COMO ACTUAN UNAS ONDAS LONGITUDINALES DE SONIDO.doc

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Debido a éste extenso rango de audición sensible al oído humano, la intensidad del sonido se mide en una escala logarítmica denominada escala decibélica (dB). En ésta escala el nivel de intensidad β de un sonido de intensidad I es:

[pic 11], (4.10)

Donde, Io= 10-12 W/m2

4.6 LAS CUALIDADES DEL SONIDO

Según la forma que el oído humano distingue los sonidos, podemos diferenciar 4 cualidades del sonido: ALTURA (Sonidos Graves ó Agudos), DURACIÓN (Sonidos Cortos o Largos), INTENSIDAD (Sonidos Suaves ó Fuertes) y TIMBRE (Sonidos producidos por voces ó instrumentos).

LA ALTURA O TONO: La Altura está determinada por la frecuencia de vibración de la fuente sonora. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz) = Nº de vibraciones o Ciclos por segundo. La Altura nos permite distinguir entre sonidos: Graves (bajas frecuencias) y Agudos (altas frecuencias)

LA DURACION: Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. La Duración nos permite distinguir entre: Sonidos Cortos: Tiene poca Persistencia y Sonidos Largos: Tiene mucha persistencia

LA INTENSIDAD: La intensidad o el volumen es la cualidad que nos permite clasificar los sonidos en fuertes o débiles y está relacionada directamente con la magnitud física “Intensidad de la onda” que es la cantidad de energía que transporta la onda por unidad de superficie y unidad de tiempo.

EL TIMBRE: Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. Por ejemplo, no suena lo mismo un clarinete que un piano aunque interpreten la misma melodía.

4.7 EFECTO DOOPLER

Si la fuente de sonido y el oyente (observador) se encuentran en movimiento relativo entre si, la frecuencia del sonido que percibe el observador será diferente a la frecuencia emitida por la fuente, debido a que las longitudes de onda correspondientes son diferentes. Esto se conoce como Efecto Doopler, ver fig.4.4

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[pic 12]

La relación entre la frecuencia que percibe el observador y la frecuencia a la cual emite la fuente es la siguiente:

[pic 13], (4.11)

Donde,

vs, es la velocidad del sonido,

vo, es la velocidad del observador,

vF, es la velocidad de la fuente,

fo, es la frecuencia que percibe el observador, y

fF, es la frecuencia de emisión de la fuente.

En la ecuación (4.11), usamos los signos positivos para las velocidades vo y vF, para los casos de acercamiento neto entre el observador y la fuente y negativos, para los casos de alejamiento neto.

4.8 ELSONIDO Y LA AUDICIÓN HUMANA

El sistema auditivo humano es el encargado de convertir las variaciones de presión provocadas por las ondas sonoras que llegan hasta los oídos, en señales nerviosas que son interpretadas por el cerebro.

El oído externo está constituido por el pabellón auditivo (oreja), el conducto auditivo y el tímpano. Su forma de “cono” le permite concentrar la presión sonora sobre el tímpano, que es la membrana que separa el oído externo del oído medio.

El oído medio está comprendido entre el tímpano y la ventana oval, la cual lo comunica con el oído interno. Además se comunica con la garganta a través de la trompa de Eustaquio. El oído medio contiene los osículos (martíllo, yunque y estribo) cuya función es propagar (filtrando, amplificando o amortiguando) las oscilaciones del tímpano hasta la ventana oval. Para ello se valen de dos músculos (el tensor del tímpano y el estapedius) que controlan el movimiento de los osículos para evitar la transmisión de sonidos demasiado intensos que pudiesen dañar el oído interno. Cuando un sonido demasiado estridente llega hasta nuestros oídos, los músculos del oído medio amortiguan el movimiento de los osículos y reducen así la amplitud de las oscilaciones. Desafortunadamente no responden instantáneamente (y por ello no pueden amortiguar sonidos de muy corta duración como en una explosión) y además se fatigan rápidamente. Por eso no es recomendable estar expuesto a una fuente de sonido muy fuerte durante un largo periodo de tiempo.

El oído interno recibe las ondas sonoras que le llegan a través del oído medio pero también directamente de las oscilaciones de los huesos del cráneo. La transmisión ósea es la responsable de que escuchemos nuestra voz con un timbre distinto al que escucha el resto de las personas.

[pic 14]

[pic 15]

Las características del oído humano (Fig. 4.5) limitan la percepción del sonido. Sólo las ondas sonoras con frecuencias entre 20 Hz y 20 kHz desencadenan impulsos nerviosos que el cerebro interpreta como sonido. El intervalo de frecuencias captado se denomina región audible del espectro de frecuencias del sonido.

Las frecuencias menores de 20 Hz se encuentran en la región infrasónica. Las ondas en esta región que los humanos no pueden oír, se encuentran en la naturaleza. Las ondas longitudinales generadas por sismos tienen frecuencias infra sónicas. Los elefantes y el ganado tienen respuesta auditiva en la región infra sónica y pueden incluso dar aviso preventivo de sismos y perturbaciones del tiempo.

Superando los 20 kHz se encuentra la región ultrasónica. Las ondas ultrasónicas, o ultrasonido, no pueden ser detectadas por los seres humanos, pero pueden serlo por otros animales. La región audible para los perros se extiende a cerca de 45 kHz. Los gatos y murciélagos tienen rangos audibles aún mayores, hasta aproximadamente 70 y 100 kHz respectivamente.

4.9 PROBLEMAS PROPUESTOS

- ¿En qué tiempo se escuchará el sonido del estruendo de una bala en un día de sol a 30°C, si el observador se encuentra a 698 m del lugar del disparo?

2. Los murciélagos emiten ondas ultrasónicas de una frecuencia de 105 Hz. ¿Cuál es la longitud de onda, en cm, de una de estas ondas en el aire a 30°C?

3. Un observador percibe dos sonidos provenientes de dos fuentes puntuales