Física del Sonido: Propagación, Reflexión y Percepción Auditiva
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Velocidad del Sonido
El sonido es una onda y, por lo tanto, se caracteriza por su velocidad.
La velocidad del sonido depende de la naturaleza del medio en el que se propaga. El medio debe ser elástico para que puedan transmitirse las vibraciones a través de él.
El sonido se propaga mejor en los sólidos que en los líquidos, y en los líquidos mejor que en los gases.
La velocidad del sonido se define como el espacio recorrido por el sonido entre el tiempo empleado en recorrer ese espacio. También puede expresarse como la longitud de onda (λ) dividida por el periodo (T), o la longitud de onda multiplicada por la frecuencia (f). Su unidad en el Sistema Internacional es metros por segundo (m/s).
Si el medio es homogéneo, la velocidad del sonido es constante.
Reflexión del Sonido: Eco y Reverberación
Una de las manifestaciones de la reflexión del sonido es el eco.
Para distinguir el sonido mediante el oído, se debe superar el denominado tiempo de persistencia acústica, que es de una décima de segundo (0,1 s).
Durante este tiempo, el espacio que recorre el sonido es de 34 metros (considerando una temperatura de 20ºC y una velocidad del sonido de 340 m/s).
Por lo tanto, la distancia mínima a la que debe estar una superficie para que el sonido se refleje y produzca eco debe ser de 17 metros. Esto se debe a que el sonido recorrerá 17 metros hasta la superficie, se reflejará y recorrerá otros 17 metros de vuelta hasta nosotros. Así, percibiremos dos sonidos distintos: primero el sonido emitido y después el reflejado.
El obstáculo no puede ser muy pequeño, ya que, si su tamaño es comparable o menor a la longitud de onda del sonido, este lo rodeará (fenómeno de difracción) en vez de reflejarse.
La reverberación se produce cuando la superficie o el obstáculo está a una distancia inferior a los 17 metros. En este caso, nuestro oído no puede distinguir dos sensaciones sonoras distintas, y los dos sonidos se perciben como una prolongación del primer sonido.
Cualidades del Sonido
El sonido posee tres cualidades principales que permiten diferenciarlo:
Intensidad
La intensidad es la magnitud que indica la cantidad de energía que transporta la onda sonora. Podemos hablar de sonidos fuertes (que transportan mucha energía) y sonidos débiles (si transportan poca energía). Cuanto mayor sea la energía, más intensa será la sensación sonora.
Se distinguen dos tipos de intensidad:
Intensidad Acústica (Magnitud Física)
Es la energía que atraviesa una superficie unitaria por segundo, perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.
Intensidad Fisiológica o Sonoridad
Depende de la intensidad acústica, pero también es función de la sensibilidad del oído humano. El intervalo de sonoridad audible para el ser humano va desde el umbral de audibilidad (0 dB - decibelios) hasta el umbral del dolor (120 dB).
Tono
El tono está directamente relacionado con la frecuencia (f) de la onda sonora. Los sonidos se clasifican en:
- Agudos: La frecuencia es alta y la longitud de onda es pequeña.
- Graves: La frecuencia es baja y la longitud de onda es grande.
Timbre
El timbre es la cualidad sonora que permite distinguir dos sonidos que tienen igual intensidad y tono, pero que provienen de fuentes diferentes (por ejemplo, un violín y una flauta tocando la misma nota con la misma intensidad).
La Audición
El camino que sigue el sonido, desde que es producido hasta que lo percibimos, es el siguiente:
- Las ondas sonoras son captadas por el pabellón auditivo (oreja) y viajan desde el oído externo a través del conducto auditivo hasta el tímpano.
- El tímpano vibra al recibir las ondas y provoca el movimiento de la cadena de huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo).
- Los movimientos de estos huesos traspasan el oído interno y llegan al aparato vestibular.
- En el aparato vestibular, las vibraciones se transmiten por la endolinfa a las células receptoras situadas en la pared del caracol (cóclea).
- En el caracol, las vibraciones mecánicas se transforman en impulsos eléctricos.
- Estos impulsos eléctricos viajan por el nervio auditivo hasta el cerebro, donde son interpretados y percibidos como sonido.