1. Capítulo 22B: Acústica
Presentación PowerPoint de
Paul E. Tippens, Profesor de Física
Southern Polytechnic State University
©
2007

2. Objetivos: Después de completar
este módulo deberá:
• Calcular la intensidad y los niveles de
intensidad de sonidos y correlacionar
con la distancia a una fuente.
•
Aplicar el efecto Doppler para
predecir cambios aparentes
en frecuencia debidos a
velocidades relativas de una
fuente y un escucha.

3. Definición de acústica
La acústica es la rama de la ciencia que trata con
La acústica es la rama de la ciencia que trata con
los aspectos fisiológicos del sonido. Por ejemplo,
los aspectos fisiológicos del sonido. Por ejemplo,
en un teatro o habitación, un ingeniero se preocupa
en un teatro o habitación, un ingeniero se preocupa
por cuán claramente se pueden escuchar o transmitir
por cuán claramente se pueden escuchar o transmitir
los sonidos.
los sonidos.

4. Ondas sonoras audible
A veces es útil reducir la clasificación del sonido
a aquellos que son audibles (los que se pueden
escuchar). Se usan las siguientes definiciones:
• Sonido audible: Frecuencias de 20 a 20,000 Hz.
• Infrasónico: Frecuencias bajo el rango audible.
• Ultrasónico: Frecuencias arriba del rango audible.

5. Comparación de efectos
sensoriales con mediciones
físicas
Efectos sensoriales
Propiedad física
Sonoridad
Intensidad
Tono
Frecuencia
Forma de
onda
Calidad
Las propiedades físicas son mensurables y repetibles.

6. Intensidad sonora (sonoridad)
La intensidad sonora es la potencia
La intensidad sonora es la potencia
transferida por una onda sonora por
transferida por una onda sonora por
unidad de área normal a la dirección de
unidad de área normal a la dirección de
propagación de la onda.
propagación de la onda.
P
I=
A
Unidades: W/m2

7. Fuente isotrópica de sonido
Una fuente isotrópica
propaga el sonido en ondas
esféricas crecientes, como
se muestra. La intensidad I
está dada por:
λ
λ
P
P
I= =
2
A 4π r
La intensidad II diminuye con el cuadrado de la
La intensidad diminuye con el cuadrado de la
distancia rr desde la fuente isotrópica de sonido.
distancia desde la fuente isotrópica de sonido.

8. Comparación de intensidades sonoras
La relación de cuadrado inverso significa que un sonido
La relación de cuadrado inverso significa que un sonido
que está el doble de lejos es un cuarto de intenso, y el que
que está el doble de lejos es un cuarto de intenso, y el que
está tres veces más lejos tiene un noveno de intensidad.
está tres veces más lejos tiene un noveno de intensidad.
I1
r1
r2
I2
Potencia constante P
P
I1 =
4π r12
P
I2 =
4π r22
P = 4π r12 I1 = 4π r22 I 2
Ir =I r
2
1 1
2
2 2

9. Ejemplo 1: Un claxon pita con potencia
constante. Un niño a 8 m de distancia escucha un
sonido de 0.600 W/m2 de intensidad. ¿Cuál es la
intensidad que escucha su madre a 20 m de
distancia? ¿Cuál es la potencia de la fuente?
Dado: I1 = 0.60 W/m2; r1 = 8 m, r2 = 20 m
Ir =I r
2
1 1
2
2 2
or
 r1 
Ir
I2 =
= I1  
r
 r2 
 8m 
I 2 = 0.60 W/m 

 20 m 
2
2
11
2
2
2
2
II22 = 0.096 W/m22
= 0.096 W/m

10. Ejemplo 1 (Cont.) ¿Cuál es la potencia de la
fuente? Suponga propagación isotrópica.
Dado: I1 = 0.60 W/m2;
r1 = 8 m
I2 = 0.0960 W/m2 ; r2 = 20 m
P
I1 =
or P = 4π r12 I1 = 4π (8 m) 2 (0.600 W/m 2 )
4π r12
P = 7.54 W
P = 7.54 W
El mismo resultado se encuentra de:
P = 4π r I
2
2 2

11. Rango de intensidades
El umbral auditivo es el mínimo estándar de
intensidad para sonido audible. Su valor I0 es:
Umbral auditivo: I0 = 1 x 10-12 W/m2
El umbral de dolor es la intensidad máxima Ip que
el oído promedio puede registrar sin sentir dolor.
Umbral de dolor: Ip = 1 W/m2

12. Nivel de intensidad (decibeles)
Debido al amplio rango de intensidades sonoras
(de 1 x 10-12 W/m2 a 1 W/m2), se define una
escala logarítmica como el nivel de intensidad en
decibeles:
Nivel de
intensidad
I
β = 10 log
I0
decibeles (dB)
donde β es el nivel de intensidad de un sonido
cuya intensidad es I e I0 = 1 x 10-12 W/m2.

