produccion 2 unidad 1a el sonido

8/19/2019 Produccion 2 Unidad 1a El Sonido

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PRODUCCION IIUNIDAD 1 – Sonido

Ondas sonoras:

Una onda sonora es una vibraci ón que se propaga por un medio material desde la fuentesonora hasta el oyente a una velocidad que depende de las caracter ísticas de este último. Es decir,seg ún sea el medio p or el cual se propague la onda, ser á la velocidad con la que se desplace. Así,por ejemplo, en el agua o en los metales el sonido viaja mucho m ás rápido que en el aire. Lapropagaci ón de la onda sonora consiste en el desplazamiento de la vibración ocasiona da por lafuente sonora desde esta última hasta distintos puntos del espacio que la rodea. Es importantedestacar que no es la masa del medio la que se desplaza sino la vibraci ón. El medio, quenormalmente es el aire, vibra cuando viaja la onda a trav és de él. La siguiente figura ilustra estasituaci ón: a través de 5 gráficos se muestran 5 instantes de tiempo consecutivos en el proceso devibraci ón que sufre una porción de aire que es atravesada por una onda sonora. En el gráficosuperior la porci ón de aire , indicada con una mancha, est á en reposo (la presión en ese punto es lapresi ón atmosférica normal). En el siguiente instante, la onda llega y la porción de aire comienza avibrar, apart ándose de su posición de reposo en la que se encontraba. Esto quiere decir que en eseinstante la presi ón del aire aumentará. Después que la onda atraviesa esa zona, la porción de aire

vuelve a su estado de reposo. La onda sonora a pasado haciendo vibrar el aire, sin embargo, lamasa de aire no se ha desplazado en la direcci ón de propagación.

Esto mismo sucede, por ejemplo, cuando tiramos una piedrita en un espejo de agua. La piedra, alchocar con el agua, genera una perturbaci ón que se propaga circularmente. Esto es justamente una“ onda ” . Si colocamos algo que flote (un corcho, por ej.), veremos como se mueve hacia arriba yabajo cuando la onda pasa por ese lugar, sin que se desplace.La vibraci ón del aire consiste en aumentos y disminuciones de presión respecto a la presiónatmosf érica normal. Estos aumentos y disminucio nes de presi ón son mucho menores en magnitudque la presi ón atmosférica, como son por ejemplo, las olas del mar respecto a la masa de agua delmismo. Sin embargo la sensibilidad del o ído es tan grande que puede percibirlas. Cabe quizáspreguntarse c ómo la presi ón atmosférica, mucho más grande que las vibraciones sonoras, no espercibida por el o ído como un sonido de gran intensidad. La respuesta es que el oído sólo essensible a las variaciones de presi ón, es decir, a las vibraciones de la presión del aire y no a lapresi ón atmosférica constante del mismo. Veamos la siguiente figura que representa un corte deloído:


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El tímpano, que es la primer parte sensible del oído, es una membrana tensa que se sitúa en el oídomedio, despu és del canal por el que in gresan las vibraciones desde el exterior. Est á comunicado

con el aire exterior tanto por este canal como por la trompa de Eustaquio, la cual conecta el o ído conla cavidad nasal. Esto quiere decir que por estos dos lados le llega la misma presi ón atmosféri caconstante, haciendo que se encuentre en reposo. En cambio, cuando el aire vibra, el t ímpano lohace de la misma forma, acompa ñando el movimiento de vaivén de las partículas de aire que lorodean. Entonces, resumiendo, la presi ón atmosférica es prácticam ente constante y si var ía, lo hacelentamente de forma tal que no puede ser percibida como sonido, pues el o ído es sensible solo a las“ variaciones de presión ” .

El sonido puede estudiarse a trav és de tres características que son: Altura, Intensidad y Timb re.

Altura :La sensaci ón de altura está determinada por la velocidad a la que se producen las

variaciones de presi ón, llamada en física: Frecuencia. La frecuencia es la cantidad de variacionesque se producen en un segundo y se la mide en “ ciclos por seg undo ” o Hertz. Un ciclo es elmovimiento m ínimo que se repite en el tiempo. En la siguiente figura podemos ver un tipo demovimiento vibratorio, en este caso, un p éndulo. Supongamos que el péndulo está oscilando, esdecir, se mueve de un lado hacia el otro entre los extremos B y D. El movimiento es tal que cuandola bolita pasa por el punto A lo hace a su m áxima velocidad y va disminuyendo progresivamentehasta llegar a los extremos B o D, donde se detiene. Estos extremos m áximos corresponden a la“ Amplitud ” del movimiento. Hacia la derecha es positiva y hacia la izquierda negativa (esconvencional, podr ía ser al revés). Un ciclo corresponde al movimiento A B C D A que se repite en eltiempo.

