Ondas sonoras
Las ondas sonoras
son ondas longitudinales, hechas por partículas que vibran. Estas vibraciones pasan a las partículas cercanas, que luego pasan
de nuevo. Así es como las ondas de sonido viajan a través de sólidos,
líquidos y gases. Cuando las partículas vibran cerca de su tímpano, su
tímpano vibra. Este movimiento se convierte en una señal eléctrica, que
luego se transmite a su cerebro.
Las ondas de sonido necesitan partículas para viajar, por lo que
no pueden viajar en el espacio ni en ningún otro vacío. Puedes ver el sol,
pero no puedes escuchar las explosiones masivas que se están produciendo allí,
ya que la luz puede viajar en el espacio pero el sonido no.
El sonido se puede reflejar, refractar y difractar, lo que
demuestra que viaja como una onda. Las ondas sonoras son ondas
longitudinales.
Las características de las ondas de sonido deciden el tono y la
intensidad del sonido.
Tono
El tono de una nota es qué tan alta es la nota. La voz de un
hombre tiende a tener un tono más bajo que la voz de una mujer. Los
murciélagos hacen un ruido tan agudo que a los humanos les cuesta escuchar.
·
El tono de una nota depende de la
frecuencia de la onda.
·
Cuanto mayor sea la frecuencia de
la onda, mayor será la nota.
·
Cuanto más corta sea la longitud de
onda de la onda, más alta será la nota.
Volumen
La intensidad del sonido depende de la amplitud de la onda de
sonido.
Cuanto mayor sea la amplitud de la onda, más fuerte será el
sonido.
Trazas del
osciloscopio
Al describir las ondas, se explicaron los términos amplitud,
período de tiempo y frecuencia. La mayoría de las ondas se pueden
convertir en señales eléctricas. Podemos usar los osciloscopios para
observar estas señales eléctricas, que representan las ondas, en una pantalla. Luego
podemos medir las características de la ola en la pantalla.
Amplitud de medida
Un osciloscopio tiene
una escala que le dice a qué equivale la altura de cada cuadrado. En el
diagrama de arriba, la altura de un cuadrado es igual a 1 cm. Esto se
escribe como 1cm /
división. Como la amplitud de la onda es de 3 cuadrados de
altura, la amplitud de la onda es de 3 cm.
Período de tiempo de medición (el tiempo para una ola)
El osciloscopio
también tiene una 'escala
de base de tiempo'. Esto te dice la escala a través de la
pantalla. En el diagrama de arriba, cada cuadrado es igual a 2 segundos. Como
la onda es de 4 cuadrados, el período de tiempo de la onda es 2 x 4 = 8
segundos.
No se olvide, cuanto más largo sea el período de tiempo, más baja
será la frecuencia.
Si la escala de la base de tiempo permanece igual, es fácil
comparar las frecuencias de onda al observar cuántas ondas hay en la pantalla, por ejemplo:
Cuantas más ondas
encajen en la pantalla, mayor será la frecuencia.
Velocidad y energía del sonido
El sonido, como todas las ondas, viaja a una cierta
velocidad y tiene las propiedades de frecuencia y longitud de onda. Puede
observar evidencia directa de la velocidad del sonido mientras ve una
exhibición de fuegos artificiales. El destello de una explosión se ve
mucho antes de que se escuche su sonido, lo que implica que el sonido viaja a
una velocidad finita y que es mucho más lento que la luz. También puedes
sentir directamente la frecuencia de un sonido. La percepción de la
frecuencia se llama tono.. La
longitud de onda del sonido no se detecta directamente, pero se encuentra
evidencia indirecta en la correlación del tamaño de los instrumentos musicales
con su tono. Los instrumentos pequeños, como un piccolo, generalmente
hacen sonidos de tono alto, mientras que los instrumentos grandes, como una
tuba, generalmente hacen sonidos de tono bajo. El tono alto significa una
longitud de onda pequeña, y el tamaño de un instrumento musical está
directamente relacionado con las longitudes de onda del sonido que
produce. Así que un pequeño instrumento crea sonidos de onda
corta. Argumentos similares sostienen que un instrumento grande crea
sonidos de longitud de onda larga.
La relación de la velocidad del sonido, su
frecuencia y la longitud de onda es la misma que para todas las
ondas: v w = fλ, donde v wes la velocidad del sonido, f es su frecuencia y λ es su longitud de onda. La longitud de onda
de un sonido es la distancia entre partes idénticas adyacentes de una onda; por
ejemplo, entre compresiones adyacentes. La
frecuencia es la misma que la de la fuente y es el número de ondas que pasan un
punto por unidad hora.
