Sonido

SONIDO Autores: ● Fátima S. ● Iker M. ● Iván M. ● Alfonso O. ● Benjamín V.

Descripción del sonido

Onda sonora

Una onda sonora es una perturbación expansiva que puede ser percibida por el oído humano y se propaga en distintos medios: sólidos, líquidos o gaseosos. Las ondas sonoras obedecen leyes físicas de ondas (reflexión, refracción, absorción) y su velocidad depende del medio. El margen de frecuencia audible para el ser humano se sitúa entre aproximadamente 20 Hz y 20 000 Hz; por debajo se habla de infrasonidos y por encima de ultrasonidos. Las ondas de sonido no se propagan en el vacío, a diferencia de las ondas electromagnéticas.

Velocidad del sonido en el aire: ~330 m/s (aprox.).

Velocidad en líquidos, gases y sólidos

En la ecuación “E” corresponde el módulo de Young (módulo de elasticidad longitudinal), que caracteriza el comportamiento de un material elástico. “ρ” corresponde a la densidad del material.

En la ecuación “P”, P es la presión no perturbada, γ es la razón entre los calores específicos a presión constante y a volumen constante (índice de dilatación volumétrica), y p es la densidad del gas.

En la ecuación “B” corresponde el módulo de compresibilidad, que mide la resistencia de un material a la compresión uniforme; “ρ” corresponde de nuevo a la densidad.

Figuras (velocidades y parámetros)

Ecuación velocidad sonido Ecuaciones y parámetros para sólidos y líquidos.

Gráfica densidad Relación entre módulo de Young y densidad.

Ilustración adicional Ilustración complementaria.

En la ecuación “B” corresponde al módulo de compresibilidad, el mide la resistencia de un material a la compresión uniforme y, por tanto, indica el aumento de presión requerido para causar una disminución unitaria de volumen dado. “ρ” corresponde a la densidad del material. Características del sonido (intensidad, tono y timbre): El tono o altura es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo y otro grave; físicamente esta cualidad corresponde a la frecuencia del sonido como vibración. El timbre de un sonido es con la cual se pueden distinguir dos sonidos de idgual frecuencia e intensidad emitidos por dos fuentes de sonido diferentes. La intensidad de un sonido puede considerarse desde dos puntos de vista: el subjetivo, y el físico. La intensidad fisiológica o subjetiva de un sonido corresponde a la sensación que nos produce, y en consecuencia depende del observador. La intensidad física de una onda sonora en un punto depende de la energía transportada por la misma. Midiéndose en W/m2 como ya había mencionado anteriormente. Intensidad y niveles de intensidad: Se le denomina intensidad sonora (I) a la cantidad de energía por unidad de tiempo (Potencia) acústica transferida por una onda sonora por unidad de área (A) perpendicular a la dirección de propagación.

midiéndose por tanto en W/m2 como se mencionó justo arriba.

Nivel de intensidad tabla Tabla: niveles de intensidad y efectos.

Escalas decibelios Gráfica: escalas de decibelios y ejemplos. Cuando una onda sonora se transmite por un medio homogéneo lo hace en forma de onda esférica, por lo que el área del frente de onda es una superficie esférica (S = 4πr2), resultando:

NOTA: El nivel de intensidad (β) de una onda sonora se mide en decibelios (dB) y se calcula según la expresión:

Sonido / Situación	Nivel (dB)	Efecto aproximado
Zona de despegue de cohete (sin protección auditiva)	180	Pérdida irreversible del oído
Operación en pista de jet / Sirena de ataque aéreo	140	Fuerte dolor
Trueno	130	Muy fuerte
Concierto de rock / Máximo esfuerzo vocal	120	Umbral de dolor
Martillo neumático (1 m)	110	Extremadamente fuerte
Tren / Petardos	100	Muy fuerte
Camión pesado (15 m) / Cataratas del Niágara	90	Muy molesto; daño auditivo posible con exposición prolongada
Reloj despertador (60 cm) / Secador de cabello	80	Molesto
Restaurante ruidoso / Tráfico abundante	70	Dificultad para usar el teléfono
Conversación normal	60	Intrusivo
Oficina calma	50	Calmo
Biblioteca	40	Muy silencioso
Susurro a 5 m	30	Muy calmo
Susurro de hojas	20	Muy bajo
Respiración	10	Apenas audible
Umbral de audición / Aleteo de una mariposa	0	Umbral de audición

Niveles sonoros 1 — Gráfica: ejemplos de niveles sonoros.

