El sonido

El Sonido. -Altura o Tono de un Sonido: Característica que
determina la calidad de un sonido sea agudo (alto) o
Vibración y Sonido: grave (bajo). Es una característica psico-acústica, porque
depende de quien lo percibe. Se relaciona directamente
-Vibración: Movimiento de vaivén de un con la frecuencia de la fuente.
cuerpo que posee energía, la que le permite
moverse un lado y otro desde su posición -Intensidad de un Sonido: Es también llamado volumen,
de equilibrio. Se producen por y depende de la energía que transporta y se relaciona
perturbaciones al estado de reposo. Todos directamente con la amplitud de la vibración que lo
los sonidos son producidos por la vibración genera. Se mide en decibeles, y como es una unidad
de algún cuerpo o medio material, pero no objetiva puede ser medida por un sonómetro ú
todas las vibraciones son audibles. osciloscopio. La intensidad es inversamente
Podemos clasificar los objetos que vibran proporcional al cuadrado de la distancia
en: cuerdas, láminas y cavidades. entre el auditor la fuente emisora del
sonido.
-Cuerdas: Cuerdas tirantes sujetas en ambos El debilitamiento del sonido, a medida
extremos vibran al ser perturbadas. En ellas que aumenta la distancia entre el auditor y la fuente
se basan algunos instrumentos musicales. sonora, se debe a que las ondas se propagan en todos los
sentidos, aumentando el número de partículas que el
-Láminas: Láminas de material sólido impulso causante debe mantener, por lo cual disminuye
(metal, madera, vidrio, etc.) o flexible progresivamente la amplitud de la onda sonora. Por otro
(cuero, plástico, etc.) vibran al ser lado, el volumen o sonoridad, es una sensación
golpeadas. El sonido que emiten depende fisiológica y se percibe distintamente en las personas.
de su forma.
-Timbre de un sonido: Es la propiedad que nos permite
-Cavidades: El aire atrapado en cavidades distinguir dos o más sonidos de igual altura e intensidad
es capaz de vibrar y generar tonos emitidos por fuentes sonoras distintas. Por ejemplo, dos
determinados, que dependen de la forma y sonidos de igual frecuencia (440 Hz) en un diapasón y
tamaño de la cavidad. una flauta no suenan iguales y esto se debe a que las
fuentes no emiten sonidos de una sola frecuencia; el
-Elongación: Posición cualquiera de una sonido se compone de una suma de frecuencias, o sea
partícula respecto a la posición de equilibrio tienen composición armónica diferente. Depende
en un determinado instante. principalmente de la naturaleza de la fuente sonora y del
grado de complejidad de la onda respectiva. Al sonido
-Amplitud: Es la máxima elongación o principal se le denomina fundamental; este va
separación de la posición de equilibrio. Se acompañado de sonidos secundarios que se le
expresa en unidades de longitud. superponen. Si los sonidos secundarios constituyen una
frecuencia múltiplo de la frecuencia fundamental, se les
-Ciclo de vibración: Tiempo en que la denomina sonidos armónicos.
vibración completa un ciclo, o sea, vuelve a
su posición de equilibrio. -Reflexión: Es la propiedad que se manifiesta cuando
una onda (onda incidente) choca contra una superficie de
-Vibraciones Periódicas: Es cuando todos separación (medio reflector) de dos medios diferentes, es
los ciclos tienen la misma duración. decir, es una desviación que experimenta la onda al
incidir contra una superficie con una densidad tal que no
-Periodo (T): El tiempo que emplea el le permita atravesarlo. Así, la fracción de la energía que
cuerpo en completar un ciclo. Se mide en porta la onda reflejada es grande si la superficie es rígida
seg. y lisa, y si la superficie es suave e irregular, la energía
Periodo de la onda=Periodo de cada particula reflejada es menor. La onda conserva sus características,
pero la amplitud puede bajar. En el caso del sonido, la
-Frecuencia (f): Cantidad de ciclos, en reflexión determina el eco y la reverberación.
cierta cantidad de tiempo. Se mide
generalmente en herzt, que quiere decir -Eco: El oído diferencia entre dos sonidos si el intervalo
ciclos por segundo. de tiempo entre la percepción de uno y otro es superior a
Fq onda = Fq de cada particula 0.1 seg; por lo tanto, para percibir eco, el sonido deberá
recorrer 34m. Luego, el obstáculo debe estar al menos a
17 mt para que se produzca el eco monosílabo. Si la
1
-Relaciones entre T y f: T α distancia es un poco mayor de 17 mt el sonido reflejado
f podría perturbar el sonido emitido, produciéndose un
Tf = 1 eco nocivo. No obstante, si el sonido reflejado se
sobrepone al emitido, entonces el eco es útil.

