Autor: Marian Salazar
Roman Suarez Yormar Diaz
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Propagación del sonido
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Medios de Propagación
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Características
de
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la ………………………
propagación del sonido
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Velocidad de propagación ……………………… de la onda sonora En que forma se propaga
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………………………
el sonido en el aire? Factor de directividad
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Indice de directividad
………………………
Factor de directividad Q
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Propagación Del Sonido El sonido se propaga a través del hilo
El sonido se propaga de un lugar
que une los dos vasos de plástico
a otro, pero siempre lo hace a
cuando está tenso, y permite que los
través de un medio material,
niños se comuniquen a distancia
como el aire, el agua o la madera. En el vacío, el sonido no puede propagarse, porque no hay medio natural. En el aire el sonido viaja a una velocidad de 340m. por segundo. El sonido se propaga en línea recta y en todas las direcciones. Puede
reflejarse
objetos;
en
entonces,
algunos
parte
del
sonido vuelve al lugar del que procede. llama eco.
Este
fenómeno
se
Medios de propagación El
sonido
se
propaga
a
través
del medio (aire, agua, tierra).Este debe ser elástico y no vacío, para que las partículas microscópicas
que
forman
la
materia
respondan a las variaciones de presión que< produce el sonido, lo cual se traduce en choques entre estas partículas del medio. Según sean dichos choques, así será la propagación. Los choques dependerán de dos cosas: por un lado, de las características del sonido en la fuente (intensidad y frecuencia); lo más lógico es que cuanta más intensidad tenga al sonido
en lafuente, más fuertes serán los choques y más presión sonora será detectable. Por otro lado, según sea el medio y las partículas que lo constituyan, el sonido viajará a una velocidad u otra (cuanto más cerca estén las partículas, más rápido chocarán, y por tanto, mayor velocidad de propagación tendrá el sonido).
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También hay que tener en cuenta que el medio no es perfectamente homogéneo, y que puede ir cambiando según el espacio (puede pasar por distintos medios, agua, aire, ladrillo…, e incluso dentro de cada uno de éstos, habrá distintos tipos).
El medio responde a la propagación de las ondas interaccionando sobre ellas, variando su velocidad, introduciendo atenuaciones en el camino de propagación y caracterizando este en función de sus propiedades de absorción y difracción, refracción y difusión.
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Una oscilación que se
propaga en un medio (con velocidad
finita)
recibe
el
nombre de onda. Dependiendo de la relación que exista entre el sentido de la oscilación y el de la propagación, hablamos de
ondas
longitudinales,
transversales, de torsión, etc. En el aire el sonido se propaga en forma de ondas longitudinales, es decir, el sentido de la oscilación coincide con el de la Medio
propagación de la onda.
Podemos definir a un medio como un conjunto de osciladores capaces de entrar en vibración por la acción de una fuerza. Cuando hablemos de un medio, nos estaremos refiriendo al aire. Esto se debe nuevamente a razones prácticas, en la medida en que el aire es el medio más usual en el que se realiza la propagación del sonido
en los actos comunicativos por medio de sistemas acústicos entre seres humanos, ya sea mediante el habla o la música.
Para que una onda sonora se propague en un medio,
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éste debe cumplir como mínimo tres condiciones fundamentales: ser elástico, tener masa e inercia. Las ondas sonoras no se propagan en el vacío, pero hay otras ondas, como las electromagnéticas, que sí lo hacen. El aire en tanto medio posee además otras características relevantes para la propagación del sonido: la propagación es lineal, que quiere decir que diferentes ondas sonoras (sonidos) pueden propagarse por el mismo espacio al mismo tiempo sin afectarse mutuamente. es un medio no dispersivo, por lo que las ondas se propagan a la misma velocidad independientemente de su frecuencia o
amplitud. es también un medio homogéneo, de manera que el sonido se propaga esféricamente, es decir, en todas las direcciones, generando lo que se denomina un campo sonoro.
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Si el cuerpo que genera la oscilación
realiza
un
movimiento armónico simple, las variaciones de la presión en al aire pueden representarse por
medio
de
una
onda
sinusoidal. Por el contrario, si el cuerpo realiza un movimiento complejo, las variaciones de presión
sonora
deberán
representarse por medio de
una forma de onda igual a la resultante de la proyección en
Variaciones de presión en el aire (condensación y rarefacción) en el caso de un movimiento armónico simple. Los puntos representan las moléculas de aire.
el tiempo del movimiento del cuerpo. La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. En el caso de un gas (como el aire) es directamente proporcional a su temperatura específica y
a su presión estática e inversamente proporcional a su densidad. Dado que si varía la presión, varía también la densidad del gas, la velocidad de propagación permanece constante ante los cambios de presión o densidad del medio.
Pero la velocidad del sonido sí varía ante los
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cambios de temperatura del aire (medio). Cuanto mayor es la temperatura del aire mayor es la velocidad de propagación. La velocidad del sonido en el aire aumenta 0,6 m/s por cada 1º C de aumento en la temperatura. La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 344 m/s a 20º C de temperatura, lo que equivale a unos 1.200 km/h (1.238,4 km/h, para ser precisos). Es decir que necesita unos 3 s para recorrer 1 km. (Como posible referencia recordemos que la velocidad de la luz es de 300.000 km/s.) El sonido se propaga a diferentes velocidades en medios de distinta
densidad. En general, se propaga a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases (como el aire). La velocidad de propagación del sonido es, por ejemplo, de unos 1.440 m/s en el agua y de unos 5.000 m/s en el acero.
