els sons i l’oïda -...

57
Els sons i l’oïda Clara Prats Daniel López https://mosimbio.upc.edu Dept. de Física i Enginyeria Nuclear Escola Superior d’Agricultura de Barcelona Universitat Politècnica de Catalunya Barcelona, 29 de gener de 2015

Upload: vokhuong

Post on 08-May-2019

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Els sons i l’oïda

Clara Prats Daniel López

https://mosimbio.upc.edu Dept. de Física i Enginyeria Nuclear

Escola Superior d’Agricultura de Barcelona Universitat Politècnica de Catalunya

Barcelona, 29 de gener de 2015

Investigación y ciencia, Abril 2009

1. Quina és la funció dels ossets de l’oïda?

http://www.librosmaravillosos.com

Transmissió d’ones al canviar de mediReflexió. Refracció

A , I

At , It

Ar , Ir

Impedància acústica: z = c

Eix de rotació

Els ossets de l’oïda mitjanaW W

F x F xP S x P S x

P PSS

xx

1 2

1 1 2 2

1 1 1 2 2 2

2 11

2

1

2

===

=

∆ ∆

∆ ∆

Considerant: S1 = 55 mm2

S2 = 3.2 mm2

x1 1.3 x2 Llavors:

∆ ∆ ∆P Px

xP2 1

2

21

553 2

1322= ≈

..

2. Ossos i músculs sovint es troben lligats. Hi ha músculs a l’oïda? Si n’hi ha quina funció tenen?

Investigación y ciencia, Octubre 1989

3. Per què tenim dues orelles?

Investigación y ciencia, Juny 1993

4. Com és el senyal que l’oïda transmet al cervell, digital o analògic?

Investigación y ciencia, Març,1983

Biofísica

5. Heu fet mai una Transformada de Fourier?

Exercici inicial (nivell avançat) Considereu la funció d’ona quadrada de període 2𝜋𝜋 :

𝑓𝑓 𝑡𝑡 = −1 𝑠𝑠𝑠𝑠 − 𝜋𝜋 < 𝑡𝑡 < 0

𝑓𝑓 𝑡𝑡 = 1 𝑠𝑠𝑠𝑠 0 < 𝑡𝑡 < 𝜋𝜋 La seva representació en sèrie de Fourier és:

𝑓𝑓 𝑡𝑡 =4𝜋𝜋�

sin 2𝑛𝑛 − 1 𝑡𝑡2𝑛𝑛 − 1

=4 sin 𝑡𝑡𝜋𝜋

𝑛𝑛=1

+ 4 sin3𝑡𝑡

3 𝜋𝜋+

4 sin5𝑡𝑡5 𝜋𝜋

+ ⋯

Espectre

Real-time Audio Analyzer Free

Sonograma o espectrograma

Spectral View Analyzer

Membrana basilar i resonància en el cargol

La membrana basilar està formada per 20000 o mésfibres basilars. Són estructures elàstiques i rígides. Queden lliures per unextrem de forma que poden vibrar com les llengüetesd’una harmònica.

ONES ESTACIONÀRIES

Membrana basilar i resonància en el cargol

- La longitud de les fibres augmentaprogressivament.- Els diàmetres disminueixen des de labase del helicotrema.- Tenen diferent càrrega de líquid al seuvoltant.

Com conseqüència d’aquests tres fetss’afavoreix la vibració de les fibres properes ales finestres amb les altes freqüències i lesdel vèrtex del cargol amb les baixesfreqüències.

6. Un violí i un piano tocant la mateixa nota utilitzen les mateixes freqüències, però sonen diferents. Per què?

Atributs del soS’anomena so a les ones mecàniques amb freqüències entre 20 i 20000 Hz.Vibracions amb freqüències inferiors a 20 Hz s’anomenen infrasons, i les que tenenfreqüències superiors als 20000 Hz, ultrasons.

Atributs del so: 1) volum (nivell d’intensitat)2) to3) timbre

El to o altura ve donat pel valor de la freqüència fonamental. Un to greu o baixindica correspon a una freqüència més petita que un to agut o alt.