-Reverberación: Son extensiones del sonido -Refracción: Si una onda viajera se encuentra con un
percibido, debido a las sucesivas medio de distinta densidad, y que le permite seguir
reflexiones que se generan, por esto un propagándose, puede sufrir la variación de la velocidad y
receptor percibe el sonido un poco más eventualmente cambio de dirección. En el caso del
largo debido al acoplamiento de reflexiones sonido, una diferencia en la temperatura del aire permite
provenientes desde distintos puntos. El que este se comporte como si fuesen medios diferentes.
tiempo de reverberación está asociado al Por ejemplo, en un día frío o durante la noche, cuando la
tiempo en el que un sonido decae hasta que capa de aire próxima al suelo está más fría que el aire de
ya no es audible. más arriba, la rapidez del sonido cerca del suelo se
reduce, por lo cual es posible escuchar a distancias
-Transmisión: El sonido se trasmite por mayores.
medios materiales a distintas velocidades,
mediante la vibración de moléculas del -Difracción: La difracción se produce en todas las ondas.
medio, producto de la vibración de la Es alteración en la propagación de una onda cuando
fuente. Mientras más denso el medio, encuentra algún obstáculo pudiendo sortearlo. Esta
mayor rapidez de propagación. En el propiedad es de gran importancia en las ondas sonora,
proceso de transmisión, las moléculas de puesto que la presencia de objetos en su trayecto desvía
aire no se trasladan de un lugar a otro, sino la onda. El sonido se caracteriza por la alta capacidad de
que vibran en su posición de equilibrio difractarse, generando, a su vez, otros efectos de quiebre
transmitiéndose así, la energía liberada al de ondas, lo que mejora su percepción.
emitir el sonido. Para que se transmita en el
aire, deben existir zonas de compresión y -Interferencia: Cuando se emiten ondas desde dos puntos
rarefacción. En el vacío el sonido no se diferentes, al encontrarse se superponen, generándose
propaga. La eficiencia de la transmisión zonas de refuerzo (int. constructiva) y zonas de
depende inversamente de la frecuencia, a anulación (int. destructiva).
mayor frecuencia, menor eficiencia, ya que
las altas frecuencias se pierden por la -Fisiología del oído:
distancia. La velocidad de transmisión Pabellon → Canal → Timpano
depende de propiedades físicas del medio, y
no de la frecuencia ni la amplitud. ↓
Coclea ← Ventana Oval ← Huesillos
-Elasticidad: Propiedad de recuperar su
forma, después de una deformación. En un ↓
medio elástico las moléculas están muy
Mb. Basilar → Org. de Corti → Nervio
cerca y reaccionan rápidamente a la
perturbación. A mayor elasticidad, mayor El sonido ingresa al pabellón y pasa al canal auditivo. Al
velocidad. llegar al tímpano, como es una membrana elástica, lo
hace vibrar. Esta vibración hace que el martillo, yunque
-Densidad: Mientras más moléculas y estribo vibren, los que amplifican hasta 40 veces el
disponibles para propagar el sonido mayor sonido, por palanca, y hacen que vibre la ventana oval,
velocidad. que después se transmite al líquido dentro de la coclea o
caracol, y después a la membrana basilar. Así se
-Temperatura: A estimulan las terminaciones nerviosas del órgano de
mayor temperatura, v = (331 + 0.6t ) m Corti, lo que genera el impulso nervioso que pasa al
s
mayor velocidad. nervio auditivo, que viaja hasta el encéfalo.

-Absorción: Los materiales blandos y de -Perdidas de Audición y Contaminación Los sonidos
baja densidad absorben el sonido con lo que fuertes pueden causar pérdida de sensibilidad auditiva,
disminuye la reflexión. Esto por que por lo ya que destruyen las células del oído interno, que no se
general poseen numerosas cavidades con regeneran. La sordera se puede producir por problemas
aire, y el sonido se refleja en su interior sin del nervio acústico, fallas de las células ciliadas al
salir. Mientras mayor sea la frecuencia, interior de a coclea, o por huesillos soldados. También,
mejor es la absorción del sonido. por virus, accidentes o explosiones. La presbicusia es la
perdida natural de la audición por vejez. La
-Atenuación: Disminución de la intensidad contaminación acústica se refiere al ruido. Se considera
del sonido por la distancia. Se debe a que el contaminante, y puede producir efectos fisiológicos y
medio de propagación va absorbiendo parte psicológicos nocivos, como la pérdida de audición e
de la energía sonora durante la propagación. irritabilidad exagerada. Se consideran los 50 dB como el
Así la amplitud decrece, pero el periodo y límite superior deseable.
la frecuencia se mantienen constantes.
-Rango de audición: 16-20.000 Hz

