CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO
Espectro audible
El espectro audible está formado por las audiofrecuencias. El oido humano está capacitado para percibir sonidos cuya frecuencia se encuentran entre los 20 Hz y 20.000 Hz y trasformarlo en sensaciones auditivas. Estos límites no son estricto y depende de factores biológicos como la edad, algunas enfermedades, o malformaciones del oido.
Los infrasonidos son aquellos que se encuentran con una frecuencia por debajo de los 20 hz, en cambio los ultrasonidos se encuentran sobre los 20.000 Hz.
Según la imágen podemos encontrar tres zonas en función de la frecuencia, pues el espectro no es estrictamente cuadrado.
Altura del Sonido o Tono
La altura de un sonido está directamente relacionada con la frecuencia. Pues mientras mayor se a altura, mayor será la frecuencia, y mientras más bajo, una menor frecuencia tendrá la ondas
Nos podemos dar cuenta que cuando se lleva a la otra octava, la frecuencia es doble. Por ejemplo luego de la nota Si con frecuencia 493,88 Hz viene el Do, esta nota tendría una frecuencia de 523,26 Hz la cual es el doble de la frecuencia 261,63 Hz.
La altura o tono está determinada por características en los instrumentos como:
Timbre de un sonido
El timbre es la propiedad que permite al oído humano distinguir dos sonidos de la misma frecuencia e intensidad ( amplitud) que son emitidos por distintos instrumentos o focos emisores, es decir depende del número, intensidad y frecuencia de los armónicos que acompañan al sonido fundamental. En general podemos decir que está relacionado con la forma de la onda
Intensidad del Sonido
La inmensa cantidad de sonidos perceptibles por el oído, está directamente relacionada con la intensidad, que corresponde a la energía que se propaga en el medio y que puede ser medida, como la intensidad acústica o intensidad sonora.
La intensidad acústica se define como la cantidad de energía trasportada por una onda sonora en la unidad e tiempo y de superficie, o la potencia por unidad de superficie, la cual se mide en watt/m²
En cambio, la intensidad sonora se mide en decibel, (dB) y es definida con una escala logarítmica no sólo porque el intervalo de intensidades a las que resulta sensible el oído es inmenso, sino también porque la sensación de fuerza sonora tiene una dependencia logarítmica con la intensidad.
La intensidad acústica se define como la cantidad de energía trasportada por una onda sonora en la unidad e tiempo y de superficie, o la potencia por unidad de superficie, la cual se mide en watt/m²
En cambio, la intensidad sonora se mide en decibel, (dB) y es definida con una escala logarítmica no sólo porque el intervalo de intensidades a las que resulta sensible el oído es inmenso, sino también porque la sensación de fuerza sonora tiene una dependencia logarítmica con la intensidad.
Ecuación de la intensidad acústica, la cual se mide en W/m², donde E es la energía; t es el tiempo, A la superificie y P la potencia.
Ecuación para cacular la intensidad sonora en decibeles, la cual relaciona la escala logarítmica con la intensidad medida en watt/m². En esta ecuación Io, es la intensidad minima para la que se produce una sensación perceptible y su valor es 10⁻¹² W/m². El valor de I, es la intensidad sonara en W/m² de cualquier foco sonoro.
El decibel es la mínima variación de intensidad sonora que percibe el oído humano. Es la décima parte del bel, que al ser una unidad muy grande, habitualmente no se utiliza.
La escala decibélica no es una escala sumativa, por ejemplo si un foco sonoro produce un sonido de 20 dB, la colocación de dos focos, no produce la sensación de 40 dB. Para conocer la intensidad sonora hay que calcular el valor de dicha intensidad la del segundo foco, para después calcular el valor en dB, al realizar este cálculo no da 23 dB.
La escala decibélica no es una escala sumativa, por ejemplo si un foco sonoro produce un sonido de 20 dB, la colocación de dos focos, no produce la sensación de 40 dB. Para conocer la intensidad sonora hay que calcular el valor de dicha intensidad la del segundo foco, para después calcular el valor en dB, al realizar este cálculo no da 23 dB.
