Fenómenos acústicos Hemos definido el sonido como una onda mecánica longitudinal que se propaga a través de un medio elástico, la cual es amplia y no restringe la frecuencia del sonido, pero como éstas ondas afectan el aparato auditivo, es importante conocer el espectro del sonido basándose en las siguientes definiciones:
Sonido audible Son las ondas sonoras en el intervalo de 20 A 20 000 Hz.
Ondas infrasónicas Son las ondas sonoras cuyas frecuencias están por debajo de la gama audible. Son producidas ordinariamente por grandes centros emisores, por ejemplo, las ondas de los temblores. Ondas ultrasónicas Son ondas sonoras que tienen frecuencias por arriba del intervalo audible. Es posible producirlas por vibraciones elásticas de un cristal de cuarzo, inducidas por resonancia al aplicar un campo eléctrico alterno (efecto piezoeléctrico). Es posible producir ondas de frecuencia ultrasónica hasta 6 x 10 8 ciclos /s. Donde λ = 5 x 10-5 cm. Igual que la longitud de onda de la luz visible. Las ondas que son aproximadamente periódicas o que consisten en pequeños números de componentes aproximadamente periódicas dan lugar a una sensación agradable, como por ejemplo, los sonidos musicales. Los sonidos que corresponden a formas de ondas muy irregulares se perciben como ruido. El ruido se puede representar como una superposición de ondas periódicas, donde el número de componentes es muy grande.
Reflexión del sonido Este fenómeno físico se produce cuando las ondas sonoras que se propagan encuentran una superficie dura y se reflejan. El eco, es una repetición del sonido causado por su reflexión. Resonancia Este fenómeno físico se presenta cuando un cuerpo vibra y pone en vibración a otro cuerpo cercano con la misma frecuencia.
Reverberación Este fenómeno se manifiesta como una persistencia de un sonido dentro de un local después de haber desaparecido la causa. Cualidades del sonido ( propiedades físicas): Intensidad Es la potencia transferida por una onda sonora, a través de la unidad de área normal a la dirección de propagación. Esta cualidad determina si un sonido es fuerte o débil, la intensidad depende de la amplitud de una onda, ya que a medida que ésta aumenta, la intensidad también aumenta y a la distancia que existe entre la fuente sonora y el oyente, pues a mayor distancia, menor intensidad, es decir:
I =
P A
donde: P = potencia ( W) A = área normal a la dirección de propagación ( m 2 ) I = intensidad ( W / m2 )
Sabemos que: un watt = 1 joule /s y 1 µ w = 10 −6 watt. En términos de frecuencia f y la amplitud A de una onda sonora, la intensidad del sonido es: I = 2π 2 f 2 A 2 ρv
donde :
I = intensidad del sonido (WATT / cm2) ( µ w / cm2) (WATT / m2) f = la frecuencia (Hz). A = amplitud de la onda sonora (m ó cm) ρ = densidad del medio de propagación ( gr/ cm 3 ) ( kg / m3 ) v = velocidad del sonido en el medio ( m/s ) ( cm /s ).
El sonido apenas perceptible por el oído humano es el orden de 10 -16 W / cm2, ésta intensidad se conoce como el umbral de audición. Ha sido adoptada por los expertos en acústica como el cero en la intensidad del sonido. Umbral de audición. Representa el cero estándar de la intensidad del sonido. Su valor es de 10-10 µ W / cm2, es de una frecuencia de 1000 Hz. Es decir: I0 = 10-10 µ W / cm2 = 10-16 W / cm2 El oído humano es capaz de percibir un enorme intervalo de intensidades del sonido. Se extiende desde el umbral de audición hasta una intensidad desde 12 veces mayor, que se conoce como umbral de dolor.
10
Umbral de dolor Representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin sentir dolor. Su valor es de 100 µ W / cm2 ó 10 W / cm2
–4
W / cm2; es decir : ID = 100 µ W / cm2 = 10-4
Como se puede observar, existe un amplio intervalo de intensidades al que el oído humano es sensible, por lo que es conveniente establecer una escala logarítmica para medir las intensidades del sonido, mediante la siguiente regla:
Cuando la intensidad I1, de un sonido es diez veces mayor que la intensidad I2 de otro, se dice que la intensidad es 1 Bel (B).
Matemáticamente :
B = log
I1 I2
donde : B = diferencia en los niveles de intensidad ( Bel )
I 1 = intensidad del sonido I 2 = intensidad del sonido
( W / cm2 ) ( µW / cm2 ) ( W / m2 ) ( W / cm2 ) ( µW / cm2 ) ( W / m2 )
En la práctica para obtener una unidad más útil que un Bel que resulta muy grande, se ha definido al decibel (dB) como la décima parte de un Bel, entonces si empleamos a la intensidad I0 como patrón para comparar todas las intensidades, se ha establecido una escala general para determinar cualquier sonido, es decir:
β =10 log
I Io
donde:
β = Nivel de intensidad (dB) I = Intensidad de cualquier sonido ( W / cm2 ) ( µW / cm2 ) ( W / m2 ) I0 = Intensidad en el umbral de audición ( 10 -16 W / cm² ) Tono Depende de la frecuencia del movimiento vibratorio del instrumento que lo produce. A mayor frecuencia, el sonido es más bajo o grave. Timbre Es la cualidad que permite identificar al instrumento que produce un sonido, debido a la frecuencia.
Niveles de intensidad de algunos sonidos más comunes. SONIDO Umbral de audición Susurro de las hojas Cuchicheo Radio a bajo volumen Conversación normal Esquina de calle transitada Transporte subterráneo (metro) Umbral de dolor Motor a propulsión
NIVEL DE INTENSIDAD (d B) 0 10 20 40 65 80 100 120 140 A 160
Nota: La relación de intensidades (o de potencia) del sonido se llama Bel, en honor de Alexander Graham Bel, el inventor del teléfono eléctrico.