El Sonido y el Oído

De todas las ondas mecánicas que se dan en la naturaleza, las más importantes en nuestra vida diaria son las ondas longitudinales en un medio, usualmente aire, llamadas ondas sonoras. La razón es que el oído humano es muy sensible y puede detectar ondas sonoras de muy baja intensidad. Además de su uso en la comunicación verbal, nuestros oídos nos permiten captar una multitud de indicios acerca de nuestro entorno, desde el grato sonido de la preparación de alimentos hasta el sonido de advertencia de un vehículo que se acerca. La capacidad para escuchar a un depredador nocturno fue fundamental para la supervivencia de nuestros antepasados, así que no es exagerado decir que debemos nuestra existencia a nuestro sentido del oído altamente evolucionado.

Hasta ahora, hemos descrito las ondas mecánicas primordialmente en términos de desplazamiento, pero por lo general es mas apropiado describir las ondas sonoras en términos de fluctuaciones de presión.

Traducción (Inglés/Español)

Tomado del Libro Física Universitaria

STEARS, ZEMANSKY, YOUNG Y FREEDMAN (2004) FÍSICA UNIVERSITARIA

(México). Editorial PEARSON EDUACIÓN

El Sonido

Es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas. El término "humanamente audible" consiste en ondas sonoras que se producen cuando las oscilaciones de la presión del aire, son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro.

Se genera por movimientos vibratorios de un cuerpo, que produce propagación de ondas mecánicas que se desplazan a través de un fluido o material elástico.

Este es un movimiento ondulatorio longitudinal ya que la dirección de propagación y vibración es la misma. Las partículas del medio por el que se desplaza vibran pero no se desplazan. En el caso del aire no es el que se desplaza, sino la vibración la que viaja.

Producción del Sonido

Las ondas sonoras longitudinales se producen como consecuencia de una perturbación periódica en el aire, y que el oído humano actúa como receptor de estas ondas sonoras periódicas, percibiéndolas como sonido. El cuerpo sonoro puede vibrar longitudinal o tranversalmente.

Fenómenos que afectan la propagación del sonido:

• Difracción
• Refracción
• Reflexión
• Absorción
• Difusión
• Transmisión

Cualidades del Sonido

Tono: El que un sonido sea mas grave o más agudo depende de la frecuencia de vibración de ese sonido. La característica de agudo o grave de un sonido se llama "Tono" o "Altura".

Timbre: Es el atributo que nos permite diferenciar dos sonidos con igual sonoridad, altura y duración. Como se ve. En todo caso, se podría afirmar que el timbre es una característica propia de cada sonido, de alguna manera identifica la fuente sonora que lo produce.

Intensidad: Potencia acústica transferida por una onda sonora por unidad de área normal a la dirección de propagación.

Características del Sonido

Cualquier sonido sencillo, como una nota musical, puede describirse en su totalidad especificando tres características de su percepción: el tono, la intensidad y el timbre. Estas características corresponden exactamente a tres características físicas: la frecuencia, la amplitud y la composición armónica o forma de onda.

Categorías

Sonido: Cuando algún objeto se pone en vibración, este provoca una onda sonora capaz de viajar a través de cualquier medio elástico (como el aire), si esa onda (que es una variación de presión de las moléculas del aire), llega a nuestros oídos y está dentro de las frecuencias o "umbrales" que nuestro sistema auditivo es capaz de reconocer, este provoca la sensación auditiva que llamamos sonido.

Silencio: El silencio es una sensación subjetiva que percibimos cuando no existe ningún sonido que llame nuestra atención. No existe el silencio absoluto, salvo en el vacío.

Ruido: Al igual que el sonido, el ruido es una vibración, pero en lugar de una vibración ordenada, es una desordenada, donde nos cuesta más reconocer patrones y elementos que lo diferencien de otros. Subjetivamente, es considerado como todos esos sonidos "no deseados"

Infra Sonido

Son por definición sonidos que están por debajo del rango audible del ser humano en términos de frecuencia, es decir, por debajo de 20 Hz.

Naturales: son los generados por terremotos, erupciones volcánicas, grandes mareas, huracanes, auroras boreales, o avalanchas.

Artificiales: son los producidos por la explosión de una bomba atómica, la ignición de cohetes, aviones supersónicos y motores de combustión interna. En la siguiente tabla se comparan las características de algunos tipos de fuentes naturales.

Ultra Sonido

Los ultrasonidos son sonidos que se encuentran por encima del intervalo audible, es decir, su frecuencia es superior a 20000 Hz.