El timbre ve determinat per lacomposició d’harmònics quecomponen un so (de fet en un sointervenen un continu defreqüències).

7. Quines unitats utilitzen els sonòmetres?

Intensitat i sonoritat Intensitat: energia per unitat de temps i superfície Les sensacions varien aproximadament amb l’arrel cúbica de la intensitat, d’aquesta forma es poden detectar diferències d’intensitat dins d’un rang molt gran. Nivell d’intensitat:

𝐿𝐿 = 10 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙10 𝐼𝐼𝐼𝐼0

𝑑𝑑𝑑𝑑

On 𝐼𝐼0 = 10−12 𝑊𝑊 𝑚𝑚2⁄ En les freqüències pròpies de la parla humana discernim entre sons que difereixen en un decibel aproximadament.

El nivell de intensitat no té en consideració l’efecte de la freqüència. Els FONS (phon, fones) mesuren la intensitat o volum aparent, tenint en consideració la freqüència. Phon: A unit of apparent loudness. The loudness of a signal in phons is equal to the intensity in decibels of a 1,000-hertz tone judged to be as loud as the signal being measured.

Rang de freqüències: Persona jove: 30 - 20000 Hz Edat avançada: 50 - 8000 Hz

Sound meter

Exercicis 1 i 2

Exercici 1: Mesura de nivells d’intensitat

Exercici 1.1. Suma de nivells sonors

Lfons Càlculs:

L1

L2

L12,exp

L12,calc

Exercici 1.2. Disminució del nivell sonor amb la distància

d (m) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0

L (dbA)

I (W/m2)

Exercici 2: visualització de l’espectre de freqüències

Mitjançant l’APP Spectral Audio Analyzer observeu el sonograma de diferents instruments. a) Observeu la relació entre harmònics de sons corresponents a 440 Hz, 880

Hz i 1760 Hz (la3, la4, la5) produïts per una font sonora.

b) Observeu la relació entre harmònics en un instrument de corda, un de vent i la veu humana.

c) Observeu les característiques del soroll aproximadament uniforme d’alguns instruments de percussió.

d) Observeu com varia el timbre al llarg del temps.

e) Observeu les pulsacions produïdes per dues fonts sonores emetent freqüències similars (per exemple, 440Hz i 442 Hz).

El so fonamental proporciona la sensació de la nota que sentim. Els sons 2, 4, 8, etc... (octaves successives) reforcen aquesta sensació. Els sons 3, 6, 12, 24, etc... Aporten un timbre nasal al conjunt. Els sons 5 i 10 produeixen un timbre “rodó”, “profund”, “càlid”... Els sons 7, 11, 13 i 15 són dissonants, donen un caràcter “aspre” al so.

http://www.fssbirding.org.uk/sonagrams.htm Observeu amb el mòbil els sonogrames de les següents espècies: Cucut, Cuckoo (Cuculus canorus) Cuereta blanca, White Wagtail (Motacilla alba) Abellerol, European Bee-eater (Merops apiaster) Rossinyol, Nightingale (Luscinia megarhynchos) Merla, Blackbird (Turdus merula) Compareu-los amb els sonogrames que surten a la pàgina web, relacioneu els sonogrames amb el so que sentiu.

Exercici 3

Merla, Blackbird (Turdus merula)

7. On i com podem utilitzar el que hem après?

FÍSICA . BATXILLERAT.

BIOLOGIA. 3r ESO.

PROJECTE DE CENTRE. TREBALLS DE RECERCA DE DIFERENTS ÀMBITS. Un element comú entre els treballs: El so. Matemàtiques, ciències i tecnologia: - Matemàtiques. Transformada de Fourier - Física. Soroll. Mesura en diferents indrets. - Biologia. L’oïda humana. L’oïda dels animals. - Tecnologia. Sonòmetres. Emissors i receptors de so. - .....

Socials, música, llengües: - Música. Característiques de diferents instruments. - Història. Característiques dels sons de diferents cultures. - Llengua. Els sons de diferents llengües. - ..... Finalització dels treballs creant una pàgina web o realitzant una exposició.