lunes, 19 de diciembre de 2011

Conceptos basicos de la Acústica

Hola a tod@s y perdon por el retraso a la hora de hacer este post, este post va a tratar sobre un aspecto importante para el sentido de la audición que es la acústica y todo lo respecto a ella como el sonido, la producción de este. Como se produce la voz, etc.

Todas estas cosas las iremos ampliando poco a poco. así que sin mas preambulos pasamos a hablar del sonido.

1.   El sonido.
Es el conjunto de vibraciones mecánicas y de un medio elástico en el ámbito de frecuencias de la audición humana, por debajo de este ámbito se sitúa el infrasonido y por encima el ultrasonido.

Para poder hablar de sonido es necesario distinguir 3 aspectos:

• Existencia de una vibración mecánica procedente de un cuerpo elástico, como cuerdas tensas, laminas de madera o metal, parras de madera o metal, etc., o el movimiento oscilatorio del aire propio por ejemplo de la emisión de la voz humana.
• Posibilidad de su propagación, es decir, que las vibraciones y oscilaciones de presión y movimiento se transmitan. El medio más habitual para ello es el aire.
• Existencia de un receptor que perciba vibración, esta percepción requiere que la vibración de la que estamos hablando sea transformada en una sensación que pueda ser interpretada por el cerebro de un ser vivo, proceso que es posible gracias al órgano de la audición, el oído. El cerebro es capaz de interpretar las sensaciones procedentes del oído con gran sutileza, como sucede con el sonido que percibimos constantemente.

2. Nociones acústicas del sonido.
El sonido es un fenómeno ondulatorio que puede representarse mediante el grafico de un movimiento oscilatorio. Según el movimiento vibratorio y la dirección de su propagación, las ondas pueden distinguirse en 2 tipos:
• Ondas transversales: Constituyen una vibración propia de los cuerpos sólidos. En ellos, el movimiento oscilatorio de las partículas es transversal o perpendicular a la dirección de la transmisión.
• Ondas longitudinales: Son ondas cuya vibración coincide con la dirección de la propagación. De esta manera son las ondas sonoras.

2.1. Propiedades de sonido.
El sonido es una forma de energía física que se transmite en las 3 dimensiones del espacio. El sonido es una vibración de carácter mecánico que se propaga como una onda elástica y para ello necesita un medio físico, sea solidó, liquido o gaseoso. En cualquier caso no se transmite en el vació.

El sonido es un estado de vibración pendular de partículas (átomos y moléculas) a un lado y otro de su posición de equilibrio. El movimiento pendular de las partículas se transmite a las partículas vecinas y de este modo se propaga un estado de movimiento pero no de masa. El sonido mas sencillo es el tono puro (es el estimulo que utilizamos en audiometría clínica). El tono puro esta representado por una onda sinusoidal, esta onda es cíclica y tiene dos parámetros fundamentales que son la frecuencia y la amplitud:

• Frecuencia de un tono puro: La frecuencia se mide en Hercios (Hz), que corresponde al número de ciclos que presenta una onda sinusoidal por segundo. Un tono puro de 250 Hz de frecuencia es un sonido cuya onda tiene 250 ciclos/ por segundo.
• Amplitud: Es la representación grafica del grado de desplazamiento pendular de las partículas del medio en que se transmite el sonido.
• Potencia de un sonido: Cualquier fuente de energía, y el sonido no es una excepción, tiene una potencia determinada que medimos en vatios (W).
• Intensidad sonora: Es la relación entre la potencia del sonido y la unidad de superficie, la medimos en w/cm2 .
• Presión sonora: Se corresponde con la fuerza del sonido, calculado como la suma de las fuerzas ejercidas por el movimiento oscilatorio de las partículas por unidad de superficie.

2.1.1. Frecuencia.
A la frecuencia física de un sonido le corresponde el tono del sonido. El oído humano es capaz de oír sonidos cuya frecuencia física este entre 20-20.000 Hz (ciclos por segundo).

La audición humana no obstante, no presenta una sensibilidad uniforme a todas estas frecuencias; su sensibilidad es mayor en las frecuencias medias, situadas entre 125-8.000 Hz con un pico de máxima sensibilidad situado en 1.000 Hz. Esto quiere decir que a esta frecuencia el oído humano es capaz de oír con una presión sonora mas baja que a cualquier otra frecuencia del espectro auditivo. Los sonidos cuyas frecuencias son superiores o inferiores a los 1.000 Hz necesitan mayores presiones sonoras para hacerlas audibles.

