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El sonido Desde un punto de vista físico, el sonido es una vibración que se propaga en un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) , generalmente el aire. Otra definición para el sonido podría ser: es la sensación producida en el oído por la vibración de las partículas que se desplazan (en forma de onda sonora) a través de un medio elástico que las propaga. Para que se produzca un sonido se requiere la existencia de un cuerpo vibrante llamado "foco" (una cuerda tensa, una varilla, una lengüeta...) y del medio elástico transmisor de esas vibraciones, las cuales se propagan a su través constituyendo la onda sonora. En ocasiones, para imaginar cómo se produce una onda de este tipo se utiliza el símil mecánico que aparece representado a continuación. Si se hace vibrar horizontalmente la primera masa, las restantes se mueven a su vez, oscilando hacia adelante y hacia atrás, una tras otra, pudiendo ver así una onda que se desplaza lo largo de la cadena de masas y muelles. Este símil es una imagen rudimentaria de cómo se transmiten las ondas sonoras, pero nos permiten comprender que cuando un foco vibra en el aire, "obliga" a que las partículas de ese medio entren a su vez en vibración, siempre con cierto retraso con respecto a las anteriores. Su avance se traduce en una serie de compresiones o regiones donde las partículas del medio se aproximan entre sí en un momento dado y dilataciones o regiones donde las partículas estarán más separadas entre sí. Debido a que

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El sonido

Desde un punto de vista físico, el sonido es una vibración que se propaga en un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) , generalmente el aire. Otra definición para el sonido podría ser: es la sensación producida en el oído por la vibración de las partículas que se desplazan (en forma de onda sonora) a través de un medio elástico que las propaga.

Para que se produzca un sonido se requiere la existencia de un cuerpo vibrante llamado "foco" (una cuerda tensa, una varilla, una lengüeta...) y del medio elástico transmisor de esas vibraciones, las cuales se propagan a su través constituyendo la onda sonora. En ocasiones, para imaginar cómo se produce una onda de este tipo se utiliza el símil mecánico que aparece representado a continuación.

Si se hace vibrar horizontalmente la primera masa, las restantes se mueven a su vez, oscilando hacia adelante y hacia atrás, una tras otra, pudiendo ver así una onda que se desplaza lo largo de la cadena de masas y muelles.

Este símil es una imagen rudimentaria de cómo se transmiten las ondas sonoras, pero nos permiten comprender que cuando un foco vibra en el aire, "obliga" a que las partículas de ese medio entren a su vez en vibración, siempre con cierto retraso con respecto a las anteriores. Su avance se traduce en una serie de compresiones o regiones donde las partículas del medio se aproximan entre sí en un momento dado y dilataciones o regiones donde las partículas estarán más separadas entre sí. Debido a que estas compresiones y dilataciones avanzan con la onda, podemos afirmar que una onda sonora es una onda de presión.

Como onda, el sonido responde a las siguientes características:

1. Es una onda mecánica

Las ondas mecánicas no pueden desplazarse en el vacío, necesitan hacerlo a través de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido).

Además, de que exista un medio material, se requiere que éste sea elástico. Un medio rígido no permite la transmisión del sonido, porque no permite las vibraciones.

La propagación de la perturbación se produce por la compresión y expansión del medio por el que se propagan. La elasticidad del medio permite que cada partícula transmita la perturbación a la partícula adyacente, dando origen a un movimiento en cadena.

2. Es una onda longitudinal

El movimiento de las partículas que transporta la onda se desplaza en la misma dirección de propagación de la onda.

3. Es una onda esférica

Las ondas sonoras son ondas tridimensionales, es decir, se desplazan en tres direcciones y sus frentes de ondas son esferas radiales que salen de la fuente de perturbación en todas las direcciones. El principio de Huygens afirma que cada uno de los puntos de un frente de ondas esféricas puede ser considerado como un nuevo foco emisor de ondas secundarias también

esféricas, que como la originaria, avanzarán en el sentido de la perturbación con la misma velocidad y frecuencia que la onda primaria.

Ver vídeo sobre la generación del sonido: Hacer clic aquí

Ver vídeo sobre la propagación del sonido: Hacer clic aquí

Cualidades 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.

Existe una distinción entre un sonido agradable y el ruido. Un sonido agradable está producido por vibraciones regulares y periódicas. En cambio, el ruido es un sonido complejo, una mezcla de diferentes frecuencias o notas sin relación armónica que dan una sensación confusa, sin entonación determinada.