Los terremotos, esencialmente ondas de sonido en la
corteza terrestre, son un ejemplo interesante de cómo la velocidad del sonido
depende de la rigidez del medio. Los terremotos tienen componentes
longitudinales y transversales, y estos viajan a diferentes
velocidades. El módulo de volumen de granito es mayor que su módulo de
corte. Por esa razón, la velocidad de las ondas longitudinales o de
presión (ondas P) en los terremotos en granito es significativamente mayor que
la velocidad de las ondas transversales o de corte (ondas S). Ambos
componentes de los terremotos viajan más lentamente en material menos rígido,
como los sedimentos. Las ondas P tienen velocidades de 4 a 7 km / s, y las
ondas S tienen una velocidad correspondiente de 2 a 5 km / s, ambas más rápidas
en material más rígido. La onda P avanza progresivamente más lejos de la
onda S a medida que viajan a través de la corteza terrestre.
La velocidad del sonido se ve afectada por la
temperatura en un medio dado. Para el aire a nivel del mar, la velocidad
del sonido viene dada por
v w = ( 331 m / s ) √ T 273 Kvw=(331 m/s)T273 K,
donde la temperatura (indicada como T ) está en unidades de kelvin. La velocidad
del sonido en los gases está relacionada con la velocidad promedio de las
partículas en el gas, v rms , y eso
v rms = √ 3 k T mvrms=3kTm,
donde k es la
constante de Boltzmann (1.38 × 10 −23 J / K)
y m es la masa de cada partícula (idéntica) en el
gas. Por lo tanto, es razonable que la velocidad del sonido en el aire y
otros gases dependa de la raíz cuadrada de la temperatura. Si bien no es
despreciable, esta no es una dependencia fuerte. A 0ºC, la velocidad del
sonido es de 331 m / s, mientras que a 20.0ºC es de 343 m / s, menos de un 4%
de aumento. La figura 3 muestra un uso de la velocidad del sonido por un
murciélago para detectar distancias. Los ecos también se utilizan en
imágenes médicas.
Elementos de una onda
·
Cresta: Es el punto de máxima elongación o
máxima amplitud de la onda; es decir, el punto de la onda más separado de su
posición de reposo.
·
Periodo: Es el tiempo que tarda la onda en
describir una oscilación completa.
·
Amplitud : Es la distancia vertical
entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas
cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.
·
Frecuencia : Es el número de veces que es repetida dicha vibración por unidad
de tiempo. En otras palabras, es una simple repetición de valores por un
período determinado.{\displaystyle
T={\frac {1}{f}}}
·
Valle: Es el punto más bajo de una onda.
·
Longitud de onda : Es la distancia que hay entre el mismo punto de dos ondulaciones
consecutivas, o la distancia entre dos crestas consecutivas.
·
Nodo: Es el punto donde la onda cruza la
línea de equilibrio.
·
Elongación: Es la distancia que hay, en forma
perpendicular, entre un punto de la onda y la línea de equilibrio.
·
Ciclo: Es una oscilación, o el recorrido
desde el nodo que inicia la trayectoria de la cresta hasta el nodo que termina
la trayectoria del valle o viceversa.
·
Velocidad de propagación: Es la velocidad a la que se propaga
el movimiento ondulatorio. Su valor es el cociente de la longitud de onda y su
período.
Cualidades del sonido
La frecuencia
También
llamada altura del sonido, es la afinación de un sonido. La
altura está determinada por la frecuencia de
vibración de las ondas sonoras.
Se puede
distinguir entre tres tipos de sonidos:
·
graves,
·
medios
·
o agudos.
Esta clasificación
hace alusión a unos parámetros que pueden ser medidos físicamente.
Según estos
indicadores, decimos que un sonido puede ser grave o agudo.
Esto está valorando un rango del sonido que es perceptible para el ser humano.
Los instrumentos y las voces están dentro de este rango, situado entre los 20 y los
20000 Hz. Fuera de él quedan sonidos que los seres humanos no estamos
capacitados para distinguir.
La duración
La duración de
un sonido hace referencia a la longitud de onda. Indica el tiempo que se
mantiene una onda sonora completa. Puedes diferenciar sonidos largos o cortos. Según
cuál sea la fuente que los produzca, los sonidos pueden alargarse de forma
ininterrumpida o acortarse, como en instrumentos de cuerda frotada,
o producir sonidos con una longitud específica, como un tambor o la nota de un piano.