A la derecha podemos ver la representaci ón gráfica del movimient o. En el eje horizontalrepresentamos el tiempo y en el vertical la amplitud. A medida que transcurre el tiempo,comenzando a medir en el punto A, la posici ón de la bolita va hacia la derecha hasta llegar al puntomáximo positivo B y se vuelve hacia la izq uierda hasta llegar, pasando por el punto C, hasta elmáximo negativo indicado con D, para luego volverse hacia la derecha otra vez hasta el punto A y


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repetir as í el movimiento. Cada posición distinta corresponde a un tiempo distinto y, como lostiempos est án indicados en el eje horizontal, las distintas posiciones van marcando los puntos deesta curva. La forma de la representaci ón gráfica se llama “ senoide ” o “ sinusoide ” y es la mismaforma de onda que tiene un tono musical “ puro ” . Nótese que lo que vemos a la derecha es unarepresentaci ón gráfica de la amplitud del movimiento en función del tiempo y no el “ movimiento ” ensi.Al tiempo que tarda en cumplirse un ciclo se lo llama “ Período ” y está íntimamente ligado a lafrecuencia, dado que al aumentar la frecuencia el per íodo disminuye, pues se cumplen más ciclospor segundo. Las expresiones matem ática s ser ía n:

donde F representa a la frecuencia y T al per íodo. Por ejemplo, si la planchuela met álica de la siguiente figura emite un tono de 100 Hz., quiere decirque en un segundo se cumplir án 100 ciclos, por lo tanto cada ciclo tardará una centésima desegundo, es decir: 0,01 segundos:

Es com ún hablar de “ milisegundos ” para medir los períodos. Pensando que 1000 milisegundoscorresponden a un segundo, en la figura anterior el per íodo sería entonces de 10 milisegundos.

El rango de frecuencias para las cuales nuestro o ído es sensible va desde los 20 Hz hasta 20.000Hz o 20 Khz. (Kilo Hertz). A los sonidos cuyas frecuencias son bajas se los llama “ graves ” y a los defrecuencias altas “ agudos ” . A las vibraciones de frecuencias superiores a los 20 Khz. se les llama“ ultrasonido ” . Cuando un tono B tiene el doble de frecuencia que otro tono A, decimos que se cumple una relaci ónde octava, es decir: B es la octava ascendente de A. Por ejemplo: un LA 440 tendr á octavassuperiores en 880 Hz, 1760 Hz, etc. y octavas inferiores en 220 Hz, 110 Hz., etc.

El dibujo anterior es m ás que claro respecto a la relación de octavas; vemos que cada frecuencia deoctava es el doble m ás grande que la anterior, sin embargo, nuestro sistema auditivo las percibecomo escalones iguales. Esto muestra la naturaleza “ logarítmica ” del mismo. En cambio, unarelaci ón lineal sería así:

Medida de la intensidad sonora. El Decibel:

La intensidad sonora se relaciona con el nivel de presi ón del aire producido por una fuentesonora, la cual depende de la amplitud de la vibraci ón. Mide la presión dinámica, es decir, la quecorresponde únicamente a la vibración, esto es, a las variaciones de presi ón producidas en el aire


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por la fuente sonora. Volviendo al ejemplo del mar citado antes, es como medir solo la magnitud delvolumen de agua de las olas, sin tener en cuenta toda la masa de agua sobre la cual se producen.El aire ejerce sobre nosotros una presi ón constante que es la presión atmosférica y que correspondeal peso de toda la masa de aire de la atm ósfera. Como esta presión es constante, o varía muylentamente, no es percibida por el o ído y por lo tanto no tiene sentido medirla. Una fuent e sonora loque hace es producir peque ños cambios en el nivel de presión atmosférica y es lo que se mide comonivel de presi ón sonora. Estos pequeños cambios en forma de vibración son percibidos por el oídocuando su frecuencia se encuentra en el rango de 20 Hz. a 20 Khz.La unidad de medida para la presi ón sonora es el “ Decibel ” (abreviado dB). El decibel es una unidadde medida que no se restringe solo al campo del sonido. Se utiliza tambi én para medicioneseléctricas y es una unidad de medida “ relativa ” . Surge de comparar dos cantidades, de las cualesuna de ellas es generalmente elegida como “ referencia ” . Esto quiere decir que el decibel midecu ánto más grande o chica es una cantidad respecto a otra cantidad de referencia. En el caso delsonido, la cantidad elegida como referencia es el nivel de presi ón más pequeño que el oído puedepercibir, debajo del cual no es posible la percepci ón sonora. A este nivel mínimo de presión sonorase lo llama “ Umbral de audición ” . El umbral de audición se ha fijado despué s de realizar numerosaspruebas con personas de distintas edades y sexos en c ámaras especiales llamadas “ anecoicas ” 1.Entonces, los decibeles en ac ústica miden cuánto más intenso es un sonido respecto al umbral deaudici ón.

Por otro lado, el decibel se define utilizando una relaci ón matemática llamada“

logarítmica”

, encontraposici ón a la mayoría de las relaciones a las que estamos acostumbrados llamadas “ lineales ” .El siguiente gr áfico muestra una relación lineal y otra logarítmica:

