viernes, 17 de septiembre de 2010

El sonido es la vibración de un medio elástico, bien sea gaseoso, líquido o sólido. Cuando nos referimos al sonido audible por el oído humano, estamos hablando de la sensación detectada por nuestro oído, que producen las rápidas variaciones de presión en el aire por encima y por debajo de un valor estático. Este valor estático nos lo da la presión atmosférica (alrededor de 100.000 pascals) el cual tiene unas variaciones pequeñas y de forma muy lenta, tal y como se puede comprobar en un barómetro.
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Compresión del sonido
La presión sonora o acústica es producto de la propia propagación del sonido. La energía provocada por las ondas sonoras generan un movimiento ondulatorio de las partículas del aire, provocando la variación alterna en la presión estática del aire (pequeñas variaciones en la presión atmosférica.
Ondas sonoras
Un murciélago es capaz de detectar, capturar y tragar decenas de insectos en un minuto en pleno vuelo, y todo ello en una oscuridad total. Esto es posible gracias a que éste emite ondas y cuyo eco, al rebotar con el insecto, es detectado y reconocido por el propio murciélago. Estas ondas son de altísima frecuencia y son imperceptibles para el oído humano. Pero esto no quiere decir que podamos oír. Nuestro oído es capaz de percibir sonidos de frecuencias comprendidas entre los 16 Hz y los 16.000 Hz y a las ondas con dicho espectro de frecuencias se le denomina ondas sonoras.
Existen dos tipos de ondas sonoras dependiendo de cómo se desplacen las partículas por el medio:
Ondas Longitudinales: Cuando el movimiento de las partículas es paralelo a la dirección de propagación.
Ondas transversales: Cuando el movimiento de las partículas es perpendicular a la dirección de propagación.


 
Las ondas sonoras se desplazan en todas las direcciones constituyendo "frentes de onda" que corresponderían con las superficies "equipotenciales" de las ondas. Dependiendo como sean estos podremos clasificar a las ondas sonoras como:
·        Ondas Planas: Las superficies que contienen los puntos que tienen los mismos valores de amplitud son planos perpendiculares a la dirección de propagación. Se producen cuando la propagación de la onda solo se realiza en una dirección.

·        Ondas Esféricas: Las superficies equipotenciales son esferas concéntricas que se desplazan incrementado su radio y se producen cuando el sonido se propaga en todas las direcciones con igual intensidad. Por ser cada vez mayor la superficie que contiene la excitación, se atenúan con el cuadrado de la distancia, convirtiéndose cuando el radio es suficientemente grande a efectos prácticos, en ondas planas.

·        Ondas cilíndricas: Cuando la fuente de sonido esta constituida por una recta, los frentes de onda se desplazan alejándose de ella formando superficies de cilindro cuyo radio se va incrementando, por lo que la superficie que contiene la excitación va en aumento y sufren una atenuación que es inversamente proporcional a la distancia, lo mismo que en las ondas esféricas que, cuando se encuentran muy lejos de la fuente, se comportan como ondas planas.

·        Ondas progresivas: Cuando los frentes de onda viajan libremente transfiriendo energí

·        Ondas estacionarias: Cuando una onda se encuentra limitada en un recinto, de forma que no existe transferencia neta de energía en ninguna dirección.
Características de las Ondas sonoras:
  • Amplitud: Es la diferencia entre los valores máximos y mínimos del movimiento ondulatorio en un punto. Representa la variación de presión existente en ese punto.
  • Frecuencia: Es el número de veces que un fenómeno (periódico) se repite a sí mismo por segundo. Es la inversa del periodo de repetición (T).
    Se mide en Hertzios (Hz), que representa la cantidad de oscilaciones por segundo.
  • Velocidad: Es la velocidad a la que viaja la onda sonora. Depende del medio donde se propaga y de la temperatura. Suponiendo que el aire es una gas ideal la temperatura (Tº) se puede calcular.
  • Longitud de onda: Es la distancia perpendicular entre dos frentes de onda que tienen la misma fase. Esta longitud es la misma que la recorrida por la onda en un ciclo completo de vibración.
Fuentes sonoras

El sonido puede ser producido por distintos tipos de fuentes y procesos. Estos son:
  1. Cuerpos en vibración. Un ejemplo de este tipo de fuentes es un diapasón, el cual al ponerse en vibración genera un cierto tipo de onda sonora. Al estar la fuente vibrando, causa un desplazamiento en el aire cercano, lo que produce cambios locales en la presión de aire. Estas fluctuaciones de presión viajan en forma de una onda. Los cuerpos en vibración son las fuentes sonoras más comunes.
  2. Cambios en flujos de aire. Un ejemplo de este tipo de fuentes es lo que sucede cuando hablamos. Las cuerdas vocales se abren y cierran en forma alternada, produciendo cambios en la tasa del flujo de aire, lo que a su vez se traduce en una onda sonora. Este mismo principio se aplica a los instrumentos de viento como el clarinete u oboe. Otro ejemplo de este tipo de fuentes es una sirena, la cual produce sonido a través de una placa rotatoria bloquea en forma alternada el flujo proveniente de un compresor de aire.
  3. Fuentes de calor. Una chispa eléctrica produce un sonido, tal como lo produce un trueno. En estos casos, el sonido se produce por un brusco cambio en la temperatura, el cual produce una veloz expansión del aire circundante.
  4. Flujo supersónico. En el caso de un avión supersónico se producen ondas de choque que fuerzan al aire a viajar más rápido que la velocidad del sonido.