¿En qué forma se propaga el sonido en el aire?
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En primer lugar estudiaremos las dos formas en que podría propagarse el sonido: ondas
o tal vez partículas. Las partículas se pueden imaginar como
pelotas microscópicas, perfectamente elásticas, emitidas por el foco sonoro y que se desplazan como balas de goma de una hipotética ametralladora. Rebotan en las superficies lisas y se comportan, en cierto modo, de forma convencional. Cuando llegan a nuestros tímpanos. los golpean produciendo la sensación de sonido. Así llegan a la Tierra las partículas materiales emitidas por el Sol: pueden desplazarse por el espacio vacío (una región de espacio del que se ha extraído el aire), conservando su identidad.
Pero como el sonido no se transmite por el vacío. Además pasa a través de paredes e incluso viaja largas distancia por metales, debemos concluir que la naturaleza del sonido no es la propia de las partículas.
La otra forma de transmisión es por medio de ondas.
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Consisten éstas, como se verá más adelante, en movimientos periódicos del medio material por el que se propagan. Dependiendo de la dirección en que oscile el medio las ondas se clasifican en transversales y longitudinales. La forma en que se propaga una onda es un poco misteriosa. Podemos fabricar una onda transversal dando una sacudida seca en una cuerda tensa.
La deformación que producimos por medio de la sacudida (paquete de ondas), se propaga a lo largo de la cuerda sin que el material que forma la cuerda se desplace. Cada punto de la cuerda oscila simplemente en torno al punto de equilibrio Ocurre lo mismo si producimos ondas "sinuosoidales" viajeras en una cuerda muy larga. Éstas se forman desplazando verticalmente el extremo de la cuerda hacia arriba y abajo, con un movimiento oscilatorio uniforme, y se desplazan con velocidad constante a lo largo de la cuerda.
Si pintamos una señal roja en un punto de la cuerda
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vibrante veremos como el punto oscila hacia arriba y abajo, sin desplazarse a lo largo de la misma.
Si señalamos otro punto con una señal verde, veremos que ambos oscilan de la misma forma, pero retrasándose una respecto de la otra: sus
movimientos son desfasados. Lo importante de este experimento es poner de manifiesto que las ondas se desplazan a lo largo de la cuerda, desde un extremo a otro; para que esto ocurra, la cuerda se mueve de arriba a abajo, sin
desplazarse en la dirección de la propagación. Es decir, los puntos de la cuerda sólo realizan movimientos oscilatorios en dirección transversal a la misma. Por ello esta forma de onda se llama transversal. La distancia entre la posición extrema y de reposo del punto rojo se llama amplitud de movimiento. La distancia entre dos máximos consecutivos de la cuerda recibe el nombre de longitud de onda.
10 La directividad es un fenómeno característico de las ondas sonoras que expresa el nivel de presión sonora en función del ángulo de radiación. Es un parámetro que se usa en el diseño de antenas como en el de los transductores electroacústicos. En acústica, la
directividad de una antena se define como la relación entre la densidad de potencia radiada en una dirección, a una distancia, y la densidad de potencia que radiaría a la misma distancia una antena isotrópica, a igualdad de potencia total radiada en una dirección. Los
diagramas
polares
son
ampliamente utilizados para generar en el usuario una idea rápida acerca del comportamiento de un transductor con respecto a la direccionalidad del mismo; esto es usual especialmente cuando se trabaja con ellos en espacios abiertos o con superficies reflejantes ubicadas a una gran distancia en relación a la fuente.
Diagrama Polar
En este sentido, el cálculo de la potencia total
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radiada se hace para cada frecuencia y se expresa a través de un número que indica el grado de directividad sin
recurrir al diagrama polar para identificar el mismo. Este valor se conoce como factor de directividad o, cuando es referenciado en dB se lo llama índice de directividad. Índice de directividad DI: La expresión matemática del índice de directividad está dada por la siguiente fórmula:
Los valores positivos del índice de directividad, en el caso de que existan, denotan una ganancia de intensidad de la fuente respecto de la intensidad isótropa, mientras que valores negativos indican pérdidas. El índice de directividad esta siempre en función de la frecuencia. Estos datos suelen ser reflejados en un diagrama polar.
Factor de directividad Q:
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El factor de directividad de un transductor es el cociente entre el cuadrado de la presión sonora; a una distancia fija y en una dirección específica, y el promedio de los cuadrados de las presiones en todas las direcciones medidas a la misma distancia. Un aspecto importante que se relaciona con estos dos conceptos es el ángulo de cobertura CL el cual se define como el ángulo que se crea entre dos puntos ubicados a ambos lados del eje central de radiación del altavoz y, donde el nivel de presión sonora disminuye en promedio 6 dB. Ahora bien, el factor de directividad Q también se muestra a través de diagramas polares e isobáricos que relacionan su valor y el ángulo de cobertura de un altavoz para diferentes frecuencias.
Factores de directividad con CL=100°.