En el gr áfico de la i zquierda podemos ver una relaci ón lineal, a la cual estamos muy acostumbrados.Vemos que, mientras el eje horizontal var ía de uno en uno hasta seis, el vertical relacionado a travésde la recta lo hace de la misma forma; es decir, a uno le corresponde uno, al dos el dos, etc. (podr íaser que a uno le correspondan 100, a dos doscientos, etc.) En el gr áfico de la derecha, en cambio,observamos una relaci ón logarítmica. Vemos ahora que mientras el eje vertical varía de uno en uno,el horizontal lo hace en potencias de diez, es decir que cada divisi ón es la anterior multiplicada pordiez. A parte, una caracter ística de esta función logarítmica es que siempre al uno le correspondecero y a los valores menores que uno (por ejemplo: 0,1 ; 0,6 ; etc.) les corresponden n úmerosnegativos. As í vemos entonces que a 0,01 le corresponde – 2 ; a 0,1 le corresponde – 1 ; al 1 el cero; al 10 el uno ; al 100 el dos ; y as í sucesivamente. La relaci ón logarítmica no se ha elegido caprichosamente. La razón de utilizarla en acústi ca es queel rango de niveles de presi ón que puede percibir el oído es muy grande, desde el umbral mínimohasta la sensaci ón de dolor. Para tomar una idea, el nivel de la presión atmosférica, el cual se mideen “ hectopascales ” , es normalmente de 1000 hecto pascales, es decir, 100.000 pascales. Por otrolado, el rango de presiones audible va de 20 micropascales (millon ésimas de pascal) hasta 20pascales. El primer nivel (20 micropascales) corresponde al umbral m ínimo de audición y el último

1 Las c ámaras anecoicas son salas totalmente aisladas del ambiente exterior tratadas acústicamente

de forma que sus paredes absorben toda la energ ía sonora que pueda emitir una fuente dentro deellas (se suprimen los ecos, de all í su nombre). De esta manera, una persona ubicada adentro soloescucha el sonido directo que proviene de una fuente sonora de prueba ubicada a una ciertadistancia, dentro de la misma c ámara.


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es un nivel tal que produce una sensaci ón de dolor en el oído. Esto nos da un rango de 1.000.000(un mill ón). En cambio con el decibel, este rango se restringe a solo 120 decibeles. Muchas magnitudes como la potencia sonora o el nivel de intensidad pueden expresarse endecibeles, sin embargo la expresi ón más usada es el decibel de presión sonora o DB SPL (SoundPressure Level).La expresi ón matemática del decibel de presión sonora es:

P representa el nivel de presi ón sonora que se está midiendo o comparando. Pr es el nive l depresi ón sonora de referencia que corresponde al umbral mínimo de audición. Este nivel es, comomencionamos, de solo 20 micro Pascales, es decir 20 millon ésimas de pascal.La fórmula , que puede parecer terrible a los ojos del m úsico, se interpreta de la siguiente manera:1º) se realiza la división entre P y Pr. 2º) al resultado se aplica la función “ logaritmo decimal ” , disponible en cualquier calculadoracient ífica. 3º) al resultado se lo multiplica por 20.

Normalmente no es necesario aplicar esta f ór mula porque los instrumentos vienen calibradosdirectamente en decibeles. Sin embargo es muy importante saber que el decibel cumple unarelaci ón logarítmica, es decir, mide “ logaritmicamente ” . Medir logaritmicamente implica que cada vezque la presi ón sono ra se duplica la medida en decibeles aumenta solo en 6. Si, por ejemplo, lapresi ón que estamos midiendo es el doble de Pr, P/Pr = 2; como log 2 = 0,3 al multiplicar 0,3 por 20nos da 6 dB.

Tambi én se emplea el decibel para comparar dos magnitudes distin tas. Por ejemplo, si la presi ónsonora aumenta de 100 a 200, en DB aumenta 6 dB; de la misma forma, si la presi ón sonoraaumenta de 2.000 a 4.000, la cantidad en decibeles tambi én aumenta 6 dB. En este caso, se hacomparado en decibeles dos cantidades: 4000 y 2000:Para interpretar la expresi ón anterior se hace del mismo modo: 4000 dividido 2000 nos da igual a 2.Luego, el logaritmo decimal de 2 es igual a 0,3 y al multiplicar 0,3 por 20, obtenemos finalmente elresultado de 6 dB.

Por esto, si una fuente sonora est á emitiendo un tono de 120 dB y aumenta su nivel a 126 dB, lapresi ón sonora en nuestro oído habrá aumentado exactamente al doble. Otra raz ón por la cual se utiliza el decibel en acústica es que nuestro oído percibe la inten sidadsonora logaritmicamente. Se ha comprobado, tambi én a través de numerosos estudios, que una

persona detecta que la intensidad ha subido al doble cuando a aumentado en 10 dB. Esto quieredecir que, cuando un sonido aumenta su intensidad en 10 dB, nosotros tenemos la sensaci ón psicol ógica que ha aumentado el doble.

Presi ón e Intensidad : algo que suele traer mucha confusi ón cuando se habla de decibeles enac ústica es que la intensidad sonora se expresa como:

Vemos, a parte de haber cambiado la Presi ón P por la intensidad I, que el multiplicador es 10 y no20. Se debe esto a que cuando la intensidad del sonido aumenta 4 veces, la presi ón aumenta solo 2.Por esta raz ón, cuando la Intensidad del sonido (no la presión) se duplica, en decibeles sólo

aumenta 3 dB (log de 2 = 0,3 y 0,3 x 10 = 3 dB). Esto vale tambi én para los decibeles SPL, ya queun aumento del doble en la intensidad no es el doble en la presi ón sino que i mplica solo un aumentode 1,41 veces, por eso solo aumenta 3 dB en decibeles SPL. Por ejemplo, si tenemos un parlanteque emite sonido a un nivel de 80 dB, dos parlantes iguales emitir án 83 dB. Es decir: 80 dB + 80 dB


