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L a G r a n E n c i c l o p e d
i a I l u s t r a d a d e l P r o y e c t o S a l ó n H o
g a r
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EL SONIDO
Contenido Revisado
El sonido proviene
de cuerpos que vibran. Estas vibraciones
sonoras se propagan comúnmente a través del aire,
hasta llegar a los oídos. Sin embargo, el medio por el que
se propaga el sonido no se traslada junto con él, sino
que cada molécula vibra en su posición y transmite
esa vibración a las moléculas que la rodean, manteniendo
su posición inicial.
A la propagación de las vibraciones en un medio cualquiera,
sea éste sólido, líquido o gaseoso, se
la llama onda.
Las ondas sonoras no pueden propagarse en el vacío. La velocidad
de propagación será diferente en cada medio.
En el aire su velocidad es de 340 metros por segundo.
El sonido posee diferentes características que hacen
que no siempre lo escuchemos igual:
- La intensidad: volumen de un sonido, que puede ser más
fuerte o más débil.
- El tono:
cualidad que permite a un sonido ser grave o agudo.
- El timbre: conjunto de características que permiten
distinguir cada voz o instrumento.
. |
|
 |
Cuando se produce una perturbación periódica
en el
aire,
se originan
ondas
sonoras longitudinales. Por ejemplo, si se golpea un diapasón
con un martillo, las ramas vibratorias emiten
ondas
longitudinales. El
oído,
que actúa como receptor de estas
ondas
periódicas, las interpreta como
sonido.
Entonces el
sonido
es la vibración de un medio elástico, bien sea gaseoso, liquido
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.
¿Cómo son de pequeñas y de rápidas las variaciones de
presión
que causan el sonido?. Cuando las rápidas variaciones de presión
se centran entre 20 y 20.000 veces por segundo (igual a una
frecuencia de 20 Hz a 20 kHz) el sonido es potencialmente
audible aunque las variaciones de presión puedan ser a veces tan
pequeñas como la millonésima parte de un
pascal.
Los sonidos muy fuertes son causados por grandes variaciones de
presión, por ejemplo una variación de 1
pascal
se oiría como un sonido muy fuerte, siempre y cuando la mayoría
de la energía de dicho sonido estuviera contenida en las
frecuencias medias (1kHz - 4 kHz) que es donde el oído humano es
mas sensitivo.
El sonido puede ser producido por diferentes
fuentes,
desde una
persona
hablando hasta un altavoz vibrando y puede viajar a través de
distintos
medios
de propagación.
ELEMENTOS
Deben existir dos factores para que exista el
sonido. Es necesaria una fuente de vibración mecánica y
también un medio elástico a través del cual se propague
la perturbación. La fuente puede ser un diapasón, una cuerda que
vibre o una columna de
aire
vibrando en un tubo de órgano. Los sonidos se producen por una
materia
que vibra.
La necesidad de la existencia de un medio
elástico se puede demostrar colocando un timbre eléctrico dentro
de un frasco conectado a una bomba de vacío. Cuando el timbre se
conecta a una batería para que suene continuamente, se extrae
aire del frasco lentamente, a medida que va saliendo el aire del
frasco, el sonido del timbre se vuelve cada vez más débil hasta
que finalmente ya no se escucha.
Cuando se permite que el aire penetre de
nuevo al frasco, el timbre vuelve a sonar. Por lo tanto, el aire
es necesario para transmitir el sonido.
PROPAGACIÓN
Para que el sonido pueda llegar a nuestros
oídos necesita un espacio o medio de propagación, este
normalmente suele ser el aire la
velocidad
de propagación del sonido en el aire es de unos 334 m/s y a 0º
es de 331,6 m/s.
La
velocidad
de propagación es proporcional a la raíz cuadrada de la
temperatura
absoluta y es alrededor de 12 m/s mayor a 20º.
