LAS ONDAS SONORAS

LAS ONDAS SONORAS

Las ondas sonoras son ondas longitudinales que se propagan en un medio material y se originan en las vibraciones que provoca una fuente emisora.

Para propagarse necesitan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación. Es el propio medio el que produce y propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Por lo tanto, sin medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.

Además, los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación.

En el caso idealizado de una onda sonora que se propaga sólo en la dirección +x. Considerando la propagación de una onda sonora en un tubo largo delgado que contenga un gas con regiones comprimidas y enrarecimiento.

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Esta onda se puede describe con una función de onda S(x, t), que da el desplazamiento instantáneo y de una partícula en el medio, en la posición x y en el instante t. Podemos expresarla usando la ecuación

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Donde Smáx es la amplitud de desplazamiento de la onda. El parámetro k es el número de onda, y W es la frecuencia angular de la onda.

El oído humano funciona detectando variaciones de presión. Una onda sonora que entra en el canal auditivo ejerce una presión fluctuante sobre un lado del tímpano; el aire del otro lado, comunicado con el exterior por la trompa de Eustaquio, está a presión atmosférica. La diferencia de presión entre ambos lados del tímpano lo pone en movimiento.

Por ello, resulta más adecuado describir las ondas sonoras en términos de variaciones de presión que se producen en cada punto del aire alcanzado por la onda de sonido.

La variación en la presión del gas  observada se describe con la función [pic 3]

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Donde la amplitud de presión  es el cambio máximo en presión desde el valor de equilibrio, se proporciona por[pic 5]

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Las ondas sonoras se dividen en tres categorías:

Las ondas audibles se encuentran dentro del intervalo de sensibilidad del oído humano. Se encuentra en el intervalo de frecuencias de 20 a 20 000 Hz, es posible generarlas instrumentos musicales, voces humanas o bocinas.

Las ondas infrasónicas tienen frecuencias menores del intervalo audible. Son utilizadas por los elefantes para comunicarse mutuamente, aun cuando estén separados por varios kilómetros.

Las ondas ultrasónicas tienen frecuencias mayores del alcance audible. Se usan para la formación de imagen médica.

EL OÍDO

Cuando una onda sonora audible llega al oído externo, pasa al canal auditivo y pone a oscilar el tímpano que, a la vez, hace oscilar los tres huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo). Esta oscilación se transmite finalmente al oído interno, que está lleno de fluido. El movimiento del fluido perturba a las células pilosas que transforman las vibraciones en impulsos nerviosos que el cerebro percibe como sonido. Mediante este proceso el sonido físico es convertido en sonido fisiológico.

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Nivel sonoro en decibeles

La intensidad de una onda, o la potencia por cada unidad de área, se define como la rapidez a la cual la energía transportada por la onda se transfiere a través de una unidad de área A perpendicular a la dirección de viaje de la onda: 

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El intervalo de intensidades que puede detectar el oído humano es muy amplio. Por lo cual es conveniente usar una escala logarítmica. El nivel de intensidad de sonido  de una onda sonora está definido por la ecuación.[pic 11]

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