Niveles sonoros 2 — Tabla: actividades y niveles (dB).

Efectos sonoros Sonidos audible, ultrasónico e infrasónico. El oído humano puede percibir sonidos que se encuentren dentro del rango de frecuencias, de 20Hz a 20,000 Hz. Cuando un sonido esta por debajo de estas frecuencias, es decir por debajo de 20Hz se le conoce como sonido infrasónico. Estos sonidos pueden atravesar obstáculos sólidos y pueden ser oídos por algunos animales que tienen sus oídos y forma de cabezas adecuado para percibirlos. El cuerpo humano también produce sonidos infrasónicos como por ejemplo el movimiento entre los músculos y los latidos del corazón. Los sonidos ultrasónicos a diferencia de los sonidos infrasónicos, son aquellos que se encuentran a frecuencias mayores a 20,000 Hz. Estos tipos de sonidos son usados en la industria para hacer una serie sensores o detectores de pizas metálicas, así como sistemas de guiado y sondeo. También estos sonidos son usados por algunos animales como forma de radar, por ejemplo, el murciélago que puede percibir frecuencias cercanas a los 100,000 Hz

Ultrasonidos — Imagen: aplicaciones de ultrasonidos.

Interferencia El efecto dentro de sonido conocido como interferencia es aquel que ocurre cuando dos ondas viajan en el mismo medio interfiriéndose entre ellas, pudiéndose restar o sumar. Cuando la amplitud de dos ondas se suma se conoce como interferencia constructiva y esto ocurre cuando ambas ondas coinciden en cresta o en valle., y se genera una onda de mayor intensidad, es decir una onda de mayor amplitud. Por ejemplo, cuando hablan varias personas las ondas que emiten sus voces se suman produciendo un sonio más fuerte. Otro tipo de interferencia es la interferencia destructiva. Esta consiste en que las amplitudes de las ondas se restan, ya que las ondas están fuera fase, es decir una esta en cresta y la otra esta en valle y viceversa. Un ejemplo es la interferencia en las ondas de radio Vibración forzada Es la vibración que produce al momento de someter a un sistema a una fuerza externa. Un ejemplo de estas vibraciones, es la vibración de un cigüeñal de un motor mientras está trabajando. Cuando el motor está funcionando el cigüeñal está sometido a esfuerzo que le son transmitidos por la biela y que producen vibraciones en el cigüeñal Resonancia El fenómeno de la resonancia se produce cuando un objeto es capaz emitir vibraciones a través de una fuerza periódica, del cual el periodo de vibración coincide con la vibración del cuerpo, y la onda audible o inaudible hace que los objetos vibren con mayor proporción. Siendo así que el cuerpo vibra y aumenta la amplitud del movimiento. Un experimento que permite comprobar este fenómeno, es colocar dos diapasones cerca. Cuando uno de los diapasones es golpeado, este emite vibraciones que hacen resonar al otro diapasón sin necesidad de que sea golpeado.

Eco El eco es un fenómeno que consiste en la repetición de un sonido debido al reflejo de una onda sonora en un cuerpo duro. Cuando esta onda se refleja regresa con cierto retardo y de esta forma el oído lo interpreta como otro sonido independiente.

Efecto Doppler El efecto Doppler, llamado así por el físico austriaco Christian Andreas Doppler consiste en la disminución o aumento de la frecuencia de una onda sonora debido a que la fuente que emite la onda y la persona que la capta se alejan o se separan. Por ejemplo, el sonido emitido por una ambulancia que está en movimiento, lo escuchara con menor intensidad una persona que se encuentra lejos de la ambulancia, y una que se encuentra cerca lo escuchara con mayor intensidad. La fórmula que describe este efecto es:

Donde: ● f’ = frecuencia percibida

Efecto Doppler diagrama — Diagrama: efecto Doppler.