Hay determinadas enfermedades del oído interno que distorsionan la percepción auditiva tonal, de forma que un mismo estimulo de idéntica frecuencia puede ser percibido por el sujeto como tonos distintos con cada uno de sus oídos; a este fenómeno le conocemos con el termino de diploacusia.

El espectro aproximado de frecuencias sensibles para el ser humano es de 20-20.000 Hz, las frecuencias mas elevadas definen tonos mas agudos y las frecuencias mas bajas definen tonos mas graves.

2.1.2. Intensidad.
A la intensidad física le corresponde una intensidad sonora o sonoridad. La mínima presión sonora a la que responde un oído normal en 1.000 Hz es de 0´0002 dinas/cm2 (umbral de audición). Esta presión sonora es el umbral medio calculado en un grupo de individuos jóvenes, sanos y normooyentes.
La máxima presión sonora aceptada por un oído antes de convertirse en un estimulo doloroso es aproximadamente de 2.000 dinas/cm2. Estas cifras son extremadamente incomodas de manejar y se hace poco operativo trabajar con ellas. Por ello se ha creado en audiologia, una escala sencilla de usar cuya unidad es el decibelio (dB). En realidad no hay una escala decibelica sino varias escalas.

La construcción de la escala decibelica basado en las presiones sonoras se hace del siguiente modo:

Se toma como referencia un punto de la escala de presiones sonoras que coinciden con el umbral sonoro humano. Esta presión sonora de referencia corresponderá a 0 dB. Los demás puntos de la escala son proporciones logarítmicas de esa referencia. Es decir, que los 0 dB no se corresponden con la falta de sonido, sino con una presión sonora próxima al umbral del audición del sujeto normal, que es de unas 0´0002 dinas/cm2, y los 140 dB se corresponden con una presión sonora de 2.000 dinas/cm2 que se corresponden con el umbral doloroso de audición. Algunos individuos con extraordinaria sensibilidad auditiva son capaces de oír presiones sonoras por debajo de la presión sonora considerada umbral. Esto explica por que en un audiograma clínico podemos encontrar que en la escala decibelica no solamente tenemos posibilidad de anotar la intensidad sonora en dB + (de 0-140 dB), sino que también podemos anotar los dB – (0 - -20 dB). En el estudio de la audición nunca analizamos utilizando intensidades superiores a los 120 dB por que resulta peligroso para la integridad del OI. El dB no es una unidad física de medida sino que es un nivel de sonido.

2.1.3. Escalas decibelicas.
• Decibelios SPL (Sound Pressure Level): El oído tiene distinta sensibilidad auditiva para cada frecuencia y por lo tanto distintos umbrales de presión sonora para cada frecuencia. En la escala de decibelios SPL los 0 dB se corresponden, para todas las frecuencias, con una presión sonora de 0´0002 dinas/cm2. En cada frecuencia los umbrales de audición medidos en dB SPL, varían: así, para una frecuencia de 1.000 Hz el umbral auditivo es de 0-6´5 dB SPL, para 125 Hz el umbral se sitúa en unos 45 dB SPL. Los dB SPL se usan en algunas pruebas audio lógicas, como el análisis de las otoemisiónes acústicas (pruebas reconocimiento de emisiones emitidas por el propio oído).
• Decibelios HL (Hearing Level): En audiometría tonal, y en muchas pruebas audio lógicas utilizamos la escala decibelica de los dB HL. En la escala decibelica HL el 0 de referencia se ha elegido para cada frecuencia como el promedio de los umbrales de audición normal en un grupo de jóvenes y normooyentes.
Los 0 dB HL se seleccionan en base a un criterio psicoacustico y no en  base a un valor físico como los dB SPL.
En la escala de dB HL, los dB se corresponden para cada frecuencia a  una presión sonora diferente.
                                               
3. Características del sonido.

3.1. Interferencia.
Este fenómeno se presenta cuando se interponen 2 ondas, y las partículas del medio realizan movimientos que esas ondas dan como resultado al conjugarse, y por lo tanto proviene de composición de los movimientos de esas ondas producidas por separado.

3.2. Resonancia.
Es un fenómeno característico del sonido y permite que un sistema capaz de vibrar con la misma frecuencia de las ondas que sobre el incida entre a si mismo en vibración.

Las cajas de resonancia son los cuerpos destinados a reforzar sonidos producidos por otros cuerpos o fuentes sonoras. Son cuerpos huecos y el aire que contienen desempeña un papel muy importante. La masa de la caja de resonancia influye en el comportamiento determinado la frecuencia de sus oscilaciones naturales. Las cajas de resonancia modifican los sonidos que refuerzan, ya que ciertas frecuencias resuenan unas mas que otras.

