos el sonido prácticamente no presenta variaciones, sin embargo en los
gases varia con la temperatura. , esto se debe fundamentalmente varia la energía interna del
gas, es decir las partículas que lo conforman se mueven más rápido y en todas las
direcciones, lo que incide directamente en el desplazamiento de una onda sonora a través de
el
Se ha demostrado que la rapidez del sonido en el aire eta dad por:
𝑣 = 331√1 +
𝑡
273
Una velocidad aproximada (en metros/segundo) puede ser calculada mediante la siguiente
fórmula empírica:
𝑣 = 331.5 + 0.6 𝑡 , 𝑑𝑜𝑛𝑑𝑒 𝑡 𝑠𝑒 𝑒𝑥𝑝𝑟𝑒𝑠𝑎 𝑒𝑛 °𝐶
Propiedades de las ondas sonoras.
1- Reflexión del sonido
Cuando una onda sonora se propaga y choca contra un
obstáculo, cambia de dirección y sentido. Este
fenómeno se denomina reflexión del sonido. El
oído humano es capaz de diferenciar el sonido
original del reflejo solo si el tiempo que transcurre
entre ambos es de 0,1s.
La reflexión de las ondas sonoras puede producir
fenómenos como el eco, la reverberación y
la resonancia.
1.1- El eco
El eco es la repetición del sonido que se produce
cuando las ondas sonoras se reflejan en un
obstáculo situado,
al menos, a 17 m del foco emisor y tarda en
regresar a su lugar de origen más de 0,1 s
1.2- La reverberación
La reverberación es la prolongación del sonido que
se produce por las sucesivas reflexiones de las
ondas sonoras que llegan al oído con una
diferencia de menos de 0,1 s.
Reverberación es el fenómeno acústico de reflexión que se produce en un recinto cuando
un frente de onda o campo directo incide contra las paredes, suelo y techo del mismo. El
conjunto de dichas reflexiones constituye lo que se denomina campo reverberante. El
parámetro que permite cuantificar el grado de reverberación de una sala es el llamado
Tiempo de Reverberación (TR), siendo el periodo de tiempo en segundos que transcurre
desde que se desactiva la fuente excitadora del campo directo hasta que el nivel de
presión sonora ha descendido 60 dB respecto de su valor inicial. La determinación teórica
del TR permite relacionar dicho indicador con los parámetros dimensionales y de
absorción de cualquier recinto. La expresión más conocida y utilizada es la fórmula de
Sabine.
En pocas palabras, la reverberación es el eco que se produce en lugares grandes y
vacíos.
Los coeficientes de absorción de estos materiales indicados por bandas de frecuencia son los siguientes:
. Sabine:
Aunque en general, los resultados obtenidos con Eyring deberían salir más exactos, debemos tener en cuenta
que como los coeficientes de absorción acústica han sido medidos basándose en los cálculos de Sabine los
resultados en la mayoría de los casos serán más precisos utilizando los cálculos de Sabine.
1.3- La resonancia
Se produce cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con otro. El
segundo cuerpo, al recibir las frecuencias del primero, se ve forzado a vibrar con la
misma frecuencia. Esto origina que las frecuencias se refuercen y, en consecuencia,
aumente la intensidad del sonido.
a resonancia por definición nos da a entender que es la repercusión de un sonido emitido por
otro, como un reflejo, además de que se puede saber que es la prolongación del sonido y este va
disminuyendo.
“La resonancia es un estado de operación en el que una frecuencia de excitación se encuentra
cerca de una frecuencia natural de la estructura de la máquina. Una frecuencia natural es una
frecuencia a la que una estructura vibrará si uno la desvía y después la suelta. Una estructura
típica tendrá muchas frecuencias naturales. Cuando ocurre la resonancia, los niveles de
vibración que resultan pueden ser muy altos y pueden causar daños muy rápidamente.”
Lo que significa que la resonancia es un fenómeno que se produce cuando coincide la fuerza
propia de un sistema mecánico con la frecuencia de una excitación externa.
La absorción es lo que absorbe a la propagación del sonido.
Cuando una onda sonora alcanza una superficie, la mayor parte de su energía es reflejada,
pero un porcentaje de ésta es absorbido por el nuevo medio. Todos los medios absorben un
porcentaje de sonido que propagan.
La capacidad de absorción del sonido de un material es la relación entre la energía absorbida
por el material y la energía reflejada por el mismo eco. Es un valor que varía entre 0 (toda la
energía se refleja) y 1 (toda la energía es absorbida).
En relación con la absorción ha de tenerse en cuenta:

El coeficiente de absorción que indica la cantidad de sonido que absorbe
una superficie en relación con la incidente.

