En física, sonido es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas audibles o casi audibles, generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que este generando movimiento vibratorio de un cuerpo.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión.
En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión.
En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.
La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.
Física del sonidoLa física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.
LA
ONDA SONORA
Es
una perturbación que se propaga en un medio elástico transportando energía más
no materia. El ser humano, percibe las ondas sonoras porque éstas producen
variaciones de presión en el aire, estimulando a nuestro sentido auditivo. Esto
no quiere decir que nuestros oídos sean
capaces de tomar todas las distintas señales producidas, ya que solamente
percibimos los sonidos cuyas frecuencias fluctúen entre los 20 Hz y los 20 Khz.
Los
sonido que se encuentran por encima de esta frecuencia son denominados
ultrasonidos y aquellos que están por debajo, se les denomina infrasonido.
Propagación del sonido
Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad (1/K) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad (ρ), a igualdad de todo lo demás, tanto menor es la velocidad de la propagación del sonido. La velocidad del sonido se relaciona con esas magnitudes mediante:
En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia suele ser la temperatura misma.
Magnitudes físicas del sonido
Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (λ), frecuencia (ν) o inversa del período (T), amplitud que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda con respecto a otra.
Sin embargo, un sonido complejo cualquiera no está caracterizado por los parámetros anteriores, ya que en general un sonido cualquiera es una combinación de ondas sonoras que difieren en los cinco parámetros anteriores. La caracterización de un sonido arbitrariamente complejo implica analizar tanto la energía transmitida como la distribución de dicha energía entre las diversas ondas componentes, para ello resulta útil investigar:
- Potencia acústica:El nivel de potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.
- Espectro de frecuencias:que permite conocer en qué frecuencias se transmite la mayor parte de la energía.
Velocidad del sonido
El sonido tiene una velocidad de 331,5 m/s cuando: la temperatura es de 0 ºC, la presión atmosférica es de 1 atm (nivel del mar) y se presenta una humedad relativa del aire de 0 % (Aire Seco). Aunque depende muy poco de la presión del aire.
La velocidad del sonido depende del tipo de material. Cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos, y en los líquidos es más veloz que en los gases. Esto se debe a que las partículas en los sólidos están más cercanas.
La velocidad del sonido se puede calcular en relación a la temperatura de la siguiente manera:
donde: 
, es la temperatura en grados Celsius.
- Espectro de frecuencias:que permite conocer en qué frecuencias se transmite la mayor parte de la energía.
Velocidad del sonido
El sonido tiene una velocidad de 331,5 m/s cuando: la temperatura es de 0 ºC, la presión atmosférica es de 1 atm (nivel del mar) y se presenta una humedad relativa del aire de 0 % (Aire Seco). Aunque depende muy poco de la presión del aire.
La velocidad del sonido depende del tipo de material. Cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos, y en los líquidos es más veloz que en los gases. Esto se debe a que las partículas en los sólidos están más cercanas.
La velocidad del sonido se puede calcular en relación a la temperatura de la siguiente manera:
donde: , es la temperatura en grados Celsius.
Algunas velocidades del sonido que se suelen asumir son:
Medio
elástico Velocidad
(m/s)
Aire
330
Aire
(a 20° C) 340
Agua
1450
Concreto 3100
Ladrillo 3700
Aluminio
5200
Vidrio 5500
EL DECIBELIO.-
Es
la unidad que sirve para comparar dos magnitudes, que pueden ser potencias,
presión sonora, o unidades de electricidad. Como su mismo nombre lo indica, es
la décima parte de un Bell, unidad que nace del cociente de una cantidad de Watt,
watt/ cm2, voltio, pascales, etc y una
cantidad referencial con la cual lo comparamos, la cual se encuentra en la
misma unidad.
En
el caso de la escucha humana, los rangos de intensidad audibles son desde
aproximadamente 10 watts/ cm2 (ó
0.0000000000000001 watt/cm2) para los
sonidos menos audibles, hasta los 10
watts/ cm2 (o 0.0001 watt/cm2), que es Nivel de intensidad (Li) (dB)
Expresado en decibelios, es diez veces el logaritmo en
base 10 del cociente de la intensidad del sonido y la intensidad de referencia
especificada.
I
Li
= 10log
-------
Io
Siendo:
I = valor promedio de la intensidad sonora en
Watt/cm2.
Io = intensidad sonora de referencia, en el aire,
(10 watt / cm2 )
dB
(A)
Unidad
de medida que es usada para medir los niveles de intensidad de ruido teniendo
en cuenta la escucha humana, es decir para sonidos graves como 100Hz, la
intensidad que resulte en dB tiene que estar reducida en 15,5dB para obtener el
dB(A) para los 100Hz del ruido dado, luego se realiza la misma operación para
las siguientes octavas de frecuencias luego se suman cambiando las unidades de
(dB a watios/cm2).