13. Ejemplo 2: Encuentre el nivel de
intensidad de un sonido cuya intensidad
es 1 x 10-7 W/m2.
I
1 x 10-7 W/m 2
β = 10 log = 10 log
I0
1 x 10-12 W/m 2
β = 10 log10 = (10)(5)
5
Nivel de
Nivel de
intensidad:
intensidad:
β = 50 dB
β = 50 dB

14. Niveles de intensidad de sonidos comunes
20 dB
Hojas o
murmullo
65 dB
Conversación
normal
Subterráneo
100 dB
140160 dB
Motores jet
Umbral de audición: 0 dB Umbral de dolor: 120 dB

15. Comparación de dos sonidos
Con frecuencia dos sonidos se comparan por niveles
de intensidad. Pero recuerde: los niveles de
intensidad son logarítmicos. ¡Un sonido que es 100
veces más intenso que otro sólo es 20 dB mayor!
Fuente
A
Fuente
B
20 dB, 1 x 10-10 W/m2
IB = 100 IA
40 dB, 1 x 10-8 W/m2

16. Diferencia en niveles de intensidad
Considere dos sonidos con niveles de intensidad
β1 y β2
I1
β1 = 10 log ;
I0
I2
β 2 = 10 log
I0

I2
I1
I2
I1 
β 2 − β1 = 10 log − 10 log = 10  log − log 
I0
I0
I0
I0 

I2 / I0
β 2 − β1 = 10 log
I1 / I 0
I2
β 2 − β1 = 10 log
I1

17. Ejemplo 3: ¿Cuánto más intenso es un
sonido de 60 dB que uno de 30 dB?
I2
β 2 − β1 = 10 log
I1
I2
60 dB − 30 dB = 10 log
I1
Recuerde la definición:
I2
log = 3;
I1
log10 N = x
I2
= 103 ;
I1
y
I2
log
=3
I1
significa 10 = N
x
I2 = 1000 I1

18. Interferencia y pulsaciones
f
+
f’
f f’
=
Frecuencia de pulsaciones = f’ -- ff
Frecuencia de pulsaciones = f’

19. El efecto Doppler
El efecto Doppler se refiere al aparente cambio en
frecuencia de un sonido cuando hay movimiento
relativo de la fuente y el escucha.
v
Fuente sonora se mueve con vs
f =
λ
La persona izquierda
escucha menor f
debido a más larga λ.
La persona derecha
escucha mayor f
debido a más corta λ
Observador
estacionario
Observador
estacionario
El movimiento afecta la f0 aparente.

20. Fórmula general para efecto Doppler
 V + v0 
f0 = f s 

 V − vs 
Las rapideces se
calculan como
positivas para
acercamiento y
negativas para
alejamiento
Definición de términos:
f0 = frecuencia observada
fs = frecuencia de fuente
V = velocidad del sonido
v0 = velocidad del observador
vs = velocidad de la fuente

21. Ejemplo 4: Un niño en bicicleta se mueve al
norte a 10 m/s. Tras el niño hay un camión
que viaja al norte a 30 m/s. El claxon del
camión pita a una frecuencia de 500 Hz.
¿Cuál es la frecuencia aparente que escucha
el niño? Suponga que el sonido viaja a 340
m/s.
30 m/s
fs = 500 Hz 10 m/s
V = 340 m/s
El camión se aproxima; el niño escapa. Por tanto:
vss = +30 m/s
v = +30 m/s
v00 = -10 m/s
v = -10 m/s

22. Ejemplo 4 (Cont.): Aplique ecuación Doppler.
vs = 30 m/s
fs = 500 Hz v0 = -10 m/s
V = 340 m/s
 V + v0 
 340 m/s + (−10 m/s) 
f0 = f s 
 = 500 Hz 

 340 m/s - (30 m/s) 
 V − vs 
 330 m/s 
f 0 = 500 Hz 
310 m/s) 


ff0 = 532 Hz
0 = 532 Hz

23. Resumen de acústica
La acústica es la rama de la ciencia que trata con
La acústica es la rama de la ciencia que trata con
los aspectos fisiológicos del sonido. Por ejemplo, en
los aspectos fisiológicos del sonido. Por ejemplo, en
un teatro o habitación, un ingeniero se preocupa por
un teatro o habitación, un ingeniero se preocupa por
cuán claramente se pueden escuchar o transmitir los
cuán claramente se pueden escuchar o transmitir los
sonidos.
sonidos.
Sonido audible: Frecuencias de 20 a 20,000 Hz.
Infrasónico: Frecuencias abajo del rango audible.
Ultrasónico: Frecuencias arriba del rango audible.

24. Resumen (continuación)
Propiedades físicas mensurables que determinan
los efectos sensibles de sonidos individuales
Efectos sensoriales
Propiedad física
Sonoridad
Intensidad
Tono
Frecuencia
Forma de
onda
Calidad

25. Resumen (Cont.)
La intensidad sonora es la potencia transferida
La intensidad sonora es la potencia transferida
por una onda sonora por unidad de área normal
por una onda sonora por unidad de área normal
a la dirección de propagación de la onda.
a la dirección de propagación de la onda.
P
I=
A
Unidades: W/m2

26. Resumen (Cont.)
La relación de cuadrado inverso significa que un
La relación de cuadrado inverso significa que un
sonido que está el doble de lejos tiene un cuarto de
sonido que está el doble de lejos tiene un cuarto de
intensidad, y que uno que está tres veces más lejos
intensidad, y que uno que está tres veces más lejos
tiene un noveno de intensidad.
tiene un noveno de intensidad.
P
P
I= =
A 4π r 2
Ir =I r
2
1 1
2
2 2

27. Resumen de fórmulas:
P
I=
A
I
β = 10 log
I0
I2
β2 − β1 = 10 log
I1
Umbral de audición: II0 = 1 x 10-12 W/m22
Umbral de audición: 0 = 1 x 10-12 W/m
Umbral de dolor: IIp = 1 W/m22
Umbral de dolor: p = 1 W/m
v = ffλ
v= λ
Frecuencia de
Frecuencia de
pulsación = f’ -- ff
pulsación = f’
 V + v0 
f0 = f s 

V − vs 


28. CONCLUSIÓN: Capítulo 22B
Acústica