3.3. Reflexión del sonido.
El sonido puede reflejarse como lo hace la luz al incidir sobre un obstáculo. En la reflexión del sonido es válida la ley según la cual el ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión. Esto permite amplificar los sonidos enviando haces de los mismos en iguales direcciones.

3.4. Refracción del sonido.
Cuando la onda sonora se propaga sobre un medio elástico e incide sobre la superficie de separación de este con un segundo medio y la atraviesa combinando de dirección decimos que ha experimentado una refracción (equivalente a introducir un lápiz en un vaso con agua).

Este fenómeno puede observarse cuando en una planicie nevada pueden oírse sonidos a gran distancia, pues el aire que se forma sobre la nieve crea capas de distintas temperaturas, estando las mas frías próximas del suelo. En ellas la velocidad del sonido es menor y por lo tanto es constantemente refractada sobre la tierra.

En las salas de espectáculos ocupadas sucede lo contrario, el sonido tiende a subir por la refracción ocasionada por el aire entorno a los espectadores, cuya temperatura es mayor a la del aire situado a altura.

3.5. Difracción del sonido.
Cuando una onda incide sobre una superficie en la que hay una abertura pueden ocurrir dos cosas

• Si la abertura es grande en relación con la longitud de onda esta pasa sin dispersarse.
• Si la abertura es pequeña respecto a la longitud de onda la onda se dispersa a través de la abertura propagándose como si hubiera hecho en la misma que aparece un nuevo foco este es el fenómeno de la difracción.

La difracción es posible con cualquier tipo de onda pero resulta muy interesante para la acústica musical, pues las ondas sonoras son muy difractables y es un fenómeno que afecta a la perfección de sonidos graves y agudos.

3.6. Eco y Reverberación.
El eco es un fenómeno que se produce cuando se oye un sonido reflejado después de haberse extinguido la sensación sonora producida por la onda directa que origina la onda reflejada. Para que el oído tenga esa sensación es necesario que haya un intervalo de tiempo mayor a una décima de segundo.

Puede suceder que un sonido tenga varios ecos sucesivos entonces se habla de eco múltiple.

Cuando la onda sonora se refleja en un tiempo inferior a una décima de segundo y llega al oyente tras haberse extinguido la onda directa de la que proviene, ambos sonidos se superponen para el oyente, ocasionándose el fenómeno de reverberación, llamado a veces de forma impropia, resonancia.

3.7. Absorción.
Es el fenómeno que experimenta el sonido por el cual una onda sonora incidente sobre una superficie reflectora pierde parte de su energía transformándose esta en calor.

El poder absorbente de los diversos cuerpos sonoros depende de su estructura; las cortinas, un cuerpo de fieltro, tienen un alto poder absorbente, mientras que los materiales compactos como el mármol, metales sucede lo contrario.

Los sonidos agudos se absorben mucho más que los graves, lo que es importante para las salas de conciertos donde puede suceder, que debido a las aumento de reflexiones que experimenta el sonido, persistan desproporcionalmente los sonidos graves al ser los agudos absorbidos con mayor facilidad.

3.8. Fuentes del sonido.
Cuando nuestro oído percibe un sonido la fuente del mismo debe ser un objeto o material que vibre, como una cuerda de violín, una corriente de aire sometida a rápidas vibraciones, como ocurre con la flauta o nuestra propia voz.

3.9. Medio de propagación del sonido.
Para que pueda llegar a nuestro oído, el sonido tiene que ser transmitido (propagado) a través de algún medio material, que se preste para transformar las vibraciones. Este medio suele ser el aire.

Las ondas sonoras no se transportan a través del vació (ausencia de aire) de forma de que no es posible oír un timbre que este tocando en el vació tocando debajo de una ventana de cristal a la cual se le ha hecho el vació.

Bueno hasta aqui el sonido que es la primera parte de varios post acerca de la acústica, así que ya sabeis si teneis alguna duda de este tema o de los otros que vayamos subiendo al blog, preguntar, comentar para hacer de este espacio un espacio cada día un poco mas grande.

No quiero acabar de escribir este post sin dejar de darle las gracias a toda la gente que esta leyendo los post y comentandolos, gracias a todos por hacer que cada día que trabajo en este blog sea mas gratificante.

Un saludo muy fuerte a todos.

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