La altura o tono Los sonidos musicales son producidos por algunos procesos físicos como por ejemplo, una cuerda vibrando, el aire en el interior de un instrumento de viento, etc. La característica más fundamental de esos sonidos es su "elevación" o "altura", o cantidad de veces que vibra por segundo, es decir, su frecuencia. La frecuencia se mide en Hertz (Hz) o número de oscilaciones o ciclos por segundo. Cuanto mayor sea su frecuencia, más aguda o "alta" será la nota musical. La altura es una propiedad subjetiva de un sonido por la que puede compararse con otro en términos de "alto o "bajo". Los sonidos de mayor o menor frecuencia se denominan respectivamente, agudos o graves; términos relativos, ya que entre los tonos diferentes uno de ellos será siempre más agudo que el otro y a la inversa.

Mientras que la frecuencia de un sonido, es una definición física cuantitativa, que se puede medir con aparatos sin una referencia auditiva, la elevación es nuestra evaluación subjetiva de la frecuencia del sonido. La percepción puede ser diferente en distintas situaciones, así para una frecuencia específica no siempre tendremos la misma elevación.

La frecuencia de las vibraciones de instrumentos de un mismo tipo es proporcional a sus dimensiones lineales.

La intensidadLa distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación. En el caso de ondas esféricas que se propagan desde una fuente puntual, la intensidad es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, suponiendo que no se produzca ninguna pérdida de energía debido a la viscosidad, la conducción térmica u otros efectos de absorción. Por ejemplo, en un medio perfectamente homogéneo, un sonido será nueve veces más intenso a una distancia de 100 metros que a una distancia de 300 metros. En la propagación real del sonido en la atmósfera, los cambios de propiedades físicas del aire como la temperatura, presión o humedad producen la amortiguación y dispersión de las ondas sonoras, por lo que generalmente la ley del inverso del cuadrado no se puede aplicar a las medidas directas de la intensidad del sonido.

El timbreSi el tono permite diferenciar unos sonidos de otros por su frecuencia, y la intensidad los sonidos fuertes de los débiles, el timbre completa las posibilidades de variedades del arte musical desde el punto de vista acústico, porque es la cualidad que permite distinguir los sonidos producidos por los diferentes instrumentos. Más concretamente, el timbre o forma de onda es la característica que nos permitirá distinguir una nota de la misma frecuencia e intensidad producida por instrumentos diferentes. La forma de onda viene determinada por los armónicos, que son una serie de vibraciones subsidiarias que acompañan a una vibración primaria o fundamental del movimiento ondulatorio (especialmente en los instrumentos musicales).

Normalmente, al hacer vibrar un cuerpo, no obtenemos un sonido puro, sino un sonido compuesto de sonidos de diferentes frecuencias. A estos se les llama armónicos. La frecuencia de los armónicos, siempre es un múltiplo de la frecuencia más baja llamada frecuencia fundamental o primer armónico. A medida que las frecuencias son más altas, los segmentos en vibración son más cortos y los tonos musicales están más próximos los unos de los otros.

Si se toca el La situado sobre el Do central en un violín, un piano y un diapasón, con la misma intensidad en los tres casos, los sonidos son idénticos en frecuencia y amplitud, pero muy diferentes en timbre. De las tres fuentes, el diapasón es el que produce el tono más sencillo, que en este caso está formado casi exclusivamente por vibraciones con frecuencias de 440 Hz. Debido a las propiedades acústicas del oído y las propiedades de resonancia de su membrana vibrante, es dudoso que un tono puro llegue al mecanismo interno del oído sin sufrir cambios. La componente principal de la nota producida por el piano o el violín también tiene una frecuencia de 440 Hz. Sin embargo, esas notas también contienen componentes con frecuencias que son múltiplos exactos de 440 Hz, los llamados tonos secundarios, como 880, 1.320 o 1.760 Hz. Las intensidades concretas de esas otras componentes, los llamados armónicos, determinan el timbre de la nota.

Los armónicos contribuyen a la percepción auditiva de la calidad de sonido o timbre. A continuación veremos algunos ejemplos de sonidos con formas de onda diferentes.

13. Difracción.

Las ondas son capaces de traspasar orificios y bordear obstáculos interpuestos en su camino. Esta propiedad característica del comportamiento ondulatorio puede ser explicada como consecuencia del principio de Huygens y del fenómeno de interferencias.

Así, cuando una fuente de ondas alcanza una placa con un orificio o rendija central, cada punto de la porción del frente de ondas limitado por la rendija se convierte en foco emisor de ondas secundarias todas de idéntica frecuencia. Los focos secundarios que corresponden a los extremos de la abertura generan ondas que son las responsables de que el haz se abra tras la rendija y bordee sus esquinas. En los puntos intermedios se producen superposiciones de las ondas

secundarias que dan lugar a zonas de intensidad máxima y de intensidad mínima típicas de los fenómenos de interferencias.