Efecto Doppler fórmulas — Fórmulas y variables del efecto Doppler.

● V = velocidad de propagación de la onda ● Vo = velocidad del observador ● Vs = velocidad de la fuente ● Fo = frecuencia emitida La audición y el habla Audición El proceso por medio del cual se lleva a cabo la audición es el siguiente. El sonido entra por el conducto auditivo y provoca que el tímpano vibre con el sonido. Estas vibraciones se desplazan por una cadena de huesecillos hasta la cóclea y hacen que esta se mueva. El movimiento producido en la cóclea provoca que las células ciliadas se inclinen. Las células ciliadas producen señales neurales que son captadas por el nervio auditivo. Las células ciliadas de un extremo de la cóclea envían información de los sonidos graves, y las células ciliadas del otro extremo envían información de los sonidos agudos. El nervio auditivo envía las señales al cerebro, donde se interpretan como sonidos. Umbral de audición y umbral de dolor El umbral de audición consiste en la intensidad mínima de un sonido capaza de impresionar el oído humano. Este umbral no es le mismo para todas las frecuencias que es el oído humano es capaz de percibir, pero si representa el nivel mínimo de un sonido para que este logre percibido. El umbral de dolor es la intensidad mínima de un sonido para que este cause una sensación de dolor Umbral de Audición Umbral de Dolor I0 1013I0 = 10,000,000,000,000 I0 0 decibelios 130 decibelios

La voz humana

La voz humana es producida en la laringe. El aire procedente de los pulmones, es forzado durante la espiración a través de la glotis, haciendo vibrar los dos pares de cuerdas vocales, que se asemejan a dos lengüetas dobles membranáceas. Las cavidades de la cabeza, relacionadas con el sistema respiratorio y nasofaríngeo, actúan como resonadores. El flujo de aire continúa hacia la boca, en donde la lengua, mandíbula, paladar y labios se encargan de darle forma al sonido y se producen los fonemas (vocales y consonantes). Ahí es donde la voz adquiere su forma, lo que llamamos dicción o articulación.

Contaminación acústica Efectos del sonido sobre el cuerpo humano El ruido, definido como un sonido indeseado, es un contaminante cuyos efectos sobre la salud se han descuidado. Si la exposición al ruido es crónica y supera ciertos niveles, los efectos sobre la salud son negativos. Podemos dividir los efectos en el cuerpo humano del sonido en 2 tipos: los efectos auditivos y los efectos no auditivos. Los efectos auditivos son aquellos que, como bien lo dice su nombre, percibes de manera auditiva, que por lo general suelen ser dañinas a nuestra salud a largo o corto plazo. Ejemplos de efectos auditivos:

Efectos auditivos — Infografía: efectos auditivos y medidas de protección.

● Efecto máscara: Cuando un sonido impide la percepción total o parcial de otros sonidos presentes.

● Acúfenos: Esto se produce por la alteración del nervio auditivo que, en casos extremos puede causar ansiedad. Los efectos no auditivos son aquellos que no percibimos por parte de nuestra habilidad auditiva, si no, de otros medios.

Ejemplos de efectos no auditivos: ● Efectos sobre el sueño: El ruido produce dificultades para conciliar el sueño y despierta a quienes están dormidos.

● Efectos en la atención: El ruido hace que la atención no se localice en una actividad específica, haciendo que esta se pierda. Formas de combatirlas Entendemos la contaminación acústica como el ruido (sonido excesivo) provocado por las actividades humanas mayormente.

La manera más razonable y fácil de combatir esta contaminación sería evitar realizar actividades que generen un sonido excesivo. Tenemos diversos tipos de materiales para aislar el ruido los cuáles son:

● Celulosa: Éste es popular en el sector de construcción ya que además de aislante acústico también es térmico. ● Técnica multicapa: este como tal no es un material, pero se refiere al hecho de colocar varias capas de material absorbente como los cartones de huevo que son muy famosos ya que son fácil de conseguir y barato. ● Corcho: se trata de un material económico, de fácil instalación y que a su vez requiere de muy poco mantenimiento

FUENTES DE CONSULTA