La frecuencia crítica es la frecuencia a partir de la cual una pared rígida empieza a
absorber parte de la energía de las ondas incidentes.

Tipos de materiales en cuanto a su absorción
1. Materiales resonantes, que presentan la máxima absorción a una frecuencia
determinada: la propia frecuencia del material.
2. Materiales porosos, que absorben más sonido a medida que aumenta la frecuencia.
Es decir, absorben con mayor eficacia las altas frecuencias (los agudos). El material
poroso más difundido en el año 2005 era la espuma acústica.
3. Absorbentes en forma de panel o membrana absorben con mayor eficacia las bajas
frecuencias (los graves), que las altas.
4. Absorbente Helmholtz Es un tipo de absorbente creado artificialmente que eliminan
específicamente unas determinadas frecuencias.
Difracción del Sonido
Difracción: la curvatura de las ondas alrededor de pequeños
obstáculos y la propagación de las ondas más allá de las
pequeñas* aberturas.
* pequeña comparada con la longitud de onda
La difracción
forma
parte importante de nuestra experiencia con el sonido. El hecho de que se pueda
escuchar sonidos alrededor de las esquinas y alrededor de barreras, involucra
tanto la difracción como la reflexión del sonido. La difracción en estos casos
ayuda a que el sonido se "curve en torno a" los obstáculos. El hecho de que la
difracción sea más pronunciada con longitudes de ondas mas largas implica que
se puede escuchar las frecuencias bajas alrededor de los obstáculos, mejor que las
altas frecuencias, como se ilustra en el ejemplo de una banda de música en la
calle. Otro ejemplo común de la difracción, es el contraste entre el sonido de un
rayo cercano y otro lejano. El trueno de un rayo cercano se experimenta como un
chasquido nítido marcado, lo que indica la presencia de una gran cantidad de
sonidos de alta frecuencia. El trueno de un rayo distante se experimenta como un
ruido sordo, ya que son longitudes de ondas largas, que pueden doblarse
alrededor de los obstáculos para llegar a uno. Hay otros factores tales como la
mayor absorción de aire de las altas frecuencias involucradas, pero la difracción
juega un papel importante en la experiencia.
Se puede percibir que la difracción tiene una naturaleza dual, ya que el mismo
fenómeno que hace que las ondas se curven alrededor de los obstáculos, hace que
se extiendan pasadas las aberturas pequeñas. Este aspecto de la difracción
también tiene muchas implicaciones. Además de poderse escuchar el sonido
cuando se encuentre al otro lado de la puerta como en la ilustración de arriba,
esta propagación de las ondas sonoras tiene consecuencias cuando se trata de una
habitación insonorizada. La insonorización adecuada requiere que la sala esté
bien sellada, porque cualquier abertura permite que el sonido en el exterior se
difunda en la sala -es sorprendente la cantidad de sonido que puede entrar a
través de una pequeña abertura-. Por razones similares, es necesario un buen
sellado en las cajas de altavoces.
Otra consecuencia de la difracción es el hecho de que una onda que sea mucho
más larga que el tamaño de un obstáculo, como el poste en el auditorio de arriba,
no puede dar información acerca de ese obstáculo. Un principio fundamental del
tratamiento de imagen, es que no se puede ver un objeto que sea más pequeño
