ONDAS SONORAS - CARACTERISTICAS

Las ondas sonoras son básicamente ondas longitudinales que al llegar a nuestro oído producen el efecto que nosotros conocemos como sonido. Tales ondas, comprendidas en el intervalo de frecuencia de entre 20 y 20.000 vibraciones por segundo, se denominan para simplificar ondas sonoras.

La recepción de una onda sonora por el oído engendra una vibración de las partículas del aire situadas delante del tímpano, con frecuencias y amplitud determinadas. Esta vibración puede considerarse también como debida a las variaciones de presión del aire en el mismo punto. La presión del aire se eleva sobre la presión atmosférica y después se hace inferior a ella, siguiendo la ley de un movimiento armónico simple de la misma frecuencia que el de una partícula de aire. El máximo exceso de presión sobre la atmosférica se denomina amplitud de los cambios de presión, y se demuestra que es proporcional a la amplitud de la elongación.

Medidas efectuadas con las ondas sonoras indican que las máximas variaciones de presión en los sonidos mas fuertes que puede tolerar el oído son del orden de 280 dinas/cm² (por encima y por debajo de la presión atmosférica, que es, aproximadamente, de 1.000.000 dinas/cm²). La elongación máxima correspondiente, para una frecuencia de 1000 vibraciones por segundo, es sensiblemente igual a la milésima de centímetro. Las amplitudes de la elongación, aun para los sonidos mas fuertes, son, por lo tanto, extraordinariamente pequeñas.

Las variaciones máximas de presión en los sonidos mas débiles, de frecuencia 1000 vibraciones por segundo, son solo alrededor de 2 x 10 a la menos cuatro dinas/cm². La amplitud de la elongación correspondiente es, aproximadamente de 10 a la menos 9 cm. A modo de comparación la longitud de onda de la luz amarilla es de 6 x 10 a la menos cinco cm, y el diámetro de una molécula es alrededor de de 10 a la menos ocho cm. Se observa, que el ojo es un órgano extraordinariamente sensible.

INTENSIDAD DE LAS ONDAS SONORAS

Desde un punto de vista puramente geométrico, lo que se propaga en un movimiento ondulatorio es la forma de la onda, sin embargo desde el punto de vista físico, en una onda se propaga algo mas, energía. El ejemplo mas importante es, por supuesto, la energía suministrada a la tierra, que nos llega desde el sol por medio de las ondas electromagnéticas. La intensidad de una onda que se propaga se define como la cantidad media de energía transportada por la onda, por unidad de superficie y por unidad de tiempo, a través de una superficie perpendicular a la dirección de propagación. Mas brevemente, la intensidad es la potencia media transportada por unidad de superficie.

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Para facilitar la legibilidad se adopto como unidad de intensidad del sonido los decibeles, que se basa en una escala logaritmica que hace mas gráfica la lectura de los resultados.

NIVELES DE INTENSIDAD DE RUIDOS DIVERSOS

• Umbral de la sensación desagradable - 120db, a partida de este nivel de intensidad ya comienza a ser molesto para el oído.
• Máquina remachadora - 95db
• Tren Elevado - 90db
• Calle de mucho trafico - 70db
• Conversación ordinaria - 65db
• Automóvil en marcha moderada 50db
• Radio funcionando moderadamente 40db
• Conversación en voz baja - 20db
• Murmullo de las hojas 10db
• Umbral de sensación sonora 0db

El siguiente gráfico muestra el intervalo de frecuencias a las cuales es sensible el oído, representa una gráfica de audición de una persona con buen oído.

La curva muestra que el oído tiene sensibilidad máxima para las frecuencias comprendidas entre 2.000 y 3.000 ciclos/seg. para las cuales el umbral de audición es aproximadamente 10 a la menos cinco db. Para intensidades superiores a las señaladas por la curva superior, llamada umbral de sensación desagradable, la audición se convierte en una sensación incomoda e incluso dolorosa.

CARACTERÍSTICAS DE UNA ONDA SONORA

Todas las ondas longitudinales tienen las mismas características, obviamente las ondas sonoras al ser un sub conjunto de estas también las tienen.

AMPLITUD (A)

Es la máxima separación que tiene la onda desde su punto de equilibro.

PERIODO (T)

Es el tiempo que tarda la onda en efectuar una vibración completa, es la unidad mínima de la onda que al repetirse forman la onda completa. El periodo se mide en segundo, y es la inversa de la frecuencia, lo que quiere decir que si quisiéramos conocer la frecuencia de una onda y tenemos el dato del periodo solo tenemos que hacer la inversa (1/f).

FRECUENCIA (f)

Es la cantidad de oscilaciones que se producen en un segundo, se denomina con la letra f minúscula, es la inversa del periodo.

LONGITUD DE LA ONDA (λ)

La longitud de la onda es la distancia que existe entre dos máximos seguidos, si suponemos que la onda es de forma senoidal, la longitud de la onda sera la distancia entre los dos picos que se muestran en la imagen siguiente.

MEDIO DE PROPAGACIÓN

Para que una onda longitudinal se propaga (ondas sonoras) debe existir un medio que le permita poder hacerlo, esto es una de las principales diferencias respecto de las ondas electromagnéticas, que pueden propagarse en vacío.

Las ondas sonoras se propagan muy bien en el aire, todo el rango audible se puede considerar de propagación lineal, es decir que se comporta de manera predecible, esto permite que muchas ondas viajen por el aire sin afectarse entre si.

Las características principales del medio de propagación por donde las ondas sonoras viajan son las siguientes.

• Su propagación es lineal, es lo que dijimos antes.

• El medio es homogéneo, esto significa que no existe alguna dirección de propagación con privilegios.

• El medio es no dispersivo, lo que significa que la onda se trasladara a la misma velocidad independientemente de la frecuencia y amplitud que tenga.

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TIMBRE Y TONO

Si se deja vibrar libremente una cuerda o una lamina golpeada, esta vibrara con muchas frecuencias simultáneas. Es raro que un cuerpo vibre con una sola frecuencia.

Los impulsos enviados desde el oído al cerebro originan una sensación de conjunto que es característica del instrumento. por definición sabemos que el timbre de un sonido está determinado por el número de armónicos presentes y por sus intensidades respectivas. Se utilizan adjetivos para calificar distintas timbres diferentes Brillante, alto, sonoro, melodioso, etc.

El termino tono se refiere a una cualidad de la sensación sonora que permite clasificar una nota como alta o como baja. Igual de la sonoridad, es una magnitud subjetiva y no puede medirse con instrumentos. El tono esta relacionado con la magnitud objetiva frecuencia, pero entre ambos no existe correspondencia biunívoca. Para un sonido puro de intensidad constante, el tono se eleva al aumentar la frecuencia pero el tono de un sonido puro de frecuencia constante se hace mas bajo cuando crece el nivel de intensidad.

REFERENCIAS

• Libro FISICA version española de FRANCIS W. SEARS y MARK W. ZEMANSKY
• WIKIPEDIA
• INFOBSERVADOR
• PROFESOR EN LINEA