| Valor de las intensidades de algunos sonidos habituales | |||
| Fuente Sonora | En W/m² | Sensación Auditiva | En dB |
| Objeto inmóvil | 10⁻¹² | Umbral de audición | 0 |
| Respiración Normal | 10⁻¹¹ | Suave | 10 |
| Murmullo de las hojas | 10⁻¹⁰ | Suave | 20 |
| Susurro a 5 m | 10⁻⁹ | Moderado | 30 |
| Casa tranquila | 10⁻⁸ | Moderado | 40 |
| Oficina Tranquila | 10⁻⁷ | Intenso | 50 |
| Voz humana a 1 m | 10⁻⁶ | Intenso | 60 |
| Calle con tráfico intenso | 10⁻⁵ | Muy Intenso | 70 |
| Fábrica | 10⁻⁴ | Muy Intenso | 80 |
| Vahículo Pesado | 10⁻³ | Ensordecedor | 90 |
| Ferrocarril | 10⁻² | Ensordecedor | 100 |
| Grandes Altavoces a 2 m | 10⁻⁰ | Doloroso | 120 |
| Despegue de un avión de reacción | 10² | Umbral del dolor | 140 |
----------------------------------------------------------------------------------------------------------
FENÓMENOS ONDULATORIOS
Reflexión y refracción del sonido
Se comprueba que las ondas sonoras se reflejan en el mismo ángulo con el que inciden, pero se atenúa si la superficie es blanda o rugosa.
Se puede entender el mecanismo de la reflexión si se considera que las distintas presiones sonoras trasportadas por la onda que inciden contra un material hacen que este vibre. Parte de la energía vibratoria se devuelve al medio material mediante la reflexión y la otra parte absorbida, a su vez, se trasforma en otros dos tipos de energía: la que disipa en el medio y la que se transmite por el material.
Refracción del sonido en un mismo medio
La refracción es otra de las características de los movimientos ondulatorios. Consiste en el cambio de dirección y de rapidez que sufre una onda cuando pasa de un medio a otro de distinta características. Pero la refracción también puede producirse dentro de un mismo medio cuando las características de este no son perfectamente homogéneas, sino que varían en cuanto a su densidad o su temperatura y, por consiguiente, la rapidez de propagación del sonido en el aire sufre refracciones, dada que la temperatura del aire no es uniforme.
En un día soleado, las capas de aire próximas a la superficie terrestre están a mayor temperatura que las capas más altas, y por lo tanto, la rapidez del sonido aumenta con la temperatura porque las moléculas oscilan más rápidamente y transmiten al entorno la perturbación, por ello en las capas bajas la rapidez es mayor que en las altas.
Caso contrario sucede en las noche, donde el aire próximo a la tierra se enfría más rapidamente que el de las capas inmediatamente superiores. De este modo, el sonido emitido desde el suelo se curva hacia abajo en las capas frías más altas. Por ello en la noche podemos escuchar con un mayor alcance.
Absorción y aislamiento acústico
La absorción del sonido es uno de los problemas fundamentales con que se enfrentan un ingeniero cuando desea aislar del ruido, un edificio o una zona determinada.
Afortunademente, los distintos materiales tienen la capacidad de absorber energía acústica según su porosidad. Basándose en esta propiedad, se decide qué materiales son más adecuados pra revestir las paredes interiores de la una sala, por ejemplo. Cuanto más poroso se un material, más absorbente será y, por lo tanto, reflejará menos sonido. Si una habitación tiene las paredes lisas, cuando hay varias personas hablando dentro de ella habrá más ruido que si revestimos las mismas paredes con gruesas cortinas de tela.
Para conseguir un buen aislamiento acústico, es necesario impedir que el sonido se trasmita, para ello es necesario materiales duros, pesados y poco elásticos. Algunos ejemplos osn hormigón, acero, plomo, etc.
Reverberación
Es la prolongación del sonido una vez que se ha extinguido la fuente sonora. Se produce por las múltiples ondas reflejadas que continúan llegando al oído. Si las paredes fueran reflectores perfectos, el proceso sería de duración infinita, afortunadamente, en las paredes se absorbe sonido y el proceso tiene una duración limitada.
Eco
El eco es otro fenómeno relacionado con la reflexión del sonido. Se produce cuando el sonido inicial ya se ha extinguido y aparece un sonido igual de forma reflejada.
Cuando la superficie reflectante está suficientemente lejos, nuestro oído puede percibir por separado la onda directa y la reflejada. Si la separación temporal entre ambos sonidos es superior a 0,1 (s), el sonido repetido se llama eco. es decir, el oído puede percibir dos sonidos al menos.
Si suponemos que la rapidez del sonido es de 340 m/s, entonces la distancia que recorre en 0,1 (s) es de 34 (m), pero como la onda debe ir y venir, entonces es de 17 (m).
Resonancia
Todos los cuerpo tienen una frecuencia de vibración propia de cada estructura, por ello cuando recibe estímulos de una fuente ondulatoria externa de la misma frecuencia o muy próxima, su amplitud de oscilación aumenta considerablemente.
En el caso de los instrumentos musicales es muy bueno este efecto, porque permite amplifcar el sonido, como por ejemplo la caja de resonancia de la guitarra, este efecto también se obserba al vibrar el parche de una caja o bombo.