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= 83 dB. La confusi ón se plantea porque con la palabra “ intensidad ” nos referimos también a losdecibeles SPL, que representan a la presi ón sonora. La intensidad sonora es proporcional a lapresi ón sonora pero no en una forma sencilla, sino que tienen una relación “ cuadrática ” . Esto quieredecir que cuando la presi ón aumenta 2 veces la intensidad lo hace en 1,41 veces. Se llamaintensidad en f ísica a la potencia sonora dividida por la superficie que atraviesa. Una misma potenciarepartida en una superficie mayor nos da una intensidad menor. En el caso del sonido, que sepropaga esf éricamente (hacia todas direcciones), la misma pote ncia se reparte cada vez en esferasmayores, por cuanto la intensidad va decreciendo a medida que nos alejamos de la fuente sonora.En s íntesis, cada vez que se duplica la potencia sonora (por ejemplo dos violinistas tocando lomismo en vez de uno), tanto el nivel de intensidad como los decibeles SPL aumentan en 3 dB. Estose debe a la misma definici ón del decibel SPL, que incluye un 20 como multiplicador y no un 10. Laintensidad ha subido al doble pero la presi ón sólo ha subido 1,41 veces. Para que la pre sión suba aldoble, la intensidad tiene que subir cuatro veces! Veamos la siguiente relaci ón:

Por ejemplo, si la intensidad sube 4 veces, la presi ón lo hará 2 veces y el aumento será ahora de 6dB:

Si un violinista produce un sonido de 70 dB, har án falt a 10 violinistas para que la intensidad sea 10dB mayor, es decir: 80 dB. En este caso, el sonido de los 10 violinistas ser á juzgado como“ doblemente ” intenso respecto al que producía solo uno.

Veamos algunos ejemplos:

Dos m úsicos tocando con la misma intensidad producen un sonido 3 dB m ás intenso. Siguiendo esterazonamiento, cuatro m úsicos aumentan la intensidad en 6 dB y ocho la aumentan en 9 dB.Por otro lado, por ejemplo, si tengo un sistema de sonido que entrega 90 dB a 80 metros dedistancia, para que entregue 93 dB (o sea, 3 dB m ás) necesitaré otro equipo más o uno que tenga eldoble de potencia! Esto nos da una idea de lo que significan unos pocos decibeles!El decibel, cuando ya se lo ha entendido, es una forma muy pr áctica de medir el sonido. Pongamosun ejemplo: En mi sala de ensayo genero una intensidad de 100 dB (cuando vienen todos losmúsicos) y el vecino se queja por el “ ruido ” . Entonces se consulta la reglamentación municipal quedice que de noche el ruido m áximo en el vecino no debe superar los 40 dB. Por lo tanto, necesitar éconstruir una pared que pueda aislar 60 dB, algo muy dif ícil de lograr! Otra opci ón sería llevar la salade ensayo a otro lugar o invitar al vecino a tocar en la banda.


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Una pared delgada sin ning ún tratamiento ac ústico quizás pueda aislar unos 30 dB, es decir, elvecino tendr á en su habitaci ón una intensidad de 70 dB y quiz ás se moleste!

Nociones de psicoac ústica

La psicoac ústica estudia la forma en la que las personas percibimos el sonido, esto es, másallá d e los instrumentos de medici ón. Entre las caracter ísticas perceptivas más importantes tenemos el fenómeno de enmascaramiento yla sensaci ón de “ sonoridad ” a distintas intensidades y frecuencias. Como veremos, estos fenómenosse deben a la forma particular que tiene nuestro o ído para percibir el sonido, es decir, se producendentro de nuestro sistema auditivo!

Enmascaramiento:El enmascaramiento es la p érdida de reconocimiento de un sonido llamado “ enmascarado ”

por la presencia simult ánea de otro llamado “ enmascarante ” . Es común percibir el ruido del reloj decocina cuando se detiene el motor de la heladera y no mientras est á funcionando. Decimos entoncesque el ruido del motor enmascara al del reloj. El enmascaramiento es m ás notorio cuando lossonidos son de frecuencias parecidas y m ás aún cuando la frecuencia del sonido enmascarante esalgo inferior a la del enmascarado. En un autom óvil ruidoso, por ejemplo, hay que subir el volumende la radio para poder percibirla cuando el motor est á más exigido o se marcha a mayor velocidad.El ruido de fondo de un determinado ambiente act úa siempre como enmascarante y es necesario,para poder reconocer a otro sonido, superar dicho nivel. Por ejemplo, en una fiesta con mucha gentehablando y m úsica, hay que subir bast ante el nivel de la voz para ser reconocido. En general, elsonido que se quiere reconocer debe tener una intensidad 10 dB mayor que el ruido de fondo. En elcaso de la voz, para que sea totalmente inteligible, se necesitan 25 dB de diferencia con el ruido defondo.El enmascaramiento, como veremos oportunamente, influye tambi én notoriamente en las mezclasde audio. Por ejemplo, un sonido de bajo con cierto nivel puede hacer que no se escuchen bien losgraves de una guitarra o ciertos sonidos de percusi ón. Por esta raz ón muchos instrumentos en unamezcla se los ecualiza para que no suceda esto.El siguiente dibujo quiz ás aclare un poco más la relación entre los tonos enmascarante yenmascarado. Vemos en un gr áfico Amplitud vs. Frecuencia la “ zona de influenc ia” del tonoenmascarante. Los tonos que est án por debajo de dicha zona son enmascarados. Notemos que si eltono enmascarado se aleja en frecuencias cada vez es menos afectado por el enmascarante. En uncaso extremo, la influencia es m ínima o nula. Por ejemplo, si vamos en un auto cuyo motor hace ruido m ás bien grave, es posible que nopodamos distinguir lo que hace un contrabajo pero si escuchar una arm ónica con claridad. El ruidodel motor enmascara al contrabajo pero no afecta a la arm ónica por ser basta nte m ás aguda! Veamos la figura:


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En el ejemplo, la frecuencia del tono enmascarante es de 100 Hz. Un tono de 140 Hz quedatotalmente enmascarado mientras que otro de 5 Khz. no es afectado para nada.

El fen ómeno del enmascaramiento se utiliza a veces intencionalmente para producir aislamientoac ústico entre personas o ambientes. Tal es el caso de la “ música de fondo ” en restaurantes yoficinas. Tambi én se basa en el enmascaramiento el sistema de codificación de archivos musicalesmp3. Los sonidos que son enmascarados por otros y por lo tanto no audibles, se eliminandisminuyendo as í la cantidad de información.

Percepci ón sonora en función de la frecuencia y la intensidad :La percepci ón del sonido en función de las distintas frecuencias e intensidades puede

resumirse en las gr áficas de Fletcher y Munson de la figura siguiente:

En ellas se observa la “ alinealidad ” del oído, es decir, la forma particular de percibir la intensidadsonora a distintos valores de frecuencia e intensidad. El eje horizontal representa las frecuencias y elvertical los niveles de presi ón sonora. Para niveles altos de presi ón (90 dB o más) las curvas son mas bien planas con relación a lafrecuencia, siempre que nos restrinjamos al rango audible comprendido entre 20 Hz. Y 20 Khz. Paravalores menores de presi ón vemos que las curvas ya no son planas, indicando así cuánto hay que


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subir la intensidad de las frecuencias graves y agudas para que el o ído las escuche “ iguales ” a lasfrecuencias medias. Se trazan curvas para 0, 10, 20, 30, etc. decibeles y todas coinciden con suvalor cuando la frecuencia es de 1 Khz. De esta forma se compara cu ánto más hay que subir o bajarla intensidad para las distintas frecuencias de forma de percibir la misma “ sonoridad ” que a 1 Khz.Por ejemplo, si seguimos la curva de 20 dB, para tener la misma sensaci ón de sonoridad a 200 Hzque a 1 Khz. es necesario que el sonido tenga una intensidad de 40 dB, es decir, debe ser 20 dBmás intenso que a 1 Khz. (ver figura 4). Sin embargo, si la intensidad del sonido a 1 Khz. es de 90dB, pr ácticamente no habrá diferencia en el nivel de sonoridad percibido a 200 Hz. Debido a esta respuesta no uniforme de nuestro o ído, muchos equipos de audio traen un control desonoridad o Loudness que compensa o “ refuerza ” la señ al en graves y agudos de forma tal que seescuche uniforme a bajo volumen.Esta caracter ística es importantísima al momento de realizar una mezcla en un estudio. No es lomismo escuchar con bajo o alto volumen. Con bajo volumen no se escuchar án bien ni l os graves nilos agudos, por m ás que se tenga quizás más claridad en otros aspectos. Entonces conviene enalgunos casos escuchar despacio para ciertas tareas y fuerte para otras, pues la audici ón no es lamisma.La tabla siguiente muestra los valores aproximados de intensidad sonora correspondientes adistintas situaciones:

Niveles Sonoros y Respuesta Humana Sonidos característicos Nivel de presión sonora

[dB] Efecto

Operaci ón en pista de jets Sirena antia érea 140 Dolorosamente fuerte

Despegue de jets (60 m)Bocina de auto (1 m) 120 M

áximo esfuerzo vocal / Umbral de dolor

Martillo neum ático Concierto de Rock 110 Extremadamente fuerte

Cami ón recolector Petardos

100 Muy fuerte

Cami ón pesado (15 m) Tr ánsito urbano 90

Muy molestoDaño auditivo ( 8 Hrs)

Reloj Despertador (0,5 m)Secador de cabello 80 Molesto

Restaurante ruidosoTr ánsito por autopista

Conversaci ón en voz alta 70 Dif ícil uso del teléfono

Aire acondicionadoConversaci ón en voz baja

60

Tr ánsito de vehículos livianos(30 m) 50 Silencioso.

LivingDormitorio

Oficina tranquila40

BibliotecaSusurro a 5 m

30 Muy silencioso

Estudio de radiodifusi ón 20 Sensaci ón no habitual 10 Apenas audible0 Umbral auditivo

(Tabla realizada por la Organizaci ón Noise Pollution Clearinghouse)


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Fen ómenos en la propagación de las ondas sonoras

Propagaci ón del sonido en el aire :La propagaci ón del sonido se produce esféricamente, esto es, el sonido se propaga en todas

las direcciones del ambiente que rodea a la fuente y no solo en una direcci ón, como se muestra enla figura 1. Debido a que las esferas que rodean a la fuente se hacen m ás grandes a medida que sealejan de ella, la intensidad sonora va disminuyendo. Esto se debe a que la misma energ ía sonorase reparte cada vez en superficies mayores. Puede compararse la fuente sonora con una fuente deluz como un foco: a medida que nos alejamos la intensidad de luz que percibimos es menor. Lasiguiente figura muestra como se propaga esf éricamente una onda sonora desde la fuente, la cualest á ubica da en el centro, hasta dos oyentes ubicados a distintas distancias de la fuente. El oyente1, al estar m ás cerca, percibe una intensidad mayor que el oyente 2, el cual está ubicado másalejado de la fuente. Puede verse tambi én cómo las esferas que rodean a la fuente son cada vezmayores y por lo tanto c ómo la misma energía sonora debe repartirse cada vez en superficiesmayores.