El
factor de ponderación para cada frecuencia es:
Frecuencias Ponderación en dB Frecuencias Ponderación
en dB
Tiempo de reverberación
Es un parámetro utilizado para determinar la reverberación de un determinado recinto.
El tiempo de reverberación es el tiempo que transcurre en un determinado recinto, desde que se produce un determinado sonido, hasta que la intensidad de ese sonido disminuye a una millonésima de su valor original.
El físico Wallace Clement Sabine desarrolló una fórmula para calcular el tiempo de reverberación (TR) de un recinto en el que el material absorbente está distribuido de forma uniforme. Consiste en relacionar el volumen de la sala (V), la superficie del recinto (A) y la absorción total (a) con el tiempo que tarda el sonido en dismuir 60 dB en intensidad, a partir de que se apaga la fuente sonora.
Es un parámetro utilizado para determinar la reverberación de un determinado recinto.
El tiempo de reverberación es el tiempo que transcurre en un determinado recinto, desde que se produce un determinado sonido, hasta que la intensidad de ese sonido disminuye a una millonésima de su valor original.
El físico Wallace Clement Sabine desarrolló una fórmula para calcular el tiempo de reverberación (TR) de un recinto en el que el material absorbente está distribuido de forma uniforme. Consiste en relacionar el volumen de la sala (V), la superficie del recinto (A) y la absorción total (a) con el tiempo que tarda el sonido en dismuir 60 dB en intensidad, a partir de que se apaga la fuente sonora.
La fórmula de Sabine después fue mejorada al introducir un factor de absorción (x) del aire para una determinada temperatura y humedad. Factor que tiene gran importancia si se trata de grandes recintos.
Hay que tener en cuenta que la fórmula de Sabine no es la única, ni es absolutamente fiable. Sólo se trata de una de las fórmulas más utilizadas. Cuando los ingenieros encargados del acondicionamiento acústico la usan, lo hacen sólo a modo de orientación.
Otras de las fórmulas empleadas son la fórmula de Eyring y la fórmula de Millington.
Otras de las fórmulas empleadas son la fórmula de Eyring y la fórmula de Millington.
El tiempo ideal de reverberación
Las aplicaciones o usos que se van a dar a una sala, determinan su tiempo de reverberación ideal. Así, salas con tiempos bajos o "secas" pueden ser aptas para teatro y/o palabra hablada pero poco adecuadas para la audición de música. Al mismo tiempo, diversos géneros de música exigen diferentes tiempos, en general mucho mayores que el considerado óptimo para la palabra. Todo esto hace muy difícil encontrar salas polivalentes, aunque mediante diversas técnicas es posible "afinar" una sala o variar su tiempo de reverberación.
El volumen de una sala determina directamente (junto a otros factores como los materiales de la misma) el tiempo de reverberación. El tiempo óptimo es una función del volumen, y generalmente se prefieren tiempos óptimos mayores cuando las salas son más grandes, y viceversa.
De manera empírica se consideran tiempos óptimos en relación con el uso de una sala, los siguientes:
Las aplicaciones o usos que se van a dar a una sala, determinan su tiempo de reverberación ideal. Así, salas con tiempos bajos o "secas" pueden ser aptas para teatro y/o palabra hablada pero poco adecuadas para la audición de música. Al mismo tiempo, diversos géneros de música exigen diferentes tiempos, en general mucho mayores que el considerado óptimo para la palabra. Todo esto hace muy difícil encontrar salas polivalentes, aunque mediante diversas técnicas es posible "afinar" una sala o variar su tiempo de reverberación.
El volumen de una sala determina directamente (junto a otros factores como los materiales de la misma) el tiempo de reverberación. El tiempo óptimo es una función del volumen, y generalmente se prefieren tiempos óptimos mayores cuando las salas son más grandes, y viceversa.
De manera empírica se consideran tiempos óptimos en relación con el uso de una sala, los siguientes:
En particular, la música sacra requiere valores más altos porque generalmente está asociada a recintos como las catedrales, que suelen ser muy reverberantes.
A continuación un ejemplo de un sonido con diferentes tiempos de reverberación
A continuación un ejemplo de un sonido con diferentes tiempos de reverberación
Sonido seco, sin
reverberación
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Sonido en un ambiente con
0.6 s de TR
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Sonido en un ambiente con
0.8 s de TR
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Sonido en un ambiente con
1.3 s de TR
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Sonido en un ambiente con
2.0 s de TR
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Sonido en un ambiente con
5.0 s de TR
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