SONIDO

LAS ONDAS SONORAS en un medio material como el aire, el agua o el acero son ondas de compreion. Cuando las compresiones y rarefacciones de las ondas inciden sobre el timpano del oido, dan como resultado la sensacion de sonido, siempre y cuando la frecuencia de las ondas este entre los 20 Hz y los 20,000 Hz. Las ondas con frecuencias superiores a los 20 kHz se llaman ondas ultrasonicas. Aquellas con frecuencias superiores a los 20 Hz se conocen como infresonicas.

ECUACIONES PARA CALCULAR LA RAPIDEZ DEL SONIDO: En un gas ideal de masa molecular M y temperatura absoluta T, la rapidez del sonido v se puede calcular con:

donde R es la constante de los gases, y el signo griego fi es la razon de los calores especificos cp/cv . fi tiene un valor de aproximadamente 1.67 para los gases monoatomicos (he, Ne, Ar), y de aproximadamente 1.40 para los gases diatomicos (N2, O2, H2).

La rapidez de las ondas de compresion en un medio material esta dada por:

Si el material tiene la forma de una barra, se usa el modulo de Young Y . En los liquidos se debe utilizar el modulo volumetrico de elasticidad

LA RAPIDEZ DEL SONIDO EN EL AIRE a 0 grados centigrados es de 331 m/s. La rapidez se incrementa con la temperatura por un factor de aproximadamente 0.61 m/s por cada grado centigrado que aumente. En particular, la relacion que existe entre la rapidez v1 y la rapidez v2 a temperaturas T1 y T2 respectivamente es:

La rapidez del sonido no depende de la presion, la frecuencia y la longitud de onda.

LA INTENSIDAD (l) de una onda sonora es la potencia transportada por una onda a traves de un area unitaria perpendicular a la direccion de propagacion de la onda. Suponga que en un tiempo t una cantidad de enegia E atraviesa el area A la cual es perpendicular a la direccion de propagacion de la onda. Entonces:

Si f esta en Hz, p en Kg/m3, v en m/s y ao (el desplazamiento maximo de los atomos o moleculas del medio) en m, entonces I esta en W/m2.

LA INTENSIDAD ACUSTICA es una medida de la percepcion del sonido por el oido humano. Aunque una onda sonora de alta intensidad se percibe con mayor estrepito que una onda con menor intensidad, su relacion esta muy lejos de ser lineal. La sensacion de sonido es mas o menos proporcional al logaritmo de la intensidad sonora. Pero la relacion exacta en sensacion auditiva o intensidad es muy compleja y ademas diferente para cada individuo.

EL NIVEL DE INTENSIDAD (O VOLUMEN SONORO) (B) se defini con una escala arbitraria que corresponde aproximadamente a la sensacion de sonoridad. El cero en esta escala se toma en la intensidad de una onda sonora Io = 1.00 x 10 a la menos 12 W/m2, que corresponde al sonido audible mas debil. La definicion de la escala, en decibeles, es:

El decibel (dB) es una unidad adimensional. El oido normal puede distinguir entre intensidades que difieren aproximadamente en 1 dB.

PULSACIONES (O BATIDOS): Las alteraciones que se producen en los maximos y minimos de la intensidad del sonido debidas a la superposicion de dos ondas sonoras con frecuencias ligeramente diferentes se llaman pulsaciones. El numero de pulsaciones por segundo es igual a la diferencia entre las frecuencias de las dos ondas sonoras que se combinaron.

EFECTO DOPPLER: Suponga que una fuente sonora emite un sonido de frecuencia fs. Sea v la rapidez del sonido y vs la rapidez con la cual la fuente se aproxima a un observador, relativa al medio de propagacion del sonido. Suponga ademas que el observador se dirige hacia la fuente con una rapidez vo, tambien medida respecto al medio. El observador oira un sonido de frecuencia fo dada por:

Si tanto el observador como la fuente se alejan el uno del otro, el signo de la rapidez respectiva en la ecuacion se debe cambiar. Y si la fuente y el observador se acercan entre si, el individuo percibira mas ondas por segundp que cuando ambos se encuentran en reposo. Esto ocasiona que el oido escuche una frecuencia mas alta que la emitida por la fuente. Cuando los dos se apartan entre si, ocurre lo contrario: la frecuencia percibida es mas baja. Como v + vo es la velocidad relativa de la onda respecto al observador, y v - vs es la velocidad relativa de la onda con respecto a la fuente, una formula alterna es:

EFECTOS DE INTERFERENCIA: Dos ondas de la misma frecuencia y amplitud pueden dar origen a efectos de interferencia facilmente observables en un punto por el cual pasan ambas. Si la cresta de una onda coincide con la cresta de la otra, se dice que las ondas estan en fase. En este caso, ellas se refuerzan entre si y ocasionan una intesidad mas alta en ese punto. Por otra parte, si la cresta de una onda coincide con el valle de la otra, las dos ondas se canceleran entre si. No se escuchara sonido alguno en ese punto. Decimos que las ondas estan 180 grados (media longitud de onda) fuera de fase. Se observan efectos inmediatos si las ondas no estan en fase ni 180 grados fuera de fase, pero tendran una relacion de fase fija en algun punto intermedio.