Sonido, Ondas Sonoras, Tono Y Timbre, Efecto Doppler

SONIDO. El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico. Es conveniente dividir el espectro del sonido de acuerdo con las siguientes definiciones.
• Sonido audible es el que corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de frecuencias de 20 a 20.000 Hz.
• Las ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del intervalo audible se denominaninfrasónicas.
• Las ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del intervalo audible se llaman ultrasónicas.
Cuando se estudian los sonidos audibles, los fisiólogos usan los términos, fuerza, tono y calidad (timbre) para describir las sensaciones producidas. Por desgracia, estos términos representan magnitudes sensoriales y por lo tanto subjetivas. Lo que es volumen fuerte para una persona es moderadopara otra. Lo que alguien percibe como calidad, otro lo considera inferior. Como siempre, los físicos deben trabajar con definiciones explícitas medibles.

ONDAS SONORAS. Las ondas sonoras constituyen un flujo de energía a través de la materia. La intensidad de una onda sonora específica es una medida de la razón a la cual la energía se propaga a través de un cierto volumen espacial. Un métodoconveniente para especificar la intensidad sonora es en términos de la rapidez con que la energía se transfiere a través de la unidad de área normal a la dirección de la propagación de la onda. Puesto que la rapidez a la cual fluye la energía es la potencia de una onda, la intensidad puede relacionarse con la potencia por unidad de área que pasa por un punto dado.

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

La intensidad de una onda sonora es una medida de la potencia transmitida por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación de onda.

Las unidades para la intensidad resultan de la relación de una unidad de potencia entre una unidad de área. En unidades del SI, laintensidad se expresa en W/m2, y ésa es la unidad que emplearemos.

Sin embargo, la rapidez de flujo de energía en ondas sonoras es pequeña, y en la industria se usa todavía ?W/cm2 en múltiples aplicaciones. El factor de conversión es:
1 ?W/cm2 = 1 x 10-2 W/m2

Se puede demostrar por métodos similares a los utilizados para un resorte que está vibrando, que la intensidad sonora varía en forma directaal cuadrado de la frecuencia f y al cuadrado de la amplitud A de una determinada onda sonora. Simbólicamente, la intensidad I esta dada por:
I = 2?2f 2A2pv
Donde v es la velocidad del sonido en un medio de densidad p. El símbolo A en la ecuación se refiere a la amplitud de la onda sonora y no a la unidad de área.
La intensidad I0 del sonido audible apenas perceptible es el orden de 10-12 W/m2 .Esta intensidad, que se conoce como umbral de audición, ha sido adoptado por expertos en acústica como la intensidad mínima para que un sonido sea audible.
El umbral de audición representa el patrón de la intensidad mínima para que un sonido sea audible. Su valor a una frecuencia de 1000 Hz es:
I0 = 1 x 10-2 W/m2 = 1 x 10-10 ?W/cm2
El intervalo de intensidades por arriba del cual el oídohumano es sensible es enorme. Abarca desde el umbral de audición I0 hasta una intensidad de 10-12 veces mayor. EL extremo superior representa el punto en el que la intensidad es intolerable para el oído humano. La sensación se vuelve dolorosa y no sólo auditiva.
El umbral del dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin sentir dolor. Su valor es:
1p = 1 W/m2 = 100?W/cm2
En vista de la amplitud del intervalo de intensidades al que es sensible el oído, es más conveniente establecer una escala logarítmica para las mediciones de intensidades sonoras. Dicha escala se establece a partir de la siguiente regla.
Cuando la intensidad I, de un sonido es 10 veces mayor que la intensidad I2 de otro, se dice que la relación de intensidades es de 1 bel (B).

En la...