Ondas y Sonidos -Según la dirección del movimiento de las partículas:

-Onda: Perturbación que se propaga en -Ondas Longitudinales: La dirección de propagación
algún medio (sólido, líquido, gas), desde la coincide con la oscilación. El sonido se propaga en el
perturbación (foco) hacia otras regiones del aire como una onda longitudinal.
medio (movimiento oscilatorio). Es un tren
de pulsos o pulsos sucesivos. Si se realiza Ondas Transversales: La dirección de propagación es
en tiempos iguales es una onda periódica. perpendicular al de la oscilación.
Cabe destacar que las ondas son portadoras
de energía, pero no de materia. -Según el sentido de propagación:

-Longitud de onda (λ): Distancia que -Ondas estacionarias: Son las que viajan en ambos
recorre una onda en un periodo. También sentidos, como limitadas entre dos extremos. La onda
puede definirse como la distancia existente viajera se refleja invertida respecto a la incidente en el
entre dos partículas consecutivas en igual extremo de un medio dado. Así, se superponen y parece
condición de fase una onda fija. Cada punto oscila con una amplitud fija.
Los puntos estacionarios donde la amplitud es nula, son
-Velocidad de propagación: Depende de la los nodos y zonas con máxima amplitud, son los
naturaleza del medio, elasticidad y antinodos. Los nodos se encuentran a una distancia igual
densidad. Luego, la velocidad de a media longitud de onda λ/2, uno de otro. El número de
propagación está dada por: antinodos es inferior en una unidad al número de nodos.
La energía no se propaga libremente, sino que esta
confinada en una región del espacio. La amplitud de
vibración de las moléculas del medio permanece
constante mientras siga perturbándose exteriormente,
Lo que caracteriza a cada onda es su
sino la amplitud decrece con el tiempo.
frecuencia (si se cambia, cambia la onda),
por tanto cualquier cambio de velocidad se
traduce como un cambio de λ.

-Amplitud: Distancia de la posición de
equilibrio, a la altura máxima de una cresta.
Es la elongación máxima que alcanza una
partícula en el medio de una vibración.
Energia α A
-Ondas viajeras o progresivas: Son las que se propagan
-Clases de onda en un sentido único, desde una fuente. Su amplitud
disminuye a medida que transcurre el tiempo.
-Según la naturaleza:
-Onda sonora: Las ondas sonoras son ondas mecánicas,
Ondas mecánicas: Son las que se propagan periódicas y longitudinales que se transmite cuando el
por medios materiales. Para que se cuerpo vibrante comprime y descomprime el aire de su
propague la onda, es necesaria la elasticidad entorno.
del medio. Se generan por perturbaciones
mecánicas como golpes.
-Condiciones para que se genere el sonido: Un cuerpo
vibrante, un medio elástico en que el sonido se
Ondas electromagnéticas: Se generan po la
propague, una frecuencia en un rango audible, la entre
oscilación del campo eléctrico y magnético,
16 Hz y 20.000 Hz, oído en buenas condiciones de
los que son inseparables. No requieren de
recepción.
un medio material de propagación, aunque
eventualmente pueden hacer uso de él.
Velocidad de propagación: Los sólidos, líquidos y gases,
-Según la periodicidad de la fuente que la constituyen medios elásticos propicios para la
origina: propagación de ondas longitudinales. No obstante, las
ondas transversales no pueden propagarse en fluidos por
Ondas periódicas: Se producen de manera necesitar estos medios, de fuerzas tangenciales
constante, la misma onda se repite en el recíprocas que se opongan al desplazamiento de las
mismo tiempo. moléculas, y de las fuerzas elásticas necesarias que
lleven las partículas de nuevo a su posición de
Ondas no periódicas: No se repiten de igual equilibrio.
forma en el mismo tiempo.

