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INTRODUCCIÓN El sonido es la sensación auditiva que se produce en nuestro oído cuando percibimos las vibraciones de los cuerpos sonoros.

El movimiento del objeto produce una onda sonora que se transmite a través del aire o de otro elemento y que llega a nuestros oídos excitando nuestro sistema auditivo (el oído) y nuestro cerebro

Producción de una onda Producción de una onda sonorasonora

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El sonido es una El sonido es una onda mecánica onda mecánica longitudinal que se longitudinal que se propaga a través de propaga a través de un medio elástico.un medio elástico.

Dos cosas deben existir para producir Dos cosas deben existir para producir una onda sonora: una onda sonora:

• Una fuente de vibración mecánica.Una fuente de vibración mecánica.• Un medio elástico donde pueda Un medio elástico donde pueda

viajar la perturbación. viajar la perturbación.

Las ondas sonoras Las ondas sonoras consisten en bandas consisten en bandas alternantes de compresión alternantes de compresión y rarefacción. y rarefacción.

MODOS DE PROPAGACIÓNMODOS DE PROPAGACIÓN

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Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga).

Es el propio medio el que produce y propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico.

Además, los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación.

Percepción humana de Percepción humana de las Ondas Sonoraslas Ondas Sonoras

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El hercio (Hz) es la unidad que expresa la cantidad de vibraciones que emite una fuente sonora por unidad de tiempo (frecuencia). Se considera que el oído humano puede percibir ondas sonoras de frecuencias entre los 20 y los 20.000 Hz, si bien también se consideran rangos entre 16 Hz (aproximadamente la nota más grave de un órgano de iglesia: do0 = 16,25 Hz) y 16.000 Hz (o 16 kHz).

Las ondas que poseen una frecuencia inferior a la audible se denominan infrasónicas y las superiores ultrasónicas.

La sensación de sonoridad es la percepción sonora que el hombre tiene de la intensidad de un sonido. La sonoridad se mide mediante una magnitud llamada fonio, que utiliza una escala arbitraria cuyo cero (el llamado umbral de audición) corresponde a I0=1 × 10-12 W/m² a 1 kHz.

La velocidad del sonidoLa velocidad del sonido

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vY

Alambre Alambre

vB S

4

3

Sólido Sólido extendidoextendido

vB

FluidoFluido

vP RT

M

GasGas

donde:

v = velocidad del sonido

Y = módulo de Young

= densidad

B = módulo de volumen

S = módulo de corte

= constante adiabática (1.4 para el aire)

P = presión

T = temperatura absoluta

M = masa molecular

Vibración de columnas de Vibración de columnas de aireaire

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Tubo cerradoTubo cerrado

• El extremo cerrado de un El extremo cerrado de un tubo debe ser un nodo de tubo debe ser un nodo de desplazamiento.desplazamiento.

• El extremo abierto de un El extremo abierto de un tubo debe ser un antinodo tubo debe ser un antinodo de desplazamiento. de desplazamiento.

,...5,3,1;4

nl

nvfn

Vibración de columnas de Vibración de columnas de aireaire

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Tubo abiertoTubo abierto

Una columna de aire Una columna de aire que vibra en un tubo que vibra en un tubo abierto en ambos abierto en ambos extremos debe estar extremos debe estar limitada por limitada por antinodos de antinodos de desplazamiento. desplazamiento.

,...3,2,1;2

nl

nvfn

Vibración forzada y Vibración forzada y resonanciaresonancia

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Vibración forzada, ocurre cuando un cuerpo que está vibrando se pone en contacto con otro, y el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia.

Resonancia o vibración simpática, ocurre cuando un Resonancia o vibración simpática, ocurre cuando un cuerpo actúa con una serie de impulsos periódicos con cuerpo actúa con una serie de impulsos periódicos con una fecuencia similar a las frecuencias naturales del una fecuencia similar a las frecuencias naturales del cuerpo y el cuerpo se pone a vibrar con una amplitud cuerpo y el cuerpo se pone a vibrar con una amplitud relativamente grande.relativamente grande.

Ondas sonoras audiblesOndas sonoras audibles

10

La intensidad sonora es la potencia transferida por una La intensidad sonora es la potencia transferida por una onda sonora a través de unidad de área normal a la onda sonora a través de unidad de área normal a la dirección de la propagación. dirección de la propagación.

IP

A

El umbral del audición representas el patrón de la intensidad mínima El umbral del audición representas el patrón de la intensidad mínima para que un sonido sea audible.para que un sonido sea audible.

El umbral del dolor representa la intensidad máxima que el El umbral del dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin sentir dolor. oído promedio puede registrar sin sentir dolor.

Donde P es la potencia transferida y A el área involucrada

210212 /101/101 cmWmWIo

22 /100/1 cmWmWIp

222 /101/1 mWcmW

Factor de Conversión:

Nivel de intensidadNivel de intensidad

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El nivel de intensidad, El nivel de intensidad, , en decibeles (dB) se basa en una escala , en decibeles (dB) se basa en una escala logarítmica que compara la intensidadlogarítmica que compara la intensidad I I de un sonido con el umbral de un sonido con el umbral auditivo, auditivo, II00..

0

10logI

I

Nivel de intensidad (dB)Nivel de intensidad (dB)

II00 = = 1 x 101 x 10-12-12 W/m W/m22

Ejemplos:Ejemplos: Umbral de Audición 0 dB

Susurro de la hojas 10 dB

Murmullo 20 dB

Conversación normal 65 dB

Esquina de una Calle Transitada 80 dB

Umbral de dolor 120 dB

Motor a propulsión 140 dB

Cuando la Intensidad I1 de un sonido es 10 veces mayor a la intensidad de I2 de otro , esta en la relación de intensidad de 1 bel (B)

TONO Y TIMBRETONO Y TIMBRE

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Desde el punto de vista de la intensidad, los sonidos pueden dividirse en fuertes y débiles. La intensidad depende principalmente de la presión sonora (intensidad), pero también del espectro de parciales y de la duración.

El tono o altura es la cualidad que nos permite distinguir entre un sonido agudo o alto y otro grave o bajo. Para un sonido puro el tono viene determinado principalmente por la frecuencia, aunque también puede cambiar con la presión y la envolvente. El timbre de un sonido es la cualidad en virtud de la que podemos distinguir dos sonidos de igual frecuencia e intensidad emitidos por dos focos sonoros diferentes. El timbre se debe a que generalmente un sonido no es puro y depende principalmente del espectro. Pero también depende en gran manera de la envolvente y de la frecuencia. La duración física de un sonido y la percibida están muy relacionadas aunque no son exactamente lo mismo. La duración percibida es aquel intervalo temporal en el que el sonido persiste sin discontinuidad.

Interferencia y Interferencia y pulsacionespulsaciones

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Las pulsaciones Las pulsaciones son pulsaciones son pulsaciones con intensidad con intensidad regular que regular que ocurren en la ocurren en la presencia de dos presencia de dos sonidos con sonidos con frecuencias frecuencias ligeramente ligeramente diferentes.diferentes.

Número de pulsaciones por segundo = |f - f’|

El efecto DopplerEl efecto Doppler

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El efecto Doppler se refiere al cambio aparente en la frecuencia de una 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 fuente de sonido cuando hay un movimiento relativo de la fuente y del oyente.oyente.

LLamada así por el austríaco Christian Doppler consiste en la variación de la longitud de onda de cualquier tipo de onda emitida o recibida por un objeto en movimiento..

Se lo puede experimentar en la velocidad de una ambulancia (50 km/h) es aproximadamente un 4% de la velocidad del sonido, fracción suficientemente grande como para provocar que se aprecie claramente el cambio del sonido de la sirena desde un tono más agudo a uno más grave, justo en el momento en que el vehículo pasa al lado del observador.

El efecto DopplerEl efecto Doppler

15

15

fV Vf

V vos

s

Fuente en Fuente en

movimientomovimiento

f

f V v

Vos

0Observador Observador en movimientoen movimiento

f fV v

V vo ss

0Movimiento Movimiento generalgeneral

donde: fo = frecuencia observadafs =frecuencia de la fuenteV = velocidad del sonidovo = velocidad del observador vs = velocidad de la fuente

Las velocidades son positivas para un acercamiento y negativas para un alejamiento.

sso vV

Vff

Fuente Fuente

AcercándoseAcercándose

s

s

f

vV

Resumen de ecuacionesResumen de ecuaciones

16

vY

vB S

4

3

vB

vP RT

M

fnv

ln 4

fnv

ln 2

IP

A

pulsaciones por Segundo = |f - f’|

fV Vf

V vos

s

f

f V v

Vos

0

f fV v

V vo ss

0

0

10logI

I