1 el sonido a j barbero. dept. física aplicada. curso 2004/2005 [email protected]
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NATURALEZA DEL SONIDO
• Onda mecánica
Las ondas sonoras están constituidas por ondas mecánicas longitudinales que se propagan en un medio gaseoso, líquido o sólido. Se producen cuando un sistema físico, como una cuerda o una membrana tensa, vibra y origina una perturbación en la densidad del medio (compresiones y rarefacciones).
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• Propagación
La perturbación se propaga a través del medio mediante la interacción de las moléculas del mismo. La vibración de las moléculas tiene lugar a lo largo de la dirección de propagación de la onda. Sólo se propaga la perturbación; las propias moléculas sólo vibran hacia delante y hacia atrás alrededor de sus posiciones de equilibrio.
NATURALEZA DEL SONIDO
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COMPRESIÓN/RARIFICACIÓN
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VELOCIDAD DEL SONIDOAumenta cuando aumenta la rigidez del medio
Sólidos > líquidos > gases
330
335
340
345
350
355
360
0 5 10 15 20 25 30 35 40
Velocidad del sonido en el aire en funcion de la temperatura
v (m/s)
T (C)
Figura 1
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TONO y TIMBRE
El TONO es la cualidad del sonido asociada a su carácter más o menos agudo. Las frecuencias altas corresponden a tonos agudos, la frecuencias bajas a tonos graves.
El TIMBRE es la cualidad del sonido que permite distinguir entre diversos sonidos aunque correspondan a la misma frecuencia. Por ejemplo, se puede distinguir entre una misma nota musical emitida por un clarinete y por un piano.
ARMÓNICOS
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NIVEL DE POTENCIA SONORA
Potencia instantánea: tasa a la cual la energía sonora es emitida en cualquier instante del tiempo.
Potencia máxima en un intervalo
Potencia media en un intervalo
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INTENSIDAD DEL SONIDO
La intensidad del sonido en una dirección especificada en un punto del campo sonoro es el flujo de energía sonora a través de una unidad de área en ese punto (potencia por unidad de área fluyendo a través del punto), con la unidad de área perpendicular a la dirección especificada. Se mide en w/m2.
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INTENSIDAD DEL SONIDO
W/m2 Energía por unidad de superficie (perpendicular a la dirección dada) y por unidad de tiempo
INTENSIDAD:
Es imprescindible especificar la dirección
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NIVEL DE INTENSIDAD SONORA
010log10
II
LI
Intensidad de referencia: I0 = 10-12 w/m2
• Umbral de audición: 10-12 w/m2 (0 dB)• Umbral de dolor: 1 w/m2 (120 dB)
Recepción del sonido de una fuente
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El órgano del oído
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UMBRALES de AUDICIÓN: MAF y MAP
UMBRAL DE MÍNIMO CAMPO AUDIBLE (MAF)Es el nivel de presión sonora del umbral de audición en jóvenes adultos con audición normal, medido en un campo libre (es decir, aquel campo de sonido en que la onda sonora se propaga a partir de la fuente sin efectos apreciables de límites ni obstáculos).Se determina para tonos puros, con el oyente frente a la fuente, y escuchando con ambos oídos.
UMBRAL DE MÍNIMA PRESIÓN AUDIBLE (MAP)Es el nivel de presión sonora del umbral de audición en jóvenes adultos con audición normal, medido mediante la exposición de un oído al sonido a través de auriculares (la mayoría de las medidas de umbrales se llevan a cabo con auriculares, por ejemplo en audiometrías).
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Sonoridad
Puesto que el oído tiene diferente sensibilidad según la frecuencia, cuando cambia la frecuencia un sonido de una intensidad determinada produce en el oído la sensación de un cambio de intensidad, aunque la potencia por unidad de superficie que alcanza el tímpano no se haya alterado. Mientras que la intensidad de un sonido es una magnitud física, la sonoridad (sensación producida por éste en el oído) es subjetiva.
El fonio es la unidad acústica usada para medir el nivel total de sonoridad. Un tono puro de 1000 Hz a un nivel de intensidad de sonido de 1 dB se define como un sonido con nivel de sonoridad de 1 fonio. Todos los demás tonos tendrán un nivel de sonoridad de n fonios si el oído aprecia que suenan tan sonoros como un tono puro de 1000 Hz a un nivel de intensidad de n dB.