La
velocidad
es siempre independiente de la presión atmosférica. Como hemos
visto cuando mayor sea la
temperatura
del
ambiente
menos rápido llegara el sonido a nuestros oídos, es por eso que
algunas personas dicen que "en invierno se suele escuchar mejor"
es decir, a mayor
temperatura
menor respuesta del sonido en el aire.
|
MEDIO |
TEMPERATURA (C°) |
VELOCIDAD (m/s) |
|
Aire |
0 |
331,46 |
|
Argón |
0 |
319 |
|
Bióxido de Carbono |
0 |
260,3 |
|
Hidrógeno |
0 |
1286 |
|
Helio |
0 |
970 |
|
Nitrógeno |
0 |
333,64 |
|
Oxigeno |
0 |
314,84 |
|
Agua destilada |
20 |
1484 |
|
Agua de mar |
15 |
1509,7 |
|
Mercurio |
20 |
1451 |
|
Aluminio |
17-25 |
6400 |
|
Vidrio |
17-25 |
5260 |
|
Oro |
17-25 |
3240 |
|
Hierro |
17-25 |
5930 |
|
Plomo |
17-25 |
2400 |
|
Plata |
17-25 |
3700 |
|
Acero inoxidable |
17-25 |
5740 |
El sonido se propaga a diferentes velocidades
en
medios
de distinta
densidad.
En general, se propaga a mayor velocidad en líquidos y sólidos
que en
gases
(como el aire). La velocidad de propagación del sonido es, por
ejemplo, de unos 1.509,7 m/s en
el agua
y de unos 5.930 m/s en el
acero.
Un cuerpo en oscilación pone en
movimiento
a las moléculas de aire (del medio) que lo rodean. Éstas, a su
vez, transmiten ese
movimiento
a las moléculas vecinas y así sucesivamente.
Cada molécula de aire entra en oscilación en
torno
a su punto de reposo. Es decir, el desplazamiento que sufre cada
molécula es pequeño. Pero el
movimiento
se propaga a través del medio. Entre la fuente sonora (el cuerpo
en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entonces
una transmisión de energía pero no un traslado de
materia.
No son las moléculas de aire que rodean al
cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al
tímpano, sino las que están junto al mismo, que fueron puestas
en movimiento a medida que la onda se fue propagando en el
medio.
El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que
sufren las distintas moléculas de aire genera zonas en las que
hay una mayor concentración de moléculas (mayor
densidad),
zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor
concentración de moléculas (menor
densidad),
zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o menor densidad
generan una variación alterna en la presión
estática
del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que
se conoce como presión sonora.
El sonido es una onda
mecánica
longitudinal que se propaga a través de un medio elástico. El
sonido no se propaga en el vacío
CUALIDADES
Las cualidades que caracterizan el sonido son
la intensidad, su altura o tono y su timbre.
La intensidad
La intensidad de un sonido viene determinada por la amplitud
del movimiento oscilatorio, subjetivamente, la intensidad de un
sonido corresponde a nuestra
percepción
del mismo como más o menos fuerte. Cuando elevamos el
volumen
de la cadena de
música
o del televisor, lo que hacemos es aumentar la intensidad del
sonido.
El tono o altura
El tono de un sonido depende únicamente de su frecuencia, es
decir, del número de oscilaciones por segundo. La altura de un
sonido corresponde a nuestra
percepción
del mismo como más grave o más agudo. Cuando mayor sea la
frecuencia, más agudo será el sonido. Esto puede comprobarse,
por ejemplo, comparando el sonido obtenido al acercar un trozo
de cartulina a una sierra de disco: cuando mayor sea la
velocidad de rotación del disco más alto será el sonido
producido.
El timbre
El timbre es la cualidad del sonido que nos
permite distinguir entre dos sonidos de la misma intensidad y
altura. Podemos así distinguir si una nota ha sido tocada por
una trompeta o un violín. Esto se debe a que todo sonido musical
es un sonido complejo que puede ser considerado como una
superposición de sonidos simples.
NIVELES
|
SONIDO |
NIVEL DE INTENSIDAD dB |
|
Umbral de audición |
0 |
|
Susurro de las hojas |
10 |
|
Murmullo de las hojas |
20 |
|
Radio de
volumen
bajo |
40 |
|
Conversación normal |
35 |
|
En una esquina de una calle
transitada |
80 |
|
Transporte subterráneo |
100 |
|
Umbral de dolor |
120 |
|
Motor a propulsión |
140 ~ 160 |
Para medir el nivel sonoro disponemos de los
Sonómetros. Estos aparatos nos permiten conocer el Nivel de
Presión sonora o SPL (Sound Presure Level). Normalmente suelen
ser
sistemas digitales
y presentan en una pantalla de cristal líquido
los valores
medidos. Estos siempre se dan como decibelios dB y en referencia
al
valor
antes señalado de (2E-5 Pa). Con el sonómetro es posible además
del hallar el valor (RMS) de la presión, también ver los picos
máximos y niveles mínimos de la medida. Como se vera en el
capitulo de ponderaciones, los sonómetros normalmente no dan la
medida en dB lineales si no que dan ya con la ponderación y son
dBA/dBC etc..