Difracción

Las ondas luminosas poseen una longitud de onda muy pequeña (de 0,6 millonésimos de metros). Sabemos por experiencia que la luz se propaga en línea recta y arroja sombras bien definidas. Por otra parte, las olas del océano tienen una longitud de onda de varios metros. También sabemos que fluyen alrededor de un pilote que sobresalga del agua y son poco afectadas por el mismo. Estos ejemplos ilustran un hecho sumamente importante: las ondas son afectadas por objetos grandes comparados con su longitud de onda. Frente a objetos grandes las ondas arrojan sombras y parecen moverse en línea recta. Pero las ondas son poco afectadas por objetos pequeños comparados con su longitud de onda y pasan a través de tales objetos.

La longitud de onda de las ondas sonoras está a medio camino respecto a los objetos que nos rodean, por lo que en general muestran uncomportamiento mixto. Las ondas graves de longitud de onda grande) son capaces de eludir objetos objetos ordinarios y por ejemplo dar vuelta una esquina. Por el contrario los agudos tienden a propagarse en línea recta y arrojan sombras acústicas. Sabemos por experiencia que los graves de un parlante se dispersan en todas direcciones pero si salimos de la habitación donde está el parlante perdemos las notas agudas.

La difracción es de especial importancia en nuestra capacidad de localización del sonido (para sonidos agudos). La cabeza y las orejas arrojan sombras acústicas.

Otro ejemplo son los micrófonos que arrojan sombra sobre sí mismos para las frecuencias agudas y tiene una transferencia no completamente plana.

Ejercicio: Al aire libre, una persona canta una nota baja y luego silba una nota aguda. El sonido es casi tan intenso adelante y atrás para la nota grave y apreciablemente más fuerte adelante que atrás para el silbido.

Pulsaciones

La superposición de ondas de frecuencia cercana produce un fenómeno particular denominado pulsación o batido. Si las frecuencias son muy cercanas el sistema auditivo no es capaz de discriminarlas y se percibe una frecuencia única promedio de las presentes (½ [f1+f2]). La onda resultante cambia en amplitud a una frecuencia igual a la diferencia entre las frecuencias presentes (f1-f2).

Este fenómeno de batido se percibe para diferencias de frecuencia de hasta aproximadamente 15-20 Hz. Al aumentar la diferencia se comienza a percibir un sonido áspero y al seguir aumentando llega un punto en que son percibidas como frecuencias diferentes

ACUSTICA MUSICAL

Acústica es la ciencia que estudia y trata las leyes y propiedades por las que se produce y transmite el sonido.

EL SONIDO

El sonido se origina por las vibraciones de un cuerpo sonoro. Está formado por ondas que se propagan a través de un medio que puede ser líquido, gaseoso o sólido, por lo que es indispensable un medio transmisor para que exista sonido; esa es la razón por la cual en el espacio interestelar no pueda existir sonido ya que no se compone de ningún elemento material que tenga la capacidad de propagar ondas.

El sonido llega a nosotros gracias a que las partículas que componen el aire vibran y transmiten sus ondas.

Las ondas

Las ondas sonoras son esferas concéntricas producidas por la concentración y dilatación que experimentan las moléculas de aire cuando se le comunican las vibraciones de un cuerpo sonoro, y se van agrandando hasta que se acaban perdiendo.

Representacion grafica de una onda

Propiedades de las ondas

Una onda sonora, tiene una frecuencia también tiene la amplitud, la longitud de onda, el periodo y la fase.

Frecuencia

El sonido viaja en forma de ondas ESTAS tienen una cierta frecuencia . La frecuencia se mide en hertz, que es un ciclo por segundo. El ciclo de una onda es una onda completa; ambas mitades del ciclo, una mitad del ciclo va hacia arriba (cresta), y la otra mitad del ciclo va hacia abajo (valle), forman un ciclo. Las personas pueden escuchar sonidos entre 20 y 20.000 hertz

Amplitud: Las ondas también poseen cierta amplitud. La amplitud es la medida de fuerza de una onda; mientras mayor sea la amplitud, las crestas serán mayores y, los valles más profundos

la amplitud de una onda indica la cantidad de cambios en la presión del aire. Puede medirse como la distancia vertical máxima desde una presión de aire cero, o un “silencio” (en la ilustración aparece como una línea horizontal a 0 dB). Por decirlo de otra forma, la amplitud es la distancia entre el eje horizontal y el punto más alto del pico de la onda, o el punto más bajo de la depresión de la onda.

Velocidad del sonido

La velocidad del sonido varia dependiendo del medio transmisor de éste. El aire es el principal medio transmisor del sonido, y la velocidad en él es de 331,3 m/s. En el agua, la velocidad del sonido es de 1450 m/s ya que las partículas están mas juntas y propagan antes sus vibraciones. La velocidad del sonido también depende de la temperatura, cuanto mayor es la temperatura mayor es la rapidez con la que se desplazan las ondas.