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¿Cuál es la sonoridad de:a) Un sonido de 80 dB a 50 Hz?b) Un sonido de 45 dB a 5000 Hz?
80 dB
50 Hz
60 fonios
45 dB
5000 Hz
40 fonios
EJEMPLO
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NIVELES SONOROS PONDERADOS: SONÓMETROS
El sonómetro es un instrumento diseñado para responder al sonido en aproximadamente la misma manera que lo hace el oído humano y dar mediciones objetivas y reproducibles del nivel de presión sonora
Micrófono Sección de procesamiento Unidad de lectura
Ponderación A, B, C
Ponderación A: dB(A) Reproduce la sensibilidad del oído humanoPonderación C: dB (C)Respuesta más plana, guarda mayor semejanza con la presión sonora sin ponderar
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Tipos de ruido en función de la frecuencia
Tono puro: presenta una única componente sinusoidal con una sola frecuencia característica. Ejemplo: silbato.
Armónico: presenta componentes sinusoidales múltiples, con frecuencias múltiplos de una frecuencia fundamental. Ejemplo: nota musical.
f
nivel
f
nivel
http://www.stee-eilas.org/lan_osasuna/udakoikas/acust/acus2.pdf
http://www.arrakis.es/~avf/acustica/acustica.htm#RUIFuentes:
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Relación analítica entre niveles de presión sonora en db(A) y potencia sonora en w/m2 (equivalente a tabla DB-1)
0 20 40 60 80 100 120
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
log W = -12 + 0.1 dB(A)
log
W (
W e
n w
/m2 )
dB(A)
w = 10(-12+0.1*dB(A))
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1) Para cada nivel sonoro en el punto que ocupa el observador, búsquese la potencia sonora en w/m2 en tabla DB-1, o calcúlese mediante
w = 10(-12+0.1*dB(A))
2) Súmense todas las potencias para obtener la potencia total W en w/m2.
3) Para obtener el nivel sonoro en dB(A) emplearemos la relación:
Lp = 10·log10(W) + 120 dB(A)
CÁLCULO DEL NIVEL DE PRESIÓN SONORA TOTAL COMO SUMA DE DISTINTOS COMPONENTES
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EjemploNivel de presión sonora de dos fuentes: una de 42 dB(A) y otra de 44 dB(A)
1.585·10-8 w/m2
2.512·10-8 w/m2
Fuente 1:
Fuente 2:W = 4.097·10-8 w/m2Suma
Lp = 10·log10(4.097·10-8) + 120 = 46.1 dB(A)
CÁLCULO DEL NIVEL DE PRESIÓN SONORA TOTAL COMO SUMA DE DISTINTOS COMPONENTES
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Solución
Nivel de presión sonora aerogenerador 1: 100-58 = 42 dB(A) (Tabla DB-2)Nivel de presión sonora aerogenerador 2: 100-56 = 44 dB(A) (Tabla DB-2)
Suma de niveles: Resultado 46.1 dB(A) (Tabla DB-3)
EjemploDos aerogeneradores están situados a 200 m y 160 m del observador, siendo los niveles de presión sonora en las fuentes de 100 dB(A). Determínese el nivel de presión sonora en la posición del observador.
160 m
200 m
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ENERGÍA TRANSPORTADA POR UN MOVIMIENTO ONDULATORIO
Flujo de energía:energía transportada por unidad de tiempo a través de una unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación.
J/(s·m2) = W/m2
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ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA (longitud L)
Cuerda con extremos fijos: frecuencia del modo n-ésimo
fvT
* Velocidad de propagación de las ondas:
* Frecuencia del modo normal n-ésimo: vLnfn
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Relación entre velocidad de propagación de las ondas y características físicas del sistema:
Tv
T tensión de la cuerda
densidad lineal de masa
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ONDAS ESTACIONARIAS EN UNA CUERDA
EjemploDeterminación de los tres primeros modos de vibración de una cuerda de 10 g y 4 m de longitud, sometida a una tensión de 25 N
smTv /100105.2
253
mkg
Lm /105.2
410 3
2
vLnfn
2
Hzf 5.1210042
11 m8
142
1
nL
n2Hzf 25100
422
2
Hzf 5.3710042
33
m44222
m67.2342
3