El Ultrasonido es un medio de diagnóstico médico basado en las imágenes obtenidas mediante el procesamiento de los ecos reflejados por las estructuras corporales, gracias a la acción de pulsos de ondas ultrasónicas.
Este método suele usarse para estudios de tiroides, sonomamografías, o urosonografías, por citar algunos ejemplos. El Ultrasonido obstétrico (ecografía) es la forma más segura de examinar al feto y controlar la gestación.

Los primeros aparatos utilizados para practicar el Ultrasonido eran estáticos, es decir, que producían una imagen fija, similar a la obtenida en una radiografía. Pero gracias al avance de la tecnología informática es posible obtener imágenes en movimiento, en color o tridimensionales.

Ondas Audibles

Cualquier frecuencia de la oscilación de una onda sonora audible para el oído humano; generalmente entre 15 y 20.000 Hz.


Fuera del espectro audible: Por encima estarían los ultrasonidos (Ondas acústicas de frecuencias superiores a los 20 kHz). Por debajo, los infrasonidos (Ondas acústicas inferiores a los 20 Hz).


El espectro audible podemos dividirlo en función de los tonos:


Tonos graves: (frecuencias bajas, correspondientes a las 4 primeras octavas, esto es, desde los 16 Hz a los 256 Hz).


Tonos medios: (frecuencias medias, correspondientes a las octavas quinta, sexta y séptima, esto es, de 256 Hz a 2 kHz).


Tonos agudos: (frecuencias altas, correspondientes a las tres últimas octavas, esto es, de 2 kHz hasta poco más de 16 kHz).

Velocidad del Sonido

La velocidad de propagación del sonido no depende de su mayor o menor intensidad, ni de su frecuencia, ni de la fuente sonora, solo depende del medio donde se propaga.
En los sólidos se propaga a mayor velocidad que en los líquidos y gases.
Por ejemplo en los sólidos cuanto mas rígida sea la unión de moléculas y átomos que constituyen el medio mas rápidamente recuperan su posición cuando son alcanzados por la vibración y por lo tanto el sonido se propagará mas rápidamente.
El sonido se propaga a 331 m/s (metros por segundo) en el aire a cero grados centígrados con aire seco, siendo la humedad y temperatura lo que condiciona su velocidad de propagación.
Aproximadamente por cada grado de aumento de temperatura la velocidad aumenta en 0,6 m/s (metros por segundo).

Energía

La energía sonora (o energía acústica) es la energía que transmiten o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía vibracional del foco sonoro y se propaga a las partículas del medio que atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de las partículas), y de energía potencial (cambios de presión producidos en dicho medio o presión sonora).

Intensidad

La intensidad de sonido se define como la potencia acústica transferida por una onda sonora por unidad de área normal a la dirección de propagación.

Efecto Doppler

Siempre que una fuente sonora se mueve en relación con un oyente, el tono del sonido, como lo escucha el observador, puede no ser el mismo que el que percibe cuando la fuente está en reposo. Por ejemplo, si uno está cerca de la vía del ferrocarril y escucha el silbato del tren al aproximarse, se advierte que el tono del silbido es más alto que el normal que se escucha cuando el tren está detenido. A medida que el tren se aleja, se observa que el tono que se escucha es más bajo que el normal. En forma similar, en las pistas de carreras, el sonido de los automóviles que se acercan a la gradería es considerablemente más alto en tono que el sonido de los autos que se alejan de la gradería.

Ejemplo:

Una persona esta en la calle y escucha la sirena de una ambulancia, 

si la ambulancia esta detenida las ondas emitidas por la sirena van a ser constantes, es decir, no va a variar (en este caso la fuente esta sin movimiento); cuando la ambulancia empiece a moverse hacia el oyente las ondas van a ir aumentando su rapidez, haciendo que el oyente escuche el sonido más agudamente a medida que se acerca la sirena de la ambulancia (en este caso la fuente se está acercando al oyente u observador); y cuando la ambulancia se empieza a alejar las ondas van a ir disminuyendo su rapidez, haciendo que el sonido se escuche más grave y cada vez con menos intensidad (en este caso la fuente se está alejando del oyente). Cuanto mayor es la velocidad de la ambulancia mayor es mayor el cambio de frecuencia.

Jorge C., Eduardo E., Arturo M., Alberto S. (2012) Trabajo 5

Disponible en https://fqmalbaida.wikispaces.com/Trabajo+5

Salamanca D. (11/02) El Sonido

Disponible en https://www.emaze.com/@AILQQRTI/Presentation-Name