que la longitud de onda de la luz con la que se mira. No se puede ver un virus con
un microscopio de luz, porque el virus es más pequeño que la longitud de onda
de la luz visible. La razón de esta limitación se puede visualizar con el ejemplo
del auditorio: las ondas sonoras se curvan y el frente de onda se reconstruye más
allá del pilar. Cuando se está posicionada a varias veces las longitudes de ondas
del sonido más allá del pilar, no hay nada de la onda que dé información sobre el
pilar. Por consiguiente, de la experiencia con el sonido, se puede obtener ideas
sobre las limitaciones de todo tipo en el procesamiento de imágenes.
El efecto Doppler
Cuando una fuente de sonido se acerca o aleja de un observador, el tono del sonido percibido
varía. Este fenómeno se conoce como efecto Doppler y fue explicado por primera vez en 1842 por
el físico austriaco Christian Doppler (1803-1853).
Tomemos por ejemplo la sirena de una ambulancia. Cuando se acerca, las ondas sonoras que se
propagan hacia delante están más apretadas, y llegan a nuestros oídos con más frecuencia y la
sirena tiene un tono más agudo. Cuando se aleja, las ondas que se propagan hacia atrás están
mas separadas, de frecuencia más baja y el sonido es más grave. Cuanto mayor es la velocidad
de la fuente de sonido mayor es el cambio de frecuencia.
Cuando la fuente de ondas y el observador están en movimiento relativo con respecto al
medio material en el cual la onda se propaga, la frecuencia de las ondas observadas es
diferente de la frecuencia de las ondas emitidas por la fuente. Este fenómeno recibe el
nombre de efecto Doppler en honor a su descubridor.
En primer lugar, vamos a observar el fenómeno, y después obtendremos la fórmula que
relaciona la frecuencia de las ondas observadas con la frecuencia de las ondas emitidas, la
velocidad de propagación de las ondas vs, la velocidad del emisor vE y la velocidad del
observador vO.
Consideraremos que el emisor produce ondas de forma continua, pero solamente
representaremos los sucesivos frentes de ondas, circunferencias centradas en el emisor,
separados por un periodo, de un modo semejante a lo que se puede observar en la
experiencia en el laboratorio con la cubeta de ondas. En la simulación más abajo,
fijaremos la velocidad de propagación del sonido en una unidad vs=1, y el periodo de las
ondas sea también la unidad, P=1, de modo que los sucesivos frentes de onda se desplazan
una unidad de longitud en el tiempo de un periodo, es decir, la longitud de las ondas
emitidas es una unidad, =vsT.
El observador en reposo
Empezamos por el caso más sencillo, en el que el observador está en reposo, a la
izquierda o a la derecha del emisor de ondas. Vamos a estudiar diversas situaciones
dependiendo de la velocidad del emisor.
Recordaremos que en el estudio de las del movimiento ondulatorio armónico, se
estableció la relación entre longitud de onda y periodo,  =vsT.
El emisor está en reposo (vE=0)
Se dibujan los sucesivos frentes de ondas que son
circunferencias separadas una longitud de onda, centradas en
el emisor. El radio de cada circunferencia es igual al
producto de la velocidad de propagación por el tiempo
transcurrido desde que fue emitido. La separación entre dos
frentes de onda es una longitud de onda, =vsT, siendo T el
periodo o tiempo que tarda en pasar dos frentes de onda
consecutivos por la posición del observador.

