La acústica trata con los aspectos fisiológicos del sonido y cómo se transmiten en teatros o habitaciones. El sonido audible tiene frecuencias entre 20-20,000 Hz, mientras que el infrasónico y ultrasónico están fuera de este rango. La intensidad sonora depende de la potencia de la fuente y la distancia, y se mide en decibeles. El efecto Doppler causa cambios en la frecuencia aparente debido al movimiento relativo de la fuente y el escucha.

1. Acústica
Presentación PowerPoint de
Paul E. Tippens, Profesor de Física
Southern Polytechnic State University

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
los aspectos fisiológicos del sonido. Por ejemplo,
en un teatro o habitación, un ingeniero se preocupa
por cuán claramente se pueden escuchar o transmitir
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
Calidad
onda
Las propiedades físicas son mensurables y repetibles.

6. Intensidad sonora (sonoridad)
La intensidad sonora es la potencia
transferida por una onda sonora por
unidad de área normal a la dirección de
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:
P P
I 2
A 4 r
La intensidad I diminuye con el cuadrado de la
distancia r desde la fuente isotrópica de sonido.

8. Comparación de intensidades sonoras
La relación de cuadrado inverso significa que un sonido
que está el doble de lejos es un cuarto de intenso, y el que
está tres veces más lejos tiene un noveno de intensidad.
I1
P P
I1 I2
r1 4 r12 4 r22
r2 P 4 r12 I1 4 r22 I 2
I2
I1r12 I 2 r22
Potencia constante P

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
2 2
2 2 Ir 11 r1
Ir
11 Ir
2 2 or I2 2
I1
r 2 r2
2
2 8m
I2 0.60 W/m I2 = 0.096 W/m2
20 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 2
or P 4 r12 I1 4 (8 m) 2 (0.600 W/m 2 )
4 r1
P = 7.54 W
2
El mismo resultado se encuentra de: P 4 r I
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 I
10 log decibeles (dB)
intensidad I0
donde 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/m2
10log 10log -12 2
I0 1 x 10 W/m
5
10 log10 (10)(5)
Nivel de
intensidad:
= 50 dB

14. Niveles de intensidad de sonidos comunes
20 dB Hojas o 65 dB
murmullo
Conversación
normal
Subterráneo 140-
100 dB 160 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
20 dB, 1 x 10-10 W/m2
A
IB = 100 IA
Fuente
B 40 dB, 1 x 10-8 W/m2

16. Diferencia en niveles de intensidad
Considere dos sonidos con niveles de intensidad
1y 2
I1 I2
1 10 log ; 2 10 log
I0 I0
I2 I1 I2 I1
2 1 10log 10log 10 log log
I0 I0 I0 I0
I2 / I0 I2
2 1 10 log 2 1 10 log
I1 / I 0 I1

17. Ejemplo 3: ¿Cuánto más intenso es un
sonido de 60 dB que uno de 30 dB?
I2
2 1 10 log
I1
I2 I2
60 dB 30 dB 10 log y log 3
I1 I1
x
Recuerde la definición: log10 N x significa 10 N
I2 I2
log 3; 103 ; I2 = 1000 I1
I1 I1

18. Interferencia y pulsaciones
f
+
f’
f f’
=
Frecuencia de pulsaciones = f’ - 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
Observador Observador
estacionario estacionario
La persona izquierda
escucha menor f
debido a más larga
La persona derecha
escucha mayor f
debido a más corta El movimiento afecta la f0 aparente.

20. Fórmula general para efecto Doppler
V v0
f0 fs Definición de términos:
V vs
f0 = frecuencia observada
Las rapideces se fs = frecuencia de fuente
calculan como
positivas para V = velocidad del sonido
acercamiento y v0 = velocidad del observador
negativas para
alejamiento 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:
vs = +30 m/s v0 = -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 fs 500 Hz
V vs 340 m/s - (30 m/s)
330 m/s
f0 500 Hz f0 = 532 Hz
310 m/s)

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

25. Resumen (Cont.)
La intensidad sonora es la potencia transferida
por una onda sonora por unidad de área normal
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
sonido que está el doble de lejos tiene un cuarto de
intensidad, y que uno que está tres veces más lejos
tiene un noveno de intensidad.
P P 2 2
I Ir
1 1 I r
2 2
A 4 r2

27. Resumen de fórmulas:
P I
10 log
I2
I 10 log 2 1
A I0 I1
Umbral de audición: I0 = 1 x 10-12 W/m2
Umbral de dolor: Ip = 1 W/m2
Frecuencia de V v0
v=f f0 fs
pulsación = f’ - f V vs

28. CONCLUSIÓN:
Acústica