Física del sonido
Páginas: 14 (3276 palabras)
Publicado: 5 de marzo de 2012
FÍSICA DEL SONIDO
1.1 El sonido
El sonido es una vibración en un medio elástico, la cual es capaz de excitar al oído humano; donde las partículas de aire, sometidas a vibración, se mueven una cantidad infinitesimal, cantidad muy pequeña, a cada lado de su posición de equilibrio, pero no así la energía sonora que progresa con la perturbación pudiendo alcanzar grandes distancias [1].
Seinterpreta como sonido audible si su frecuencia está en el intervalo de cerca de 20 a 20kHz.
Si la frecuencia de una onda es inferior a 16Hz no produce sensación audible y el movimiento ondulatorio recibe el nombre de infrasonido [2].
Si la frecuencia supera los 20kHz (inferior para algunas personas) tampoco se percibe y el movimiento ondulatorio se dice que es un ultrasonido [2].
Los sonidos sedividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden representar siempre mediante una expresión matemática que indica la forma en que varía la correspondiente presión sonora en función del tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibraciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden describir mediante parámetros estadísticos.
1.2 Propagacióndel sonido
Propagación del sonido en el espacio libre
Si una partícula de aire es desplazada de su posición original, las fuerzas elásticas del aire tienden a regresarla a su posición original. A causa de la inercia de la partícula, que llega más allá de la posición de reposo, poniendo en juego las fuerzas elásticas en dirección opuesta, y así sucesivamente [4].
El sonido se propagafácilmente en gases, líquidos, sólidos, tales como el aire, agua, acero, los cuales son medios elásticos.
La onda se propaga en sentido longitudinal, dado que la velocidad de las partículas tiene la misma dirección que la propagación de la onda.
En espacio libre, la intensidad del sonido decrece como la distancia de la fuente se incrementa. En el espacio libre, lejos de la influencia de objetoscircundantes el sonido de una fuente se propaga uniformemente en todas las direcciones [5].
Propagación del sonido en un recinto cerrado
La energía radiada por una fuente sonora en un recinto cerrado llega a un oyente ubicado en un punto cualquiera del mismo de dos formas diferentes: una parte de la energía llega de forma directa (sonido directo), es decir, como si fuente y receptor estuviesen en elespacio libre, mientras que la otra parte lo hace de forma indirecta (sonido reflejado), al ir asociada a las sucesivas reflexiones que sufre la onda sonora cuando incide sobre las diferentes superficies del recinto.
En la figura 1.1 se representa de forma esquemática la llegada de los diferentes rayos sonoros a un receptor.
Figura 1.1 Sonido directo y sonido reflejado
En un puntocualquiera del recinto, la energía correspondiente al sonido directo depende exclusivamente de la distancia a la fuente sonora, mientras que la energía asociada a cada reflexión depende del camino recorrido por el rayo sonoro, así como del grado de absorción acústica de los materiales utilizados como revestimientos de las superficies implicadas. Lógicamente, cuanto mayor sea la distancia recorrida y másabsorbentes sean los materiales empleados, menor será la energía asociada tanto al sonido directo como a las sucesivas reflexiones. [6].
1.2.1 Velocidad de propagación del sonido
La velocidad del sonido (VT) (ver ecuación 1.1) es distinta dependiendo del medio en el que se propague y es mayor en sólidos y líquidos que en gases; en el aire, entre otros factores, está en función de la temperatura(To): [7]
VT = To(0.6) + 331 ...1.1
Donde:
VT es la velocidad del sonido en m/s.
To es la temperatura ambiente en ºC.
0.6 es una constante de proporcionalidad en m/sºC
1.2.2 Periodo y Frecuencia
Se llama período (T) al tiempo que se tarda en realizar un ciclo completo (ver figura 1.2). Se mide en segundos (s).
Figura 1.2 Periodo de una señal
Donde:
f es la frecuencia...