UNIDADES DE MEDIDA
Frecuencias Hz
La frecuencia de una onda sonora se define como el numero de
pulsaciones (ciclos) que tiene por unidad de
tiempo
(segundo).La unidad correspondiente a un ciclo por segundo es el
herzio (Hz).
Las frecuencias mas bajas se corresponden con lo que
habitualmente llamamos sonidos "graves", son sonidos de
vibraciones lentas. Las frecuencias más altas se corresponden
con lo que llamamos "agudos" y son vibraciones muy
rápidas
Decibelio (dB)
El decibelio es una unidad logarítmica de medida utilizada en
diferentes disciplinas de
la ciencia.
En todos los casos se usa para comparar una cantidad con otra
llamada de referencia. Normalmente el valor tomado como
referencia es siempre el menor valor de la cantidad. En algunos
casos puede ser un valor promediado aproximado.
En Acústica la mayoría de las veces el decibelio se utiliza
para comparar la presión sonora, en el aire, con una presión de
referencia. Este nivel de referencia tomado en Acústica, es una
aproximación al nivel de presión mínimo que hace que nuestro
oído sea capaz de percibirlo. El nivel de referencia varía
lógicamente según el tipo de medida que estemos realizando. No
es el mismo nivel de referencia para la presión acústica, que
para la intensidad acústica o para la
potencia
acústica.
La razón por la que se utiliza el decibelio
es que si no, tendríamos que estar manejando números o muy
pequeños o excesivamente grandes, llenos de ceros, con lo que la
posibilidad de error seria muy grande al hacer cálculos. Además
también hay que tener en cuenta que el
comportamiento
del oído humano esta mas cerca de una
función
logarítmica que de una lineal, ya que no percibe la misma
variación de nivel en las diferentes escalas de nivel, ni en las
diferentes bandas de frecuencias
El espectro de frecuencias audible varía
según cada
persona,
edad etc. Sin embrago normalmente se acepta como el intervalos
entre 20 Hz y 20 kHz.
CUIDADOS
Ruido
El
ruido
es cualquier sonido no deseado, el cual puede interferir en
la comunicación
hablada, en
el trabajo
y en las actividades rutinarias; en ciertos casos, puede afectar
a la
conducta;
puede producir una perdida temporal del oído y, si el nivel de
ruido
es suficientemente alto, puede ser responsable de un daño
permanente en el mecanismo auditivo.
La intensidad de los distintos ruidos se mide
en decibeles, unidad de medida de la presión sonora. El umbral
de audición está en 0dB (Mínima intensidad del estímulo) y el
umbral de dolor está en 120 dB. Para tener una aproximación de
la
percepción
de la audición del oído humano, se creó una unidad basada en el
dB que se denomina decibel A (dBA).
El oído humano tiene la capacidad de soportar
cierta intensidad de los ruidos; si estos sobrepasan los niveles
aceptables, provocan daños en el órgano de la audición. En la
ciudad, los niveles de
ruido
oscilan entre 35 y 85 dBA, estableciéndose que entre 60 a 65 dBA
se ubica el umbral del ruido diurno que comienza a ser molesto.
Por ejemplo: en una
biblioteca
se tienen 40 dBA, en una conversación en voz alta 70 dBA (1 m.
de distancia), tráfico en una calle con mucho movimiento sobre
85 dBA y el despegue de un avión 120 dBA ( 70 mts. De
distancia).
¿A partir de que niveles el sonido es
perjudicial?
El nivel del sonido es perjudicial por encima
de los 100 dBA es muy recomendable siempre que sea posible
utilizar protectores para los oídos. Si la
exposición
es prolongada, por ejemplo en puestos de trabajos, se considera
necesario el utilizar protectores en ambientes con niveles de 85
dBA, siempre y cuando la
exposición
sea prolongada. Los daños producidos en el oído por exposiciones
a ruidos muy fuertes son acumulativos e irreversibles, por lo
que se deben de extremar las precauciones. De la
exposición
prolongada a ruidos se observan trastornos nerviosos, cardiacos
y mentales.
Proteja sus oídos
Sepa cuáles ruidos pueden causar daños.