Propagaci ón esférica del sonido. Las flechas que parten de la fuente indican la dirección de propagaci ón y los círculos concént ricos muestran las superficies cada vez mayores entre

las que se reparte la energ ía sonora.

Esta atenuaci ón que sufre la intensidad sonora no es igual para todas las frecuencias. Lasfrecuencias mayores se aten úan más rápido, produciéndose una distorsión del timbre del sonido amedida que nos alejamos de la fuente sonora. Por esta raz ón el sonido se escucha más gravecuando estamos ubicados lejos de la fuente sonora: debido a la distancia se han atenuado m ásrápido las altas frecuencias. Por ejemplo, cuan do o ímos la música que proviene de una fiesta lejana,escuchamos solo el sonido de la percusi ón y los bajos. Tambi én influye en la propagación del sonido la humedad relativa del ambiente. Cuando es alta el

sonido se aten úa menos, es decir que se propaga má s lejos. Entonces, es de esperar que en d íashúmedos el sonido llegue más lejos. En el aire libre, la intensidad sonora se aten úa en 6 dB cada vez que se dobla la distancia. Porejemplo, si a 10 mts de la fuente la intensidad es de 80 dB, a 20 mts bajar á a 74 dB. Si nos vamos a40 mts la intensidad ser á ahora de 68 dB. Veamos la siguiente figura:


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Velocidad del sonido:Como se mencion ó anteriormente, las ondas sonoras viajan a una velocidad que depende

del medio en el cual se propagan. En los l íquidos y s ólidos la velocidad es mayor que en el aire. Estono quiere decir que en todos los gases suceda lo mismo. Por ejemplo, en el hidr ógeno, la velocidades unas cuatro veces mayor que en el aire. La velocidad del sonido en el aire var ía bastante con latemperatura ambiente. Cuando ésta aumenta, también lo hace la velocidad. Por ejemplo, a 0 ºC elsonido se propaga a unos 332 metros por segundo mientras que a 20 ºC lo hace a 344 metros porcada segundo. Esto da lugar al fen ómeno de refracción que veremos enseg uida.La fórmula para calcular la velocidad del sonido en el aire es:

En esta f órmula, V es la velocidad del sonido en el aire y T es la temperatura ambiente expresada engrados cent ígrados. A veces se la designa con la letra “ c ” . Entonces, si la tempe ratura es de 20 ºC,la fórmula dará el siguiente valor para la velocidad:

es decir, si la temperatura es de 20 ºC, la velocidad del sonido en el aire será de 344 metros porsegundo (recorre 344 metros en un segundo de tiempo).La velocidad del sonido se relaciona tambi én con la frecuencia y determina una característica muyimportante de la onda sonora que es la “ longitud de onda ” (denominada generalmente con la letragriega ! lambda). La relaci ón es la siguiente:

Todas estas f órmulas expresan la mis ma relaci ón. Según sea lo que queremos averiguar será la queutilicemos. Por ejemplo, si queremos saber cu ánto medirá la longitud de onda de un sonido de 100Hz. (bastante grave) cuando la temperatura es de 20 ºC usamos:

La onda formar á su primer ciclo rec ién en una distancia de 3,44 metros. La longitud de onda es la distancia (se mide en metros) entre dos regiones de igual estado devibraci ón. Dicho de otro modo, es la distancia que recorre un “ estado de vibración ” hasta alcanzar unnuevo ciclo. Por ejemplo, en el caso del p éndulo visto antes, sería la distancia que recorre la ondasonora desde el punto A hasta alcanzarlo nuevamente. Como la vibraci ón está viajandopermanentemente, un ciclo de vibraci ón no se desarrolla en un mismo lugar sino que va “ viajan do ” .Cuando la vibraci ón ha cumplido un ciclo el punto inicial de vibración se encuentra ya a una longitudde onda del nuevo, es la distancia entre dos puntos “ A” sucesivos.Para una frecuencia extremadamente grave de 20 Hz, la longitud de onda es de unos 17 metros,mientras que para el sonido m ás agudo es de solo 17 cm. Las ondas sonoras, cuando la frecuencia es mayor que unos 200 Hz, pueden representarse porrayos cuyas direcciones indican hacia d ónde se dirige la energía sonora. Esta energía puede sufri ren su trayectoria de propagaci ón distintos fenómenos. Tales fenómenos son principalmente laReflexi ón, la absorción, la refracción y la difracción.

Reflexi ón y absorción :El sonido puede reflejarse cuando choca con una superficie como la pared de una habitaci ón.

