EL SONIDO
En física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.
El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que producen oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión.1 En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.
La audición constituye los procesos psico-fisiológicos que proporcionan al ser humano la capacidad de oír. (Dr. FLORES BALSECACECIL , 2014)
AUDICIÓN
El proceso de la audición humana implica: procesos fisiológicos, donde el oído capta el sonido y lo envía al cerebelo, y procesos psicológicos, donde los nervios auditivos y el cerebro conforman lo que se conoce como percepción sonora. La psicoacústica estudia la percepción del sonido desde la psicología. (SAMANIEGO, SEPARATAS DE BIOFISICA, 2017)
ONDA SONORA
Es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasi periódica. Mecánicamente las ondas sonoras son un tipo de onda elástica.
Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a las que se encuentren en su vecindad, provocando un movimiento en cadena. Esa propagación del movimiento de las moléculas del medio, producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.
VELOCIDAD DEL SONIDO:
(depende del medio en que se propague)
Aire: 340 m/s
Agua:1460 m/s.
Acero:5941 m/s
Variación de la velocidad del sonido con la temperatura
La velocidad del sonido en un gas no es constante, sino que depende de la temperatura. De la ecuación de un gas ideal pV=nRT, o bien ;
M es el peso molecular del gas que contiene el tubo (aire). M=28.9 g/mol, g =1.4 y R=8.314 J/(ºK mol).
La fórmula de la velocidad del sonido queda finalmente en función de la temperatura t del gas en grados centígrados. (FLORES BALSECA CECIL., SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
LA ENERGÍA SONORA (o energía acústica)
Es la energía que transmiten o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía vibraciones del foco sonoro y se propaga a las partículas del medio que atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de las partículas), y de energía potencial (cambios de presión producidos en dicho medio, o presión sonora). Al irse propagando el sonido a través del medio, la energía se transmite a la velocidad de la onda, pero una parte de la energía sonora se disipa en forma de energía térmica. La energía acústica suele tener valores absolutos bajos, y su unidad de medida es el julio (J). Aunque puede calcularse a partir de otras magnitudes como la intensidad sonora, también se pueden calcular otras magnitudes relacionadas, como la densidad o el flujo de energía acústica. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
ELEMENTOS DE UNA ONDA
Son los siguientes: la cresta, el valle, la longitud de onda y la amplitud.
ü LA CRESTA (C)
Es el punto que ocupa la posición más alta en una onda.
ü VALLE (V)
Es el punto más bajo de la onda.
ü LONGACIÓN
Es la distancia comprendida entre la posición de equilibrio de un punto en oscilación y la posición donde se encuentra un objeto en un instante determinado.
ü LA AMPLITUD
Cuando se mantiene tensa una cuerda que está sujeta por el otro extremo, esta cuerda está en equilibrio. Si se le comunica un impulso hacia arriba, se produce una onda, porque se origina una separación en la parte que está más próxima a sus manos. La preparación entre su posición de equilibrio y su máxima altura es la amplitud (A).
ü LA LONGITUD
La distancia entre dos crestas consecutivas de una misma onda entre dos valles consecutivos; generalmente, la longitud de onda se considera como la distancia entre dos puntos que están en el mismo estado de vibración.
ü ONDA COMPLETA
Es cuando todo el punto de oscilación ha tomado todo los valores positivos y negativos.
ü EL PERÍODO
Cuando producimos ondas en sucesivos impulsos hacia arriba y hacia abajo, las ondas formadas viajan. El tiempo que se toma una onda en pasar por un punto del medio material perturbado es lo que constituye el período. Se designa por P.
ü LA FRECUENCIA
Si por el contrario controlamos el número de ondas que pasan por un punto la unidad de tiempo, entonces nos referimos a la frecuencia. Se designa por F. (FLORES BALSECA CECIL., SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
EL MOVIMIENTO ONDULATORIO
Se mide por la frecuencia, es decir, por el número de ciclos u oscilaciones que tiene por segundo. La unidad de frecuencia es el Hertz (Hz), que equivale a un ciclo por segundo.
Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación.
Algunas clases de ondas precisan para propagarse de la existencia de un medio material que haga el papel de soporte de la perturbación; se denominan genéricamente ondas mecánicas. El sonido, las ondas que se forman en la superficie del agua, las ondas en cuerdas son algunos ejemplos de ondas mecánicas y corresponden a compresiones, deformaciones y, en general, a perturbaciones del medio que se propagan a través suyo. Sin embargo, existen ondas que pueden propasarse aun en ausencia de medio material, es decir, en el vacío. Son las ondas electromagnéticas o campos electromagnéticos viajeros; a esta segunda categoría pertenecen las ondas luminosas.
Independientemente de esta diferenciación, existen ciertas características que son comunes a todas las ondas, cualquiera que sea su naturaleza, y que en conjunto definen el llamado comportamiento ondulatorio, El tipo de movimiento característico de las ondas se denomina movimiento ondulatorio. Su propiedad esencial es que no implica un transporte de materia de un punto a otro. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
Las partículas constituyentes del medio se desplazan relativamente poco respecto de su posición de equilibrio. Lo que avanza y progresa no son ellas, sino la perturbación que transmiten unas a otras. El movimiento ondulatorio supone únicamente un transporte de energía y de cantidad de movimiento. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
CLASIFICACIÓN DE LAS ONDAS
Pueden ser clasificadas de distintas formas, dependiendo de los factores que se tengan en cuenta para hacerlo:
• EN FUNCIÓN DEL MEDIO DE PROPAGACIÓN
Mecánicas (medio material): las ondas mecánicas necesitan un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso) para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo, una onda se propaga a través de ella. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.
No mecánicas (medio no material): son aquellas que no necesitan de un medio elástico, se propagan por el vacío. Dentro de estas ondas se encuentran las electromagnéticas.
En función de su propagación
ESCALARES: es una magnitud, sin dirección ni sentido. Por ejemplo, la presión en un gas, o la onda emitida por las partículas elementales del átomo.
Vectoriales: la magnitud tiene una dirección y un sentido.
ONDAS LONGITUDINALES: el movimiento de las partículas que transporta la onda es paralelo a la dirección de propagación de la misma. Por ejemplo, el sonido.
ONDAS TRANSVERSALES: las partículas se mueven perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Por ejemplo, las ondas electromagnéticas (son ondas transversales perpendiculares entre sí).
En función de su periodicidad
ONDAS PERIÓDICAS: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda sinodal.
ONDAS NO PERIÓDICAS: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas se denominan también pulsos. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
CUALIDADES DEL SONIDO
Desde el punto de vista de la percepción del sonido por el ser humano los sonidos se caracterizan por su intensidad, tono y timbre.
ü 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.
ü Tono
El tono es una cualidad del sonido que nos permite clasificar los sonidos en altos y graves y está relacionada directamente con la magnitud física “frecuencia”. Los sonidos graves son los de frecuencia baja y los sonidos altos son los de gran frecuencia.
ü Timbre
El timbre nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y la misma frecuencia. Por ejemplo nos permite distinguir el sonido de una trompeta y un violín aunque emitan la misma nota con la misma intensidad.
En general, los sonidos no son de una sola frecuencia, los sonidos suelen tener una onda principal que va acompañada de otras ondas de menor amplitud llamadas armónicos cuya frecuencia es múltiplo de la onda principal; la suma de esas ondas da lugar a una onda que tiene una forma determinada. El timbre está
relacionado con la forma de la onda.
A continuación, puedes ver dos representaciones de ondas de la misma frecuencia principal pero que se diferencian por su forma, es decir se diferencian en los armónicos y por ello si los escucháramos podríamos distinguir los dos sonidos, pues tienen distinto timbre. (FLORES BALSECA CECIL., SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
PROPIEDADES DEL SONIDO
REFLEXIÓN Y REFRACCIÓN DEL SONIDO
La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal forma que regresa al medio inicial.