Use tapones para orejas al participar en
cualquier actividad en ambientes muy ruidosos.
110 Decibeles
El estar expuesto con regularidad por más de
1 minuto podría resultar en la pérdida permanente del oído.
100 Decibeles
No se recomienda estar expuesto sin ninguna
protección por más de 15 minutos.
90 Decibeles
El estar expuesto por períodos prolongados a
cualquier ruido de más de 90 decibelios puede causar la pérdida
gradual del oído
Para lo que una
persona
es
volumen
fuerte para otra es moderado. Lo que una persona percibe como
calidad
otra lo considera inferior. Por ello, los físicos deben tratar
con definiciones mesurables explicitas; por tanto, intentan
correlacionar los efectos sensoriales con las propiedades
físicas de las ondas; dichas correlaciones pueden resumirse
como:
|
EFECTO SENSORIAL |
PROPIEDAD FISICA |
|
Intensidad acústica |
Intensidad |
|
Tono |
Frecuencia |
|
Timbre |
Forma de onda |
El significado de los términos de la
izquierda puede variar considerablemente entre los individuos,
pero los de la derecha son mesurables y
objetivos.
ACUSTICA
La acústica es la rama de la
física
y de la técnica que estudia el sonido en toda la amplitud,
ocupándose así de su
producción
y propagación, de su
registro
y
reproducción,
de la
naturaleza
del
proceso
de audición, de los instrumentos y aparatos para la medida, y
del
proyecto
de salas de audición que reúnan cualidades idóneas para una
perfecta audición.
INTENSIDAD ACUSTICA Y NIVEL DE
INTENSIDAD ACUSTICA
Se puede definir como la cantidad de energía sonora
transmitida en una
dirección
determinada por unidad de arrea. Con buen oído se puede citar
dentro de un rango de entre 0.000000000001 w por metro cuadrado,
hasta 1 w.
Para realizar la medida de intensidades se utiliza
actualmente analizadores de doble canal con posibilidad de
espectro cruzado y una sonda que consiste en dos micrófonos
separados a corta distancia.
Permite determinar la cantidad de energía sonora que radia
una fuente dentro de un
ambiente
ruidoso. No es posible medirlo con un sonómetro. El nivel de
intensidad sonora se mide en w/m2.
POTENCIA ACUSTICA Y NIVEL DE
POTENCIA
ACUSTICA
La
potencia
acústica es la cantidad de energía radiada por una fuente
determinada. El nivel de potencia Acústica es la cantidad de
energía total radiada en un segundo y se mide en w. La
referencia es 1pw = 1E-12 w.
Para determinar la potencia acústica que
radia una fuente se utiliza un
sistema
de
medición
alrededor de la fuente sonora a fin de
poder
determinar la energía total irradiada.
La potencia acústica es un valor intrínseco
de la fuente y no depende del local donde se halle. Es como una
bombilla, puede tener 100 w y siempre tendrá 100 w la pongamos
en nuestra habitación o la pongamos dentro de una nave enorme su
potencia siempre Serra la misma. Con la potencia acústica ocurre
lo mismo el valor no varia por estar en un local reverberante o
en uno seco. Al contrario de la Presión Acústica que si que
varia según varíe las
características
del local donde se halle la fuente, la distancia etc.
EFECTO DOPPLER
Todos hemos notado que la altura (una de las
características
de un sonido) de la sirena de una ambulancia que se aproxima se
reduce bruscamente cuando la ambulancia pasa al lado nuestro
para alejarse. Esto es lo que se llama "Efecto Doppler". El
fenómeno fue descrito por primera vez por el matemático y físico
austriaco Christian Doppler (1803-1853). El
cambio
de altura se llama en
Física
"desplazamiento de la frecuencia" de las ondas sonoras. Cuando
la ambulancia se acerca, las ondas provenientes de la sirena se
comprimen es decir, el tamaño de las ondas disminuye, lo cual se
traduce en la percepción d una frecuencia o altura mayor. Cuando
la ambulancia se aleja, las ondas se separan en relación con el
observador causando que la frecuencia observada sea menor que la
de la fuente. Por el
cambio
en la altura de la sirena, se puede saber si la misma se esta
alejando o acercando. Si se pudiera medir la velocidad de
cambio
de la altura, se podría también estimar la velocidad de la
ambulancia.
Una fuente emisora de ondas sonoras que se
aproxima, se acerca al observador durante el periodo de la onda.