La longitud de onda medida por el emisor y por el observador es la misma, una
unidad, E=O=1.
Cuando el emisor está en movimiento (vE<vs)
Consideramos primero el caso de que la velocidad del emisor vE sea menor que la
velocidad de propagación de las ondas en el medio vs (vE<1).
Si el movimiento del emisor va de izquierda a derecha (velocidades positivas), la longitud
de onda medida por el observador situado a la derecha es más pequeña que la unidad, y la
longitud de onda medida por el observador situado a la izquierda del emisor es mayor que
la unidad.


Observador situado a la derecha del emisor O<E
Observador situado a la izquierda del
emisor O>E
Como  =vP, o bien  =v/f , hay una relación inversa
entre longitud de onda  y la frecuencia f.


Observador situado a la derecha del emisor fO>fE
Observador situado a la izquierda del
emisor fO<fE
Si el emisor emite ondas sonoras, el sonido escuchado por el observador situado a la
derecha del emisor, será más agudo y el sonido escuchado por el observador situado a la
izquierda será más grave. En otras palabras, cuando el emisor se acerca al observador, éste
escucha un sonido más agudo, cuando el emisor se aleja del observador, éste escucha un
sonido más grave.
Cuando el emisor está en movimiento (vE=vs)
Cuando la velocidad del emisor vE sea igual que la
velocidad de propagación de las ondas en el
medio vs(vE=1), la longitud de onda medida por el
observador situado a la derecha del emisor es cero. Si el
emisor es un avión que va a la velocidad del sonido, los
sucesivos frentes de las ondas emitidas se agrupan en la
punta o morro del avión.
Cuando el emisor está en movimiento (vE>vs)
Cuando la velocidad del emisor vE sea mayor que la velocidad de propagación de las
ondas en el medio vs (vE>1), el movimiento ondulatorio resultante es entonces una onda
cónica (la envolvente de los sucesivos frentes de onda es un cono con el vértice en el
emisor), esta onda se llama onda de Mach u onda de choque, y no es más que el sonido
repentino y violento que oímos cuando un avión supersónico pasa cerca de nosotros. Estas
ondas se observan también en la estela que dejan los botes que se mueven con mayor
velocidad que las ondas superficiales sobre el agua.
La envolvente, es la recta tangente común a todas las circunferencias. En el espacio, los
frentes de onda son esferas y la envolvente es una superficie cónica.
En el instante t=0, el emisor se encuentra
en B, emite una onda que se propaga por
el espacio con velocidad vs. En el
instante t el emisor se encuentra en O, y
se ha desplazado vE·t, En este instante, el
frente de onda centrado en B tiene un
radio vs·t.
En el triángulo rectángulo OAB el ángulo
del vértice es sen θ=vs/vE. El
cociente vE/vs.se denomina número de
Mach.
El observador está en movimiento (vE<vs y vO<vs)
Consideramos solamente el caso en el que la velocidad del emisor y la
velocidad del observador es menor que la velocidad de propagación de las
ondas en el medio.
Actividades
Se introduce



La velocidad del emisor (positiva), actuando en la barra de
desplazamiento titulada V. emisor
La velocidad del observador (positiva o negativa), actuando en la barra
de desplazamiento titulada V. observador
La velocidad de propagación del sonido se ha fijado en vs=1.0
Se pulsa el botón titulado Empieza
Podemos comprobar que el efecto Doppler se debe al movimiento relativo del
observador con respecto al emisor, haciendo que el observador y el emisor se
muevan con la misma velocidad y en la misma dirección. Medimos el tiempo
que tarda en pasar por el emisor, dos frentes de ondas consecutivos, y lo
comparamos con el periodo de las ondas emitidas (una unidad de tiempo).
¿Coinciden ambas cantidades?. Para medir dichos intervalos de tiempo,
utilizar los botones Pausa/Continua y Paso.
Deducción de la fórmula del efecto Doppler
A partir de la observación del movimiento del emisor, del observador y de los sucesivos
frentes de onda, vamos a obtener la fórmula que describe el efecto Doppler.
En la parte superior de la figura, tenemos dos señales, que pueden corresponder a dos
picos consecutivos de una onda armónica, separados un periodo T. En la parte inferior,
los dos puntos coloreados representan las posiciones del emisor (en rojo) y del
observador (en azul). En el instante inicial t=0 en el que se emite la primera señal, el
emisor y el observador están separados una distancia d desconocida, que no afecta al
fenómeno en cuestión.
La primera señal es recibida por el observador en el instante t. La señal se desplaza el
camino marcado en trazo grueso negro en la parte superior de la figura, desde que se
emite hasta que se recibe, podemos por tanto, escribir la ecuación
vs·t=d+vO·t
La segunda señal se emite en el instante P, y se recibe en el instante t’. En el intervalo
de tiempo entre la primera y la segunda señal, el emisor se desplaza vEP. La segunda
señal recorre desde que se emite hasta que se recibe, el camino señalado en trazo grueso
negro en la parte inferior de la figura. Por tanto, podemos escribir la ecuación
d-vE·T+vO·t’=vs·(t’-T)
Eliminando la cantidad desconocida d entre las dos ecuaciones, relacionamos el
periodo P’=t’-t, de las ondas recibidas, con el periodo P de las ondas emitidas.
Teniendo en cuenta que la frecuencia es la inversa del periodo, obtenemos la relación
entre frecuencias, o fórmula del efecto Doppler.
Ejercicio:
Un silbato emite sonido de frecuencia 500 Hz se mueve con una máquina de tren a
velocidad de 90 km/h. Un conductor se mueve en la misma dirección pero en sentido
contrario en un vehículo con una velocidad de 144 km/h acercándose al tren. Calcular
la frecuencia del sonido escuchado por el conductor
vE=25 m/s
vs=340 m/s
vO=-40 m/s
La frecuencia del sonido escuchado
es f'= 603 Hz
vE=-25 m/s
vs=-340 m/s
vO=40 m/s
La frecuencia del sonido escuchado
esf ' =603 Hz
Problemas de aplicación: