Física del Sonido



Unidad Nº 1



Principios físicos del sonido



Temario:

1.0 Definición de sonido.
2.0 Física de sonido (Frecuencia-Periodo-Amplitud-Longitud de onda-Velocidad de sonido- Envolvente Dinámica y espectral).





























1.0 Definición de sonido

Introducción

El fenómeno físico de sonido, se puede describir como una transmisiónde energía. Para que este fenómeno sea posible hace falta una fuente transmisora de sonido, un medio conductor, el cual su principal característica es que sea elástico y un receptor.

Intuitivamente, cuando pensamos en esta consigna nos viene a la mente un parlante, un instrumento acústico, eléctrico, o la propia voz humana como referentes de la fuente transmisora, el oído humano, o micrófonocomo dispositivos receptores y el aire como medio conductor, sin descartar los medios sólidos (paredes) o líquidos.

El medio transmisor más común es el aire, el cual es elástico, y si es excitado con energía (acústica), sus moléculas vibrarán (es importante aclarar que las moléculas no se mueven, sino que vibran y transmiten unas a otras energía), produciendo una compresión y descompresión delas partículas de aire.

Supongamos que un parlante emite sonido, el cono del parlante vibra y empuja las partículas de aire, las que a su vez empujan a las partículas vecinas, entonces en un primer momento las partículas se comprimen, luego por inercia tienden a ubicarse en su estado original, lo cual produce una descompresión de las partículas; Esto puede entenderse como que a lo largo de lavibración de partículas se producen aumentos y disminuciones de presiones en el aire (oscilación de presión).
Cuando la presión ha pasado por todos los valores de compresión y descompresión de aire se dice que se ha cumplido un ciclo de oscilación de presión (siendo esta presión, presión acústica) O También puede decirse que cada vez que una partícula vibra y vuelve a su estado inicial se hacumplido un ciclo.

Energía Acústica Compresión y Descompresión de las partículas

1 Ciclo de oscilación

Fig. 1 – Representación de la compresión y descompresión de las partículas de aire debido a un estimulo de energía acústica.


La cantidad de veces que se produce una compresión y descompresión de aire por unidad de tiempo (o ciclo cumplido), determinará si un sonido es grave,medio, o agudo.

2.0 Física de sonido.

Frecuencia de onda

La cantidad de oscilaciones completas (compresión y descompresión de las partículas de aire) por segundo se define como frecuencia de onda. Mayor cantidad de ciclos por segundo equivale a mayor frecuencia y su correlato sonoro será mas agudo o mas alto en la escala musical. Por otro lado menor cantidad de ciclos por segundoequivale a una frecuencia menor y significa que el sonido será mas grave.


Fig. 2 – Representación de una forma de onda senoidal en función del tiempo, en la cual se observa un ciclo completo.

La unidad que se utiliza para medir la frecuencia está expresada en Hertz y La se simboliza con la letra f. Como ejemplo, una onda sonora de 100 ciclos por
segundo, equivale a decir que es una onda de 100Hertz.



Expresado matemáticamente, un ciclo se representa utilizando un vector que gira a una velocidad (x) determinada en sentido antihorario. La cantidad de veces que un vector completa una vuelta de 360º en sentido antihorario es análogo ha que se cumplió un ciclo completo. Asimismo, la cantidad de vueltas del vector por segundo determinará la frecuencia de oscilación, siendosemejante el medio giro de 180º a la compresión de aire, y el otro medio giro de 180º (completando el giro de 360º) a la descompresión de aire.


Fig 3 . Vector girando en sentido antihorario.

Antes de avanzar y ver como se expresa y grafica el sonido matemáticamente, debemos tener algunas nociones de matemática básica.


Función matemática

Se define como función matemática, a la relación...