Cualidades del sonido

El sonido tiene cuatro cualidades: altura, intensidad, timbre y duración.

- Altura: nos permite distinguir la gravedad o elevación del sonido para distinguir entre un sonido grave y otro agudo.

- Intensidad: es la fuerza con la que se produce un sonido. Depende de la amplitud de las vibraciones producidas por un cuerpo sonoro. La intensidad aumenta cuanto mayor es la fuerza con la que se emite un sonido. No se propaga siempre con la misma intensidad, ya que también depende de la distancia que recorre: la intensidad no es la misma a 1m de donde se produce el sonido que a 4m.

- Timbre: es lo que nos hace que distingamos entre el sonido producido por un determinado instrumento o el producido por otro diferente.

- Duración: indica el tiempo que un sonido permanece en nuestro oído. Depende de las vibraciones originadas por el sonido, y se obtendrán sonidos largos o cortos.

El ruido

El ruido es un conjunto de fenómenos vibratorios aéreos que, percibidos por el sistema auditivo, pueden ocasionar molestias o lesiones de oído, o dicho de otra manera, el ruido es un conjunto de sonidos mezclados y desordenados.

Se produce reverberación cuando las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un tiempo menor que el de persistencia acústica del sonido. Este fenómeno es de suma importancia, ya que se produce en cualquier recinto en el que se propaga una onda sonora. El oyente no sólo percibe la onda directa, sino las sucesivas reflexiones que la misma produce en las distintas superficies del recinto. Controlando adecuadamente este efecto, se contribuye a mejorar las condiciones acústicas de los locales tales como teatros, salas de concierto y, en general, todo tipo de salas. La característica que define la reverberación de un local se denomina tiempo de reverberación. Se define como el tiempo que transcurre hasta que la intensidad del sonido queda reducida a una millonésima de su valor inicial.

FUNCIONAMIENTO DE UNA CAJA DE RESONANCIA

Una caja de resonancia tiene la propiedad de recibir una onda de una fuente sonora y transformarla en vibracion de moleculas de aire que esta tiene dentro; dando como resultado el sonido, esto lo logra gracias a ciertas propiedades que debe poseer la caja para que haya una optima representacion del fenomeno alli ocurrido; por ejemplo el material del que esta hecho la caja debe ser blando para que las moleculas vibren con mayor facilidad y que no absorba la energia que le proporciona la fuente, otro aspecto fundamental es el volumen que le permitira a las moleculas de aire vibrar con mayor o menor frecuencia la forma de la caja, tomemos como ejemplo tres instrumentos musicales de cuerda clasico:

el violin: produce un sonido agudo

imagen de un violin tomada de www.bibliocad.com

la guitarra: produde un sonido intermedio

imagen de una guitarra tomada de www.bibliocad.com

el contrabajo: produce un sonido grave

imagen de un contrabajo tamada de http://www.bibliocad.com/

notamos que la caja de resonancia de estos tres instrumentos musicales tiene volumenes y formas diferentes lo que nos permite escuchar tres sonidos totalmente diferentes. a estos tres instrumentos se les aplica una frecuencia f con una tension T a las cuerdas y una amplitud igual para los tres instrumentos; por ejemplo en el caso del contrabajo con una frecuencia f se pone a oscilar las moleculas de aire dentro de la caja de resonancia suministrandole una potencia a dichas moleculas provocando un sonido grave; en el caso del violin las moleculas dentro de la caja de resonancia tienen aun mas reducido el volumen lo que provocara que el sonido se escuche aun mas agudo.

Los aparatos destinados a producir o a analizar los sonidos están basados en la teoría de las ondas estacionarias, o casi estacionarias.

Un sistema rigurosamente estacionario no emitiría sonido alguno. Por el contrario, un sistema casi estacionario, generalmente muy amortiguado, que juega el papel de excitador, acoplado a una cavidad resonante, puede generar un sonido audible. Irradia así una onda progresiva que es percibida por el oído o un micrófono.

Tanto para los modos de vibración de las cuerdas, como de las ondas longitudinales en un resorte, la longitud del resonador y la frecuencia de vibración del foco acordados, al cumplir determinadas condiciones, permiten al resonador alcanzar una gran amplitud. Esta propiedad adquiere verdadera relevancia en acústica, pues, a menudo, las vibraciones sonoras llegan al oído con una amplitud y una compresión muy pequeñas y, a causa de ello, no provocan ninguna sensación sonora. Sin embargo, si reducimos el tiempo de funcionamiento de un foco sonoro, que ha

emitido un sonido con una cierta cantidad de energía, podemos hacer que comunique esa energía a un resonador que durante un cierto tiempo sea capaz de irradiar una potencia suficiente para que el sonido pueda ser oído.