Cuando una onda sonora golpea una superficie plana es reflejada de manera coherente asumiendo que el tamaño de la superficie reflectiva es lo suficientemente larga con relación a la longitud de la onda que incide.
Si tomamos en cuenta que las ondas del sonido audible tienen un amplio rango de frecuencias (de 20 Hz hasta 20000 Hz), al igual que la longitud de onda. Se obtiene que la naturaleza en general, así como el comportamiento del fenómeno de reflexión varía de acuerdo con la estructura y la textura de las superficies de reflexión; por ejemplo, una superficie porosa tiende a absorber grandes cantidades de energía, mientras que una superficie áspera reflejará las ondas en todas direcciones dispersando la energía de la onda, en lugar de reflejar el sonido en forma coherente. Esto nos lleva al campo de la acústica arquitectónica, porque la naturaleza de estas reflexiones son críticas para la sensación del espacio en un auditorio.
Una aplicación de este fenómeno sonoro se utiliza para la fabricación de los sonar que incluyen algunos barcos para medir la profundidad del mar. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
El sonar es un ejemplo de reflexión sonora
La Refracción es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro.
Este se origina por el cambio de velocidad que experimenta dicha onda.
A diferencia de lo que ocurre en el fenómeno de la reflexión, en la refracción, el ángulo de refracción ya no es igual al de incidencia. La refracción también puede producirse dentro de un mismo medio, cuando las características de este son homogéneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un medio aumenta o disminuye la temperatura.
Ejemplo: Sobre una superficie nevada, el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias.
Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
LA VOZ HUMANA
Consiste en un sonido emitido por un ser humano usando las cuerdas vocales. Para hablar, cantar, reír, llorar, gritar, etc. La voz humana es específicamente la parte de la producción de sonido humano en la que las cuerdas vocales son la fuente primaria de sonido. Hablando de forma general, la voz se puede dividir en: pulmones, cuerdas vocales y 'articuladores'. Los pulmones deben producir un flujo de aire adecuado para que las cuerdas vocales vibren (el aire es el combustible de la voz). Las cuerdas vocales son los vibradores, unidades neuromusculares que realizan un 'ajuste fino' de tono y timbre. Los articuladores (tracto vocal) consisten en lengua, paladar, mejilla, labios, etc. Articulan y filtran el sonido. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
Las cuerdas vocales, en combinación con los articulares, son capaces de producir grandes rangos de sonidos.1 2 3 El tono de la voz se puede modular para sugerir emociones tales como ira, sorpresa, o felicidad.4 5 Los cantantes usan la voz (música) humana como un instrumento para crear música. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
Las voces humanas se dividen en dos grupos:
Voces de mujer o de niño, también llamadas voces blancas; y voces de hombre. Las voces se clasifican por su timbre y por su tesitura o extensión.
Las claves en que aparecen las extensiones de las diferentes voces son las utilizadas actualmente por los compositores de nuestro tiempo. Hay que señalar que la voz de tenor, aunque esté escrita en clave de Sol, suena realmente una octava baja.
Tradicionalmente, las voces humanas se escribían en otras claves, que eran las idóneas ya que se adaptaban perfectamente a la tesitura real de cada voz. Estas claves son las siguientes:
§ Soprano: Clave de Do en 1ª línea
§ Contralto: Clave de Do en 3ª línea
§ Tenor: Clave de Do en 4ª línea
§ Bajo: Clave de Fa en 4ª línea
ÁMBITO Y TESITURA
El ámbito vocal es el marco total de frecuencias que puede generar un tracto vocal. Se mide por la frecuencia
más grave y más aguda posibles. Dentro del ámbito, el volumen sube de la nota grave a la nota de arriba. Las
notas graves comúnmente no son aplicables por la falta de volumen, las notas más agudas por el volumen descontrolado. Por eso, para la música clásica, se define una zona apta para el uso musical que se llama tesitura. Esa es más pequeña que el ámbito y consiste de las notas que se pueden producir con una calidad apta para el uso musical. A través de tesitura y timbre, las voces se pueden clasificar.
