Conceptos Clave del Sonido: Fenómenos, Cualidades y Cálculos Fundamentales

Conceptos Fundamentales del Sonido

1. ¿Qué es el sonido?

   R: Es un fenómeno vibratorio subjetivo, ya que es un sentido que pertenece al dominio de la conciencia.

2. ¿Cuál es el rango de audición humano?

   R: El rango de audición humano se encuentra entre 20 y 20.000 Hz. Por debajo de 20 Hz se considera infrasonido, y por encima de 20.000 Hz, ultrasonido.

3. ¿Cuándo se produce un ultrasonido?

   R: Un ultrasonido se produce cuando las ondas tienen una frecuencia superior a 20.000 Hz.

Cualidades del Sonido y sus Relaciones con las Ondas

4. ¿Cuáles son las cualidades del sonido?

   R: Las cualidades principales del sonido son: la intensidad, el tono (o altura) y el timbre.

5. ¿Con qué característica de la onda se relaciona cada cualidad del sonido?

   • Intensidad: Es la cualidad que permite distinguir un sonido fuerte de otro débil, relacionada con la amplitud de la onda.
   • Tono (o altura): Es la cualidad que permite distinguir un sonido grave de uno agudo, relacionada con la frecuencia de la onda.
   • Timbre: Es la cualidad del sonido que permite identificar la fuente emisora, incluso cuando dos sonidos tienen la misma intensidad y altura. Se relaciona con la forma de la onda (armónicos).

Fenómenos Acústicos y Propagación del Sonido

6. ¿Cuándo se produce el eco?

   R: El eco se produce cuando una onda sonora se refleja en una superficie y regresa al emisor con un retardo perceptible. Para que el oído humano lo distinga claramente, la distancia mínima entre la fuente sonora y la superficie reflectante debe ser de aproximadamente 17 metros.

7. Explique qué es la reverberación y cómo se puede evitar.

   R: La reverberación consiste en la prolongación del sonido debido a múltiples y sucesivas reflexiones de las ondas sonoras en un espacio cerrado. Los sonidos percibidos por un receptor se prolongan ligeramente debido a la superposición de las ondas reflejadas que llegan desde diferentes puntos del local. Se puede evitar o reducir mediante el uso de materiales absorbentes acústicos en paredes, techos y suelos.

8. ¿Qué es la refracción del sonido?

   R: La refracción del sonido es el cambio en la dirección y velocidad de propagación de una onda sonora cuando pasa de un medio a otro con diferentes propiedades (como densidad o temperatura).

9. ¿Cuándo se produce el efecto Doppler?

   R: El efecto Doppler describe el cambio aparente en la frecuencia de una onda percibida por un observador, cuando la fuente que emite la onda o el observador (o ambos) están en movimiento relativo. Por ejemplo, cuando una ambulancia (la fuente sonora) se acerca a nosotros, el sonido de su sirena se percibe más agudo (mayor frecuencia), mientras que cuando se aleja, se percibe más grave (menor frecuencia). Esto sucede porque, al acercarse el emisor, las ondas se "comprimen" y llegan con mayor frecuencia al observador; al alejarse, las ondas se "estiran" y llegan con menor frecuencia.

10. ¿Cuál es la frecuencia de vibración de un diapasón?

    R: La frecuencia de vibración de un diapasón varía según su diseño. El valor de 329.63 Hz corresponde a la nota Mi 4. Un diapasón estándar para afinar instrumentos suele vibrar a 440 Hz (La 4).

11. Defina difracción del sonido.

    R: La difracción del sonido es el fenómeno por el cual las ondas sonoras se curvan y se dispersan al encontrar un obstáculo o al pasar a través de una abertura. Esto permite que el sonido "rodee" los objetos. Por ejemplo, una persona (A) al lado de un muro puede ser escuchada por otra persona (B) colocada detrás del mismo, porque las ondas sonoras emitidas por A, debido a la difracción, rodean el muro y llegan al oído de B.

12. ¿Cuántos tipos de interferencia sonora existen? Nómbrelos.

    R: Existen dos tipos principales de interferencia sonora:

    • Interferencia constructiva: Cuando dos ondas se superponen en fase, sus amplitudes se suman, resultando en un sonido más intenso.
    • Interferencia destructiva: Cuando dos ondas se superponen en contrafase, sus amplitudes se restan, pudiendo anularse y producir silencio o un sonido más débil.

13. Si una onda vibra 30 veces en 3 segundos, calcule su período y su frecuencia.

    • Frecuencia (F): Número de vibraciones por unidad de tiempo. F = 30 vibraciones / 3 segundos = 10 Hz.
    • Período (T): Tiempo que tarda una vibración completa. T = 1 / F = 1 / 10 Hz = 0.1 s (o T = 3 segundos / 30 vibraciones = 0.1 s).

14. ¿Qué se entiende por resonancia?

    R: La resonancia es un fenómeno que ocurre cuando un cuerpo es sometido a una vibración externa con una frecuencia muy similar a su frecuencia natural de vibración. Esto provoca un aumento significativo en la amplitud de la vibración del cuerpo. Todos los cuerpos poseen una o varias frecuencias naturales de vibración, que dependen de su tamaño, forma, material y del medio en el que se encuentran.

Velocidad del Sonido en Diferentes Medios y Condiciones

15. Ordene las siguientes velocidades de propagación del sonido de menor a mayor:

    • Sonido en el aire: Aproximadamente 343 m/s (a 20°C).
    • Sonido en el agua: Aproximadamente 1.493 m/s (a 25°C).
    • Sonido en el acero (línea del tren): Aproximadamente 6.100 m/s.

16. ¿Qué sucede con el sonido en ausencia de atmósfera (vacío), como por ejemplo, en la Luna?

    R: En ausencia de atmósfera o en el vacío (como en la Luna), el sonido no puede propagarse. Esto se debe a que el sonido es una onda mecánica que requiere un medio material (sólido, líquido o gaseoso) para transmitir sus vibraciones.

17. ¿Cuál es la rapidez del sonido en el aire en condiciones normales de temperatura?

    R: La rapidez del sonido en el aire a una temperatura de 20°C es de aproximadamente 343 m/s. La velocidad del sonido en el aire varía con la temperatura, y existen ecuaciones específicas para calcularla en función de esta variable.

18. Dada una figura con 3 ciclos que se producen en 3.3 segundos, calcule:

    • a) Frecuencia (F): Número de ciclos por unidad de tiempo. F = 3 ciclos / 3.3 s ≈ 0.909 Hz. (Nota: El cálculo original 30/33 sugiere 30 ciclos en 33 segundos o un error en la transcripción de los datos. Asumiendo 3 ciclos en 3.3s, el resultado es 0.909 Hz).
    • b) Período (T): Tiempo que tarda un ciclo completo. T = 1 / F ≈ 1 / 0.909 Hz ≈ 1.1 s (o T = 3.3 s / 3 ciclos = 1.1 s). (Nota: La unidad original 'Hz' para el período es incorrecta; debe ser 's').