Características del Sonido
·        Características objetivas y subjetivas:
Lo visto hasta ahora corresponde a magnitud físicas de los sonidos, pero como ya comentamos anteriormente, una de cosa es la descripción física del sonido y otra la sensación fisiológica de éste.
Las características del sonido podrían entonces clasificarse en objetivas y subjetivas.
A continuación describiremos algunas de las características objetivas de los sonidos para adentrarnos posteriormente en el estudio de las subjetivas.

- Refracción: en un medio homogéneo el sonido tiende alejarse de la fuente de forma esférica a una superficie plana. (Onda plana). Sin embargo, si la elasticidad o densidad del medio no es la misma en todas las direcciones, por ejemplo por diferencia de temperatura, el frente de onda puede desviarse y cambia la dirección de propagación. Este fenómeno se conoce como refracción. En tales circunstancias, las líneas de propagación del sonido se flexionan.

- Difracción: es la distorsión de un campo de sonido causada por la presencia de un obstáculo.
Cuando un disturbio vibratorio (onda sonora) incide en la abertura de una pared, algo de su energía pasa a través de la abertura. Si la abertura es pequeña comparada con la longitud de onda, el disturbio sufrirá una acentuada dispersión en la región posterior a la pared. En tal caso, la abertura actúa en cierto aspecto, como una fuente de energía para la región posterior.

- Reflexión: en el límite de dos medios capaces de conducir, ocurre tanto la absorción como la reflexión de energía. Esta última no es más que una especie de rebote de la onda que incide sobre la superficie, de forma que la onda reflejada o rebotada es de igual característica que la incidente y formando ahora un ángulo simétrico con la perpendicular a la superficie. Hay dos tipos de reflexiones: difusa y regular.

- Absorción y atenuación: algunas veces es deseable reducir la reflexión dentro de un recinto. Con este objeto, el plafón o los muros pueden ser cubiertos con un material que sea de naturaleza tal y construcción que absorba un gran porcentaje de la energía incidente. La efectividad de un material para absorber el sonido se denomina coeficiente de absorción y en general varía con la frecuencia, representa la fracción de la energía absorbida comparada con la energía total incidente.

- Ecos: la reflexión del sonido da lugar al familiar fenómeno del eco. Este se origina principalmente cuando la superficie reflectante se encuentra perpendicular a la dirección del sonido. Este efecto es muy útil en los sondeos para estudios geofísicos o de petróleo, donde unos transductores reconocen e interpretan los ecos producidos por los distintos estratos terrestres tras una explosión, calculando de esta forma la profundidad de las formaciones.


·        Pasamos a continuación a describir las características subjetivas:
Cuando se escucha aisladamente un sonido sostenido, es posible distinguirle tres atributos subjetivos básicos: intensidad, tono y timbre. Cuando se escucha una secuencia de sonidos en un recinto cerrado es posible distinguir muchos otros atributos resultantes de la comparación de los distintos sonidos y de la interacción con el recinto, atributos que no trataremos aquí.

- Intensidad: al vibrar un foco sonoro producirá ondas de una determinada amplitud, siendo la intensidad proporcional al cuadrado de la misma, teniendo así sonidos fuertes o débiles. EL atributo subjetivo de la intensidad tiene relación con la magnitud de la presión de una onda de sonido. De acuerdo con esta magnitud los sonidos pueden ser fuertes o intensos en un extremo y débiles en el otro. Se define como el flujo neto de energía que pasa a través de una unidad de área en una dirección determinada.

- Tono: permite distinguir los sonidos agudos de los graves, siendo los agudos los producidos por focos que vibran a frecuencias elevadas y los graves los que vibran a frecuencias bajas. El tono representa la posición del sonido en la escala musical y es en función de la frecuencia.

- Timbre: esta cualidad nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y tono producidos por dos focos diferentes. Dos violines, por ejemplo, de diferente fabricación producen diferente timbre aun tocando la misma nota.

Resonancia
Es uno de los fenómenos más importantes en el estudio del sonido.
Muchas fuentes de sonido, tales como las cuerdas vocales o un violín, pueden producir, vibrando libremente en el aire, solo sonidos de muy baja intensidad, ya que no logran agitar enérgicamente el aire.


Por lo tanto, es necesario contar con un medio por el cual aumentar la intensidad de los débiles sonidos emitidos por dichos cuerpos. Para esto se aprovecha el fenómeno de la resonancia.
Cualquier cuerpo capaz de oscilar libremente puede también oscilar bajo la acción de una fuerza que puede tener una frecuencia igual o distinta a su frecuencia natural. Si los impulsos de excitación se sincronizan, incrementos de energía extremadamente pequeños harán que el cuerpo describa oscilaciones de, relativamente gran amplitud.


ü      ONDAS INFRASONICAS
Son ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del umbral de sensibilidad humano (20 Hz). El estudio de los infrasonidos  se centra en la atenuación y/o eliminación de frecuencias perjudiciales para la salud o el bienestar. Fuentes artificiales generadoras de infrasonidos pueden ser motores, sistemas de ventilación o sistemas de calefacción y fuentes naturales, las tormentas, terremotos, fuertes vientos, volcanes y, en general, todo fenómeno que suponga movimiento de una gran masa.

·       Infrasonidos
Podemos definir los infrasonidos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. Pero, debido a que la mayoría de los aparatos electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30 Hz, consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por debajo de los 30 Hz.
ü      ONDAS ULTRASONICAS
Son ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del umbral de sensibilidad humana (20 hz.). Los ultrasonidos tienen multitud de aplicaciones
: en medicina (terapia, ecografía, etc.), en oceanografía (medición de profundidades, detección de icebergs, funcionamiento del sónar, etc.) en la industria y en teledirección, entre otras.

·       Ultrasonidos
Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20 Hz aproximadamente. Las frecuencias utilizadas en la práctica pueden llegar, incluso, a los gigahertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.