1.1 El sonido
El sonido es una vibración en un medio elástico, la cual es capaz de excitar al oído humano; donde las partículas de aire, sometidas a vibración, se mueven una cantidad infinitesimal, cantidad muy pequeña, a cada lado de su posición de equilibrio, pero no así la energía sonora que progresa con la perturbación pudiendo alcanzar grandes distancias [1].
Seinterpreta como sonido audible si su frecuencia está en el intervalo de cerca de 20 a 20kHz.
Si la frecuencia de una onda es inferior a 16Hz no produce sensación audible y el movimiento ondulatorio recibe el nombre de infrasonido [2].
Si la frecuencia supera los 20kHz (inferior para algunas personas) tampoco se percibe y el movimiento ondulatorio se dice que es un ultrasonido [2].
Los sonidos sedividen en deterministas y aleatorios. Los primeros se pueden representar siempre mediante una expresión matemática que indica la forma en que varía la correspondiente presión sonora en función del tiempo. Los segundos, en cambio, van asociados a vibraciones irregulares que nunca se repiten exactamente y que, por tanto, solamente se pueden describir mediante parámetros estadísticos.
1.2 Propagacióndel sonido
Propagación del sonido en el espacio libre
Si una partícula de aire es desplazada de su posición original, las fuerzas elásticas del aire tienden a regresarla a su posición original. A causa de la inercia de la partícula, que llega más allá de la posición de reposo, poniendo en juego las fuerzas elásticas en dirección opuesta, y así sucesivamente [4].
El sonido se propagafácilmente en gases, líquidos, sólidos, tales como el aire, agua, acero, los cuales son medios elásticos.
La onda se propaga en sentido longitudinal, dado que la velocidad de las partículas tiene la misma dirección que la propagación de la onda.
En espacio libre, la intensidad del sonido decrece como la distancia de la fuente se incrementa. En el espacio libre, lejos de la influencia de objetoscircundantes el sonido de una fuente se propaga uniformemente en todas las direcciones [5].
Propagación del sonido en un recinto cerrado
La energía radiada por una fuente sonora en un recinto cerrado llega a un oyente ubicado en un punto cualquiera del mismo de dos formas diferentes: una parte de la energía llega de forma directa (sonido directo), es decir, como si fuente y receptor estuviesen en elespacio libre, mientras que la otra parte lo hace de forma indirecta (sonido reflejado), al ir asociada a las sucesivas reflexiones que sufre la onda sonora cuando incide sobre las diferentes superficies del recinto.
En la figura 1.1 se representa de forma esquemática la llegada de los diferentes rayos sonoros a un receptor.
Figura 1.1 Sonido directo y sonido reflejado
En un puntocualquiera del recinto, la energía correspondiente al sonido directo depende exclusivamente de la distancia a la fuente sonora, mientras que la energía asociada a cada reflexión depende del camino recorrido por el rayo sonoro, así como del grado de absorción acústica de los materiales utilizados como revestimientos de las superficies implicadas. Lógicamente, cuanto mayor sea la distancia recorrida y másabsorbentes sean los materiales empleados, menor será la energía asociada tanto al sonido directo como a las sucesivas reflexiones. [6].
1.2.1 Velocidad de propagación del sonido
La velocidad del sonido (VT) (ver ecuación 1.1) es distinta dependiendo del medio en el que se propague y es mayor en sólidos y líquidos que en gases; en el aire, entre otros factores, está en función de la temperatura(To): [7]
VT = To(0.6) + 331 ...1.1
Donde:
VT es la velocidad del sonido en m/s.
To es la temperatura ambiente en ºC.
0.6 es una constante de proporcionalidad en m/sºC
1.2.2 Periodo y Frecuencia
Se llama período (T) al tiempo que se tarda en realizar un ciclo completo (ver figura 1.2). Se mide en segundos (s).
Figura 1.2 Periodo de una señal
Donde:
f es la frecuencia...
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