-Resonancia: Todo objeto tiene su -Aplicaciones de Ultrasonido: En ecografía, se observa
frecuencia natural de vibración, que el interior del cuerpo, mediante una onda que refleja los
depende de la forma, el tamaño y el órganos internos y permite visualizar en una pantalla la
material de construcción. Cuando la imagen de los mismos. A diferencia de los rayos X, esta
frecuencia externa con la que se le hace técnica permite observar en forma permanente lo que
vibrar es la mima, la amplitud es máxima, sucede al interior del cuerpo, detectando los
así puede decirse que es un refuerzo de movimientos que ocurren en los órganos observados.
amplitud, que se produce al acoplarse el Otras aplicaciones se ven en los radares, sonares, y
sonido de una frecuencia con otro muy ondas de murciélagos o ecolocalización.
similar.
-La cuerda vibrante: El tono depende de la longitud de la
-Efecto Doppler: Este efecto en que se cuerda y de la tensión y su tensión. Mientras menor el
perciben frecuencias aparentemente largo más agudo, y mientras mas tenso, más agudo, y
diferentes por un receptor, respecto a la mientras mayor sea la densidad lineal, mayor frecuencia
emitida por la fuente. Esta genera un si la tensión es constante.
cambio de tono del sonido. La frecuencia Tension ⋅ ρ
con que se percibe un sonido depende de la Altas Frecuencias α
Longitud
velocidad relativa entre el emisor y el
receptor. La diferencia obedece a que al -Superposición de ondas: Al chocar dos o más ondas se
aproximarse la fuente sonora, se genera una suponerponen, y la elongación de la onda resultante es
compresión de las ondas, traducida en un igual a la suma algebraica de todas las componentes del
aumento de la frecuencia, por lo que el punto. Después, cada una sigue igual, conservando sus
sonido tiende a ser más agudo. Sin propiedades, o sea, las ondas son iguales antes, y
embargo, cuando la fuente sonora se aleja, después de la superposición.
las ondas se descomprimen y por lo tanto,
la frecuencia de percepción se hace menor, -Onda estacionaria en cuerda vibrante: La superposición
es decir, el sonido tiende a ser más grave. de las ondas en una cuerda vibrante, dará origen a una
Si aumenta la diferencia de velocidades, el onda estacionaria. Así encontraremos nodos (puntos sin
efecto se percibe más notoriamente. vibración) y antinodos (Amplitud máxima). Entonces la
El efecto Doppler no solo ocurre con el distancia entre dos nodos será λ/2 y la amplitud de la
sonido, sino también con cualquier tipo de onda estacionaria será 2A. Además, el extremo de la
onda, incluso con la luz, y se llama cuerda también es un nodo. La amplitud de oscilación
corrimiento al rojo. depende de la distancia al nodo más cercano.

-Modos Normales de vibración: Son las diferentes
formas en que puede vibrar una cuerda, generando ondas
estacionarias. Cada modo tendrá una forma y sonido
característico, dado por la frecuencia con la que vibra.
La mínima frecuencia se llama frecuencia fundamental o
f0, y si vibra con ella, se ha establecido su modo
fundamental de vibración. La frecuencia de los demás
nodos son múltiplos enteros de f0, y se llaman
armónicos. f n = n ⋅ f 0

f ' v ± vo
=
f v ± vf
v = velocidad de la onda
2L
v 0 = velocidad del observador Así la longitud de onda será λ =
n
v f = velocidad de la fuente
f '=frecuencia aparente -Relación Longitud y tensión con su frecuencia: En el
caso de los instrumentos de cuerda, la velocidad de
f=frecuencia real emitida propagación está dada por:
v 0 = + se acerca / - se aleja de la fuente
v f = + se aleja / - se acerca al observador

-Interferencia: Es cuando dos ondas de igual frecuencia y en igualdad de fase se superponen en un
medio, se produce una alternancia de máximos (zonas de interferencia constructiva) y mínimos
(zonas de interferencia destructiva) de amplitud de vibración. En las zonas constructivas se alcanza
el máximo volumen y en las destructivas, silencio.

-Pulsaciones entre dos tonos de frecuencia similar: La frecuencia de las pulsaciones depende de la
diferencia existente entre las frecuencias de cada una de las dos ondas que se superponen. Mientras
mayor sea su diferencia, mayor será la frecuencia de sus pulsaciones, y a medida que ambas
frecuencias se hacen más cercanas, la frecuencia de la pulsación disminuye. La frecuencia de la
pulsación se puede expresar de la siguiente forma.
f p = f1 − f 2

A medida que aumenta la diferencia entre las frecuencias de ambas ondas, disminuye el periodo con
que la onda resultante alcanza su máxima amplitud, de modo que el fenómeno de las pulsaciones
comienza a hacerse cada vez, más difícil de percibir por el oído humano.

Es importante no confundir frecuencia de la pulsación con la frecuencia de la onda resultante.
Mientras la frecuencia de a pulsación corresponde a la diferencia de las frecuencias de las ondas
componentes, la frecuencia de la onda resultante se calcula como el promedio de las frecuencias de
las ondas componentes.

reigen_
Fmat
2007

Fuentes:
http://www.educarchile.cl
http://www.psu-unab.cl/
Fisica. Editorial Santillana. 2006.

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