El sonido cesa cuando cesa la vibración. Esta cualidad está limitada al
físico de la fuente del sonido. Con la
tecnología, esta limitación se ha superado y los sonidos pueden
mantenerse digitalmente por tiempo indefinido.
La
intensidad
La intensidad de
un sonido es equivalente al volumen. Se clasifican como sonidos fuertes o
débiles y es la potencia la que consigue una mayor
o menor amplitud de la onda sonora.
La intensidad se mide en decibelios, y también existe un rango audible para el
ser humano: 0 dB, que indica que el hombre no es capaz de distinguirlo y
140 dB, un volumen que resultaría doloroso. La intensidad hace referencia
a la amplitud de la onda sonora.
El
timbre
El timbre es la
cualidad que más datos te aporta. El timbre de
una misma nota musical tocada al mismo volumen en un violín y una flauta
no será igual. Cada fuente de sonido tiene características propias sonoras
según el material del que esté hecho, el modo de hacerlo sonar, etc.
También se aplica a las voces humanas. Puedes encontrar una voz ronca,
dulce o ligera, áspera… El timbre puede
modificarse con la intensidad y
la duración, pudiendo variar la
calidad del sonido. El timbre de
un sonido está compuesto de un sonido fundamental y otros sonidos llamados
armónicos, de menor intensidad.
La combinación de la frecuencia, la intensidad, el timbre y la duración es la que te
permite clasificar de una forma más sencilla.
La voz humana
La voz humana consiste en un sonido hecho por un
ser humano que utiliza el tracto vocal, como hablar, cantar, reír, llorar,
gritar, etc. La frecuencia de la voz humana es específicamente una parte de la
producción de sonido humano en la cual las cuerdas vocales (cuerdas vocales)
son la fuente de sonido principal. (Otros mecanismos de producción de sonido
producidos a partir de la misma área general del cuerpo involucran la
producción de consonantes sin voz, clics, silbidos y susurros).
En términos generales, el mecanismo para generar la
voz humana se puede subdividir en tres partes; los pulmones, las cuerdas
vocales dentro de la laringe (caja de voz) y los articuladores.
El pulmón, la
"bomba" debe producir un flujo de aire y una presión de aire
adecuados para vibrar las cuerdas vocales. Las cuerdas vocales (cuerdas
vocales) luego vibran para usar el flujo de aire de los pulmones para crear
pulsos audibles que forman la fuente de sonido de la laringe. Los músculos de
la laringe ajustan la longitud y la tensión de las cuerdas vocales para
"afinar" el tono y el tono. Los articuladores (las partes del tracto
vocal sobre la laringe que consisten en lengua, paladar , mejilla , labios, etc.)
articulan y filtran el sonido que emana de la laringe y, hasta cierto punto,
pueden interactuar con el flujo de aire laríngeo para fortalecerlo o
debilitarlo como fuente de sonido.
Los pliegues vocales, en combinación con los
articuladores, son capaces de producir arreglos de sonido altamente
intrincados. El tono de voz puede ser modulado para sugerir emociones como ira,
sorpresa, miedo, felicidad o tristeza. La voz humana se usa para expresar
emociones, y también puede revelar la edad y el sexo del hablante. Los
cantantes usan la voz humana como un instrumento para crear música.
Audiómetro
Un audiómetro es una máquina utilizada para evaluar
la agudeza auditiva. Por lo general, consisten en una unidad de hardware
incorporada conectada a un par de auriculares y un botón de respuesta del
sujeto de prueba, a veces controlado por una PC estándar. Dichos sistemas
también se pueden usar con vibradores de huesos, para probar mecanismos de
audición conductivos.
Los audiómetros son equipos estándar en clínicas de
ORL (oído, nariz, garganta) y en centros de audiología .
Una alternativa a los
audiómetros de hardware son los audiómetros de software, que están disponibles
en muchas configuraciones diferentes. Los audiómetros basados en PC de
detección utilizan una computadora estándar. Los audiómetros basados en PC
clínicos son generalmente más caros que los audiómetros de software, pero son
mucho más precisos y eficientes. Son los más utilizados en hospitales, centros
de audiología y comunidades de investigación. Estos audiómetros también se
utilizan para realizar pruebas audiométricas industriales. Algunos audiómetros
incluso proporcionan un kit de desarrollo de software que proporciona a los
investigadores la capacidad de crear sus propias pruebas de diagnóstico.
Bibliografía:
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