Durante la adolescencia, todas las voces cambian de un ámbito agudo a un ámbito más grave, debido al cambio hormonal. Esa mutación es más marcada en voces masculinas que en voces femeninas. Mientras que una voz femenina muta alrededor de una tercia mayor, la voz varonil muta comúnmente alrededor de una octava. Antes de la mutación, un niño puede cantar como soprano o alto. Durante la mutación la voz cambia dentro del marco de una octava. El fenómeno de la mutación ha sido bien documentado para el cantante alemán Peter Schreier, a través de grabaciones antes y después de la mutación. En el barroco, niños cantores fueron castrados para mantener la voz de niño en el cuerpo adulto. Los castrati fueron las verdaderas estrellas de la ópera barroca. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
LA PERCEPCIÓN SONORA
Es el resultado de los procesos psicológicos que tienen lugar en el sistema auditivo central y permiten interpretar los sonidos recibidos.
La psicoacústica estudia la percepción del sonido desde la psicología (percepción sonoro-subjetiva) y describe la manera en que se perciben las cualidades (características) del sonido, la percepción del espacio a través del sonido escucha biaural y el fenómeno del enmascaramiento, entre otras cosas.
Marshall McLuhan en su teoría de la percepción afirma que la imagen sonora necesita ser fortalecida por otros sentidos. No porque la imagen sonora sea débil, sino porque la percepción humana tiene gran dependencia de la percepción visual y el sentido del oído necesita que la vista confirme lo que ha percibido (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
EL AUDIÓMETRO
Es un instrumento de tecnología digital y diseño ultra compacto que permite realizar audiometrías tonales por vía aérea, por vía ósea y logo audiometrías con micrófono o grabador.
Se utiliza para realizar test audiométricos completos y específicos. Permite determinar el nivel auditivo de un paciente en cada uno de sus oídos. (FLORES BALSECA CECIL, SONIDO, AUDICION Y ONDAS SONORAS, 2014)
BIOFÍSICA DE LA PERCEPCIÓN AUDITIVA
La reflexión es el cambio de dirección de un rayo o una onda que ocurre en la superficie de separación entre dos medios, de tal for ma que regresa al medio inicial.
Cuando una onda sonora golpea una superficie plana es reflejada de manera coherente asumiendo que el tamaño de la superficie reflectiva es lo suficientemente larga con relación a la longitud de la onda que incide.
Si tomamos en cuenta que las ondas del sonido audible tienen un amplio rango de frecuencias (de 20 Hz hasta 20000 Hz), al igual que la longitud de onda.
Se obtiene que la naturaleza en general, así como el comportamiento del fenómeno de reflexión varía de acuerdo con la estructura y la textura de las superficies de reflexión; por ejemplo, una superficie porosa tiende a absorber grandes cantidades de energía, mientras que una superficie áspera reflejará las ondas en todas direcciones dispersando la energía de la onda, en lugar de reflejar el sonido en forma coherente. Esto nos lleva al campo de la acústica arquitectónica, porque la naturaleza de estas reflexiones son críticas para la sensación del espacio en un auditorio. (CONFORME K. M., BIOFISICA DE LA PERCEPCION AUDITIVA, 2017)
A diferencia de lo que ocurre en el fenómeno de la reflexión, en la refracción, el ángulo de refracción ya no es igual al de incidencia. La refracción también puede producirse dentro de un mismo medio, cuando las características de este son homogéneas, por ejemplo, cuando de un punto a otro de un medio aumenta o disminuye la temperatura.
Ejemplo: Sobre una superficie nevada, el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias.
Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad. (CONFORME K. M., BIOFISICA DE LA PERCEPCION AUDITIVA, 2017)
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