En este proceso, gran parte de la energ ía sonora se refleja y el resto es absorbido por la pared o lasuperficie con la cual ha chocado la onda. Cuando la onda choca se refleja con el mismo ángulo conel que incidi ó, como se muestra en la sigui ente figura:

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La cantidad de sonido reflejado, y por el otro lado la cantidad de sonido absorbido, depende del tipode material con el que choca la onda sonora. Las superficies porosas y blandas tienen mayor poderde absorci ón que las duras. Esto se debe a que parte de la energ ía vibrante del aire se transformaen otro tipo de energ ía (movimiento, calor) de la superficie con la que ha chocado. Por ejemplo, unacortina pesada absorbe sonido porque cuando la onda sonora choca con ella se mueve (la cortina) acosta de la energ ía que trae la onda; por lo tanto, la energía reflejada será menor que la incidente,pues gran parte se ha gastado en producir el movimiento de la cortina. Como vemos, en cadareflexión la onda sonora va perdiendo energía debido a la abs orción que produce el medio en el cual

se ha reflejado. Esta p érdida de energía se traduce en una disminución de la intensidad sonora. Eneste principio se basa el tratamiento ac ústico de las salas de grabación, estudios de radio, cines, etc.Se utilizan materiales absorbentes para evitar las reflexiones excesivas y as í lograr un ambienteac ústico limpio en el cual se puedan escuchar con claridad la música y la palabra. En salas notratadas ac ústicamente con materiales absorbentes las reflexiones (ecos) int erfieren con el sonidopuro y hacen dif ícil y a veces imposible la audición clara de la palabra (inteligibilidad). Puedeobservarse esto en grandes estadios de cemento y chapa, en los templos religiosos, etc.Los materiales absorbentes del sonido no tienen la misma capacidad de absorci ón para todas lasfrecuencias. Normalmente, al aumentar la frecuencia aumenta tambi én la absorción, razón por lacual las altas frecuencias se aten úan más rápido dentro de una habitación. Existen publicaciones enlas cuales se muestra la capacidad de absorci ón de cada material para distintos valores defrecuencia como 100 Hz, 500 Hz, 1000 Hz, etc.

La cantidad de absorci ón de un material se mide por medio de un número comprendido entre 0 y 1.Cuando es 0 indica que la absorci ón es nula mientras que un valor de 1 indica absorci ón total (unaventana abierta por ejemplo). Se indica con la letra griega “ alfa ” y se le llama Coeficiente deabsorci ón sonora del material. En la siguiente tabla puede verse el valor de para algunosmateriales:

(para frecuencias de 125 a 4000 Hz)Material125 250 500 1000 2000 4000

Hormig ón sin pintar 0,02 O,02 0,03 0,03 0,04 0,05Revoque rugoso 0,02 0,03 0,06 0,08 0,04 0,06Piso de parquet sobre durmientes 0,20 0,15 0,12 0,10 0,07 0,07Alfombra sobre cemento 0,12 0,10 0,28 0,42 0,21 0,33

Fibra de vidrio de 5 cm. De espesor 0,40 0,65 0,78 0,87 0,82 0,75El fen ómeno de la reflexión y la absorción del sonido en las paredes de una habitación se relacionacon la reverberaci ón, tema que se verá luego.

El dibujo de la derecha nos muestra la situaci ón de maneramas general. Cuando una onda sonora choca con unapared, parte de la energ ía es reflejada, otra parte esabsorbida y, por último, el resto de la energía sonora setransmite hacia el otro lado de la pared.


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Refracci ón :La refracci ón es el fenómeno por el cual una onda cambia de dirección al pasar de un medio

de propagaci ón a otro, por cambiar la velocidad de propagación. Se observa la refracción en losrayos de luz cuando sumergimos una cucharita en un vaso con agua. La cucharita parece doblarsedebido a que la luz pasa por el agua (un medio de propagaci ón) y luego por el aire hasta nuestrosojos (el aire ser ía, en este caso, el otro medio de propagación). La refracci ón se debe a que en distintos medios la velocidad de la onda es tambi én distinta y haceesto que cuando un frente de onda incida oblicuo los primeros rayos que alcancen el segundo mediocomiencen a viajar a otra velocidad antes que sus rayos vecinos lo hagan.En la propagaci ón del soni do se produce refracci ón debido a que su velocidad depende de latemperatura. Como vimos, cuando la temperatura aumenta, tambi én aumenta la velocidad yviceversa. Entonces, en capas de aire caliente el sonido viajar á más rápido que en otras capas másfrías . Esto hace que la trayectoria de la onda se curve para el lado donde se encuentra el aire m ásfrío. Veamos la siguiente figura:

Cuando corren r áfagas de viento caliente o frío la dirección del sonido cambia debido a estefen ómeno y no a que el viento “ a rrastre ” al sonido.

Difracci ón :La difracci ón se produce cuando la onda encuentra en su camino objetos cuyas dimensiones

son similares o inferiores a su longitud de onda. Se manifiesta como una nueva emisi ón sonora paratales frecuencias. Para longitudes de onda menores, es decir, para frecuencias mayores el objeto secomportar á como una pared reflejándolo.

La figura muestra una situaci ón que se da muchas veces en la realidad. Un oyente ubicado detrásde una pared que intercepta a una fuente sonora percibe solo las frecuencias graves debido a que

sus longitudes de onda son del orden del tama ño de la pared. Las frecuencias agudas son reflejadaspor la pared hacia la direcci ón de la fuente, de forma que no son percibidas por el oyente. Engeneral, como los sonidos graves tienen longitudes de onda grandes, suelen atravesar obst áculoscon m ás facilidad que los agudos.

