Ondas Sonoras Audibles v291n

Universidad Nacional Autónoma de México Colegio de Ciencias y Humanidades Plantel Vallejo

FISICA 2 Investigación “Vibración forzada y resonancia” “Ondas sonoras audibles”

Profesor: Roberto Laguna Luna

Alumno: Jessica Semiramis Reyes Balbuena Grupo 430B

VIBRACION FORZADA Y RESONANCIA Cuando un cuerpo que está vibrando se pone en o con otro, el segundo cuerpo se ve forzado a vibrar con la misma frecuencia que el original. Por ejemplo, si un diapasón es golpeado con un martillo y luego se coloca su base contra la cubierta de una mesa de madera, la intensidad del sonido se incrementará repentinamente. Cuando se separa de la mesa el diapasón, la intensidad disminuye a su nivel original. Las vibraciones de las partículas de la mesa en o con el diapasón se llaman vibraciones forzadas. Los cuerpos elásticos tienen ciertas frecuencias naturales de vibración que son características del material y de las condiciones límite (de frontera). Una cuerda tensa de una longitud definida puede producir sonidos de frecuencias características. Un tubo abierto o cerrado también tiene frecuencias naturales de vibración. Siempre que se aplican a un cuerpo una serie de impulsos periódicos de una frecuencia casi igual a alguna de las frecuencias naturales del cuerpo, éste se pone a vibrar con una amplitud relativamente grande. Este fenómeno se conoce como resonancia o vibración simpática. Un ejemplo de resonancia es el caso de un niño sentado a un columpio. La experiencia indica que la oscilación puede ser puesta en vibración con gran amplitud por medio de una serie de pequeños empujones aplicados a intervalos regulares. La resonancia se producirá únicamente cuando los empujones estén en fase con la frecuencia natural de vibración del columpio. Una ligera variación de los pulsos de entrada dará como resultado una vibración pequeña o incluso ninguna. El refuerzo del sonido por medio de la resonancia tiene múltiples aplicaciones, así como también buen número de consecuencias desagradables. La resonancia en una columna de aire en un tubo de órgano amplifica el débil sonido de una vibración de un chorro de aire vibrante. Muchos instrumentos musicales se diseñan con cavidades resonantes para producir una variedad de sonidos. La resonancia eléctrica en los receptores de radio permite al oyente percibir con claridad las señales débiles. Cuando se sintoniza la frecuencia de la estación elegida, la señal se amplifica por resonancia eléctrica. En auditorios mal diseñados o enormes salas de concierto, la música y las voces pueden tener un sonido profundo que resulta desagradable al oído. Se sabe que los puentes se destruyen debido a vibraciones simpáticas de gran amplitud producidas por ráfagas de viento.

ONDAS SONORAS Las ondas sonoras pueden viajar a través de cualquier medio material con una velocidad que depende de las propiedades del medio. Cuando viajan, las partículas en el medio vibran para producir cambios de densidad y presión a lo largo de la dirección de movimiento de la onda. Estos cambios originan una serie de regiones de alta y baja presión llamadas condensaciones y rarefacciones, respectivamente. Hay tres categorías de ondas mecánicas que abarcan diferentes intervalos de frecuencia.  Los audibles Ondas sonoras que están dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano, de 20 Hz a 20000Hz. Se generan de diversas maneras, con instrumentos musicales, cuerdas vocales humanas y altavoces.  Ondas infrasónicas Son las que tiene frecuencias debajo del intervalo audible. Por ejemplo las ondas producidas por un terremoto.  Ondas ultrasónicas Son aquellas cuya frecuencia está por arriba del intervalo audible por ejemplo pueden generarse al introducir vibraciones en un cristal de cuarzo con un campo eléctrico alterno aplicado. Todas pueden ser longitudinales o transversales en sólidos, aunque solo pueden ser longitudinales en fluidos.

UMBRALES AUDITIVOS

El oído humano no reacciona igual a todas las frecuencias. Respuesta auditiva. Curvas de Wegel. Se observa que la energía sonora necesaria para el comienzo de la sensación es mayor en los extremos, a partir de los cuales aún aumentando mucho la potencia no se alcanza audición. El área de sensación auditiva limita, a niveles de presión sonora bajos, con el umbral de la audición, y a niveles muy altos, con el umbral de malestar, sensación de tacto y dolor. Los límites de frecuencia no están bien definidos, pero aproximadamente se encuentran entre 20 y 20.000 Hz.

Umbral de audición Es el nivel de presión sonora mínimo capaz de provocar una sensación auditiva. El umbral no es un límite preciso, sino que se define para una probabilidad del 50% de que el sonido sea oído. Depende de las características del sonido (tales como la frecuencia e intensidad), de la forma en que se presente al oyente y del punto en el que se mida el nivel de presión sonora (a la entrada del canal auditivo, en campo libre en ausencia del oyente, etc.). Un umbral medido en presencia de ruido se denomina umbral enmascarado y depende del nivel de ruido de fondo y del ancho de banda crítico. Hay que especificar todos los factores anteriores para describir un umbral.

Umbral de sensación sonora Es la intensidad a la que se produce el inicio de sensación (la cantidad mínima de energía sonora capaz de producir en nosotros sensación

auditiva),se encuentra en torno a los 20 m Pa, para una frecuencia de 1000 Hz (para cada frecuencia, el umbral de sensación tomará valores distintos). Este nivel esta tomado como referencia ya que este umbral sufre desplazamientos con la frecuencia, la edad del individuo de los niveles a que haya estado sometido anteriormente. Distinguimos tres tipos de umbrales: Umbral de mínimo campo audible (MAF): Es el nivel de presión sonora del umbral de jóvenes adultos con audición normal, medido en un campo libre, en la posición de la cabeza del oyente, pero en ausencia de éste. Se determina para los tonos puros con el oyente frente a la fuente y escuchando con ambos oídos. Depende de la dirección de llegada del sonido, debido a los efectos de difracción de la cabeza y el oído externo. Umbral de mínima presión audible (MAP): Es el nivel de presión sonora para el umbral de audición en jóvenes adultos con audición normal, medido mediante la presentación del sonido a un oído a través de auriculares. Umbrales de malestar, tacto y dolor: El oyente medio experimenta malestar significativo en un campo libre a niveles de presión sonora por encima de 120 dB. A un nivel de aproximadamente 140 dB, el malestar alcanza el punto de dolor. La gran amplitud del movimiento del tímpano y de los componentes del oído medio a niveles de presión sonora próximos a 130 dB producen a menudo una sensación táctil o de cosquilleo.

EL DECIBEL Equivale a la décima parte de un bel. Una unidad de referencia para medir la potencia de una señal o la intensidad de un sonido. El nombre bel viene del físico norteamericano Alexander Graham Bell (1847-1922). El decibel es una unidad relativa de una señal, tal como la potencia, voltaje, etc. Los logaritmos son muy usados debido a que la señal en decibeles (dB) puede ser fácilmente sumada o restada y también por la razón de que el oído humano responde naturalmente a niveles de señal en una forma aproximadamente logarítmica.