Y, dado la longitud de la onda se acorta y la y la velocidad de
propagación de la onda permanece sin cambios, el sonido se
percibe mas alto. Por esta misma razón , la altura de una fuente
que se aleja, se reduce. El efecto Doppler se observa siempre
que la fuente de ondas se mueve con respecto al observador. Es
el efecto producido por una fuente de ondas móvil por el cual
hay un aparente desplazamiento de la frecuencia hacia arriba
para los observadores hacia los cuales se dirige la fuente y un
aparente desplazamiento hacia debajo de la frecuencia para los
observadores de los cuales la fuente se aleja
El efecto Doppler se origina cuando hay un
movimiento relativo entre la fuente sonora y el oyente cuando
cualquiera de los dos se mueven con respecto al medio en el que
las ondas se propagan. El resultado es la aparente variación de
la altura del sonido. Existe una variación en la frecuencia que
percibimos con la frecuencia que la fuente origina.
El fenómeno no se restringe al movimiento de
la fuente. Si la fuente de sonido está fija, un oyente que se
mueva hacia la fuente observará un aumento similar en el tono.
Un oyente que se aleja de la fuente de sonido escuchará un
sonido de menor tono. El cambio en la frecuencia del sonido que
resulta del movimiento relativo entre una fuente y un oyente se
denomina efecto Doppler.
El efecto Doppler se refiere al cambio
aparente en la frecuencia de una fuente de sonido cuando hay un
movimiento relativo de la fuente y del oyente.
Efecto clásico: Mientras la onda
avanza, el cuerpo se aleja del observador. El receptor capta
tarde el próximo máximo y dirá que el periodo es mas largo, la
frecuencia es menor y la longitud de onda mayor
CONCLUSIÓN
En conclusión podemos decir que el sonido es
la sensación producida en el órgano del oído por el movimiento
vibratorio de los cuerpos, transmitida por un medio elástico,
como el aire, los elementos necesarios para que el sonido pueda
producirse son cualquier cuerpo que vibre a cierta frecuencia
audible y un medio elástico que sirva de vehículo para que
llegue a nuestros oídos y sea interpretado por nuestro
cerebro.
La velocidad de propagación del sonido
depende del medio en el que este se disperse ya sea el aire, el
agua,
gases
y diferentes
metales,
en el aire cuando la temperatura sea inferior mayor será la
velocidad de propagación.
La intensidad, el tono y el timbre son las
cualidades del sonido, los niveles de audición tienen un
espectro que se encuentra entre los 20 y 20,000 Hz., el umbral
de dolor es de 120 dB, para medir los niveles del sonido se
utiliza un aparato llamado Sonómetro. Las unidades de medida que
se utilizan en el sonido son los Hz y los dB. Una exposición a
100 dB causa daño irreversible al oído a mas de 100 dB
La acústica es la rama de la
física
y de la técnica que estudia el sonido en toda la amplitud,
ocupándose así de su
producción
y propagación, de su
registro
y
reproducción,
de la
naturaleza
del
proceso
de audición, de los instrumentos y aparatos para la medida, y
del
proyecto
de salas de audición que reúnan cualidades idóneas para una
perfecta audición.
El efecto Doppler se origina cuando hay un
movimiento relativo entre la fuente sonora y el oyente cuando
cualquiera de los dos se mueven con respecto al medio en el que
las ondas se propagan
BIBLIOGRAFÍA
-
Enciclopedia Temática
Interactiva Estudiantil. Jerez Editores. Impreso en
España,
30 de Junio de 1997.
-
Acústica Basica.com 2004
-
Grupo de Modelización y
Simulación
de
Sistemas
Físicos Academia de
Ciencias
Luventicus 20 de Enero 2003
-
Colaboración de Leopoldo de la Fuente Silva - Estudiante
del Instituto Tecnológico de
Cd.
Victoria
-
National Institute on Deafness and Other Communication
Disorders 7 de junio de 2004
-
Colaboración de Juan Mosquera Estudiante de
Ingeniería
de Sonido 2do Año - Quito – Ecuador
-
Colaboración de Kristian Islas Lazcano - Estudiante de
Ingeniería
en
Comunicaciones
y
Electrónica
(6º semestre)
-
Diccionarios.com 2004
-
Colaboración de Miguel
Ramírez
– Técnico en sonido – Music zone Studios
|
|
Fundación
Educativa Héctor A. García |