Timbre y espectro armónico del sonido

El timbre es la caracter ística del sonido por la cual distinguimos la naturaleza de la fuente quelo produce. Si dos instrumentos distintos, como un oboe y un clarinete, emiten una nota de la mismaaltura e intensidad, podemos distinguirlos perfectamente a trav és del timbre. El timbre se relaciona con la composici ón de frecuencias de un sonido. De la mism a forma en queuna mezcla de colores produce un determinado color, una mezcla de frecuencias produce un timbresonoro determinado. Esta mezcla de frecuencias puede ser ordenada y arm ónica o desordenada einarm ónica. Sonidos arm ónicos : las frecuencias que componen un sonido, llamados “ armónicos ” son múltiplosenteros de una frecuencia principal llamada fundamental o primer arm ónico. Qué quiere decir que


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sean “ múltiplos enteros ” ? que se obtienen multiplicando la frecuencia fundamental por 1, 2, 3, etc.Por ejemplo: si la frecuencia fundamental tiene 150 Hz, los arm ónicos tendrán 300, 450, 600, 750,etc. La frecuencia fundamental es el arm ónico más grave . Si dos tonos cuya frecuencia fundamentales igual suenan con distinto timbre es porque var ía la intensidad (relativa a la intensidad de lafundamental) de sus arm ónicos. Es decir, dos instrumentos distintos pueden producir unafundamental de 150 Hz y sus arm ónicos serán también de 300, 450, 600, etc. La diferencia tímbricava a estar dada por la intensidad de estos arm ónicos en relación a la fundamental o primerarm ónico. Tanto la fundamental o primer armónico como los armónicos restantes son “ tonos puros ” con forma de onda senoidal. Entonces, el sonido de un instrumento es la suma de tonos puros dedistintas frecuencias que tienen una relaci ón armónica entre si, es decir, son múltiplos enteros de lafundamental (o primer arm ónico). El siguiente gr áfico muestra el “ espectro ” de dos sonidos con igual fundamental y distinto timbre.Obs érvese que en el eje horizont al se representa a la frecuencia (no al tiempo) y en el vertical a laamplitud. Cada barra representa a un arm ónico con su intensidad o amplitud.

Como vemos, la fundamental y los arm ónicos tienen los mismos valores de frecuencia: 150, 300,450, etc. La diferencia radica en la intensidad de cada uno de los arm ónicos entre si. Esta relaci ónes la que determina el timbre del sonido. Con un ecualizador se puede modificar parcialmente estarelaci ón y cambiar así el timbre de un instrumento amplificado. Cada bar rita representa la amplitudde un tono puro o senoidal con el valor de frecuencia indicado en el eje horizontal. Si se aumenta laintensidad del sonido se mantiene en general esta relaci ón de amplitudes, aumentandoproporcionalmente en todos los arm ónicos. En los instrumentos musicales este espectro no es constante, sino que cambia r ápida y

drásticamente en el instante inicial, cuando se produce el sonido. Tal es así que si no escuchamos elataque del sonido nos es muy dif ícil distinguir el timbre. Por ejem plo, no es lo mismo el sonido deuna cuerda frotada o pellizcada, por m ás que se trate de la misma cuerda y el mismo instrumento.Por otro lado, la “ caja de resonancia ” de un instrumento lo que hace es reforzar la intensidad deciertos arm ónicos, influyend o de esta manera notablemente en el timbre.Es muy importante recordar que cada arm ónico es un tono senoidal y que la suma de muchos tonossenoidales con distintas frecuencias es lo que forma el sonido de un instrumento. La forma de ondade un sonido complejo, como es el caso de la mayor ía de los instrumentos musicales, es tambiéncompleja y se puede obtener sumando todos los tonos senoidales que la forman. O, visto de otromodo, todo sonido complejo puede ser descompuesto en la suma de muchos tonos senoidales dedistintas frecuencias. Esto último es básicamente el enunciado del teorema de Fourier, matemáticofranc és que pudo demostrarlo. El análisis de Fourier es de muchísima importancia en el estudio delsonido y de las ondas en general.Otro detalle muy importante es la capacidad del sistema auditivo para percibir la fundamentalaunque ésta no esté presente! Al percibir un sonido, el sistema nervioso analiza la diferencia entresus arm ónicos y deduce la fundamental. Por ejemplo, si escuchamos estos armónic os: 200, 300,400, 500, etc., deducimos que la fundamental es de 100 Hz pues corresponde a la diferencia entrecada arm ónico escuchado. En los sistemas telefónicos pasa esto, no escuchamos lasfundamentales de las voces, las cuales est án por debajo de los 200 Hz. Lo mismo sucede cuandoescuchamos grabaciones en parlantes muy peque ños.

Sonidos inarm ónicos : Son aquellos que no nos dan una sensaci ón clara de altura, como los depercusi ón. Sus tonos componentes no son armónicos, es decir, sus frecuencias no so n m últiplosenteros de una fundamental. Esto hace que no se pueda reconocer una altura determinada. Sinembargo si podemos distinguir el timbre.

produccion 2 unidad 1a el sonido

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