La Acustica

1. La acústica

La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia (tanto sólida como líquida o gaseosa) (no pueden propagarse en el vacío) por medio de modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión, almacenamiento, percepción o reproducción del sonido. La ingeniería acústica es la rama de la ingeniería que trata de las aplicaciones tecnológicas de la acústica.

La acústica considera el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s (aproximadamente 1 km cada 3 segundos), ó 1235 km/h en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).

2. Naturaleza del sonido

Cuando golpeas un cuerpo o pulsas un instrumento musical o cuando escuchas una conversación del otro lado de una pared, etc., en tu oído se produce un efecto psicofisiológico denominado sonido. El sonido es una onda longitudinal y mecánica, es decir, que necesita de un medio material para su propagación. Por ejemplo, al golpear una mesa, es posible escuchar el golpe debido a que se hace vibrar la mesa y esas vibraciones se propagan en el aire (medio material) hasta ser capturados por nuestro oído.

La vibración de un cuerpo se propaga en el aire, dando lugar a un movimiento longitudinal de las partículas de aire vecinas al foco emisor sonoro, las cuales, al recibir cierta presión, se alejan de su punto de equilibrio provocando una rarefacción en ese sitio y una comprensión hacia las partículas mas cercanas; así el movimiento de las partículas de aire es paralelo a la dirección de propagación. La siguiente figura muestra las comprensiones y rarefacción del aire durante el paso de una onda sonora.

3. Velocidad del sonido

Todos sabemos que cuando llueve fuertemente y se producen rayos, aunque el relámpago y el trueno se producen en el mismo instante, el trueno se oye después de haber visto la luz del relámpago. La razón es que la velocidad de la luz es mayor que la velocidad del sonido en el aire.

Como en todas las ondas, la velocidad del sonido depende de las características del medio donde se propaga. Estos factores son la comprensibilidad y la densidad. Además de estos factores, en los gases se consideran la masa molecular del gas y la temperatura.

Comprensibilidad: se dice que un material es más comprensible que otro si experimenta mayor deformación o disminución del volumen cuando se someten a la misma presión. A menor comprensibilidad del medio mayor rapidez del sonido.

Densidad: a menor densidad del medio mayor rapidez de propagación del sonido.

Masa molecular: en los gases, cuando la masa molecular es menor, la rapidez de propagación del sonido aumenta.

Temperatura: en los gases ocurre que, a mayor temperatura, mayor es la velocidad, ya que al aumentar la temperatura, la rapidez de las moléculas del medio aumenta, lo que ocasiona un incremento en la rapidez de la propagación.

4. Características del sonido

Al comparar dos sonidos podemos establecer, entre ellos, algunas diferencias. Por ejemplo, es fácil identificar la voz de una persona cuando la escuchamos, o distinguir entre una nota alta y otra baja, o entre un sonido fuerte y otro débil. Estas son las características del sonido conocidas como tono, intensidad y timbre.

• El tono

El tono o altura de un sonido es la característica que se refiere a los sonidos altos o agudos y a los bajos o graves. Esta cualidad se debe a la frecuencia del sonido, ya que, cuanto mayor sea la frecuencia, mas agudo es el sonido y cuanto menor sea la frecuencia, mas grave es el sonido.

• Intensidad

La intensidad del sonido es la energía que transporta una onda por unidad de tiempo y área, y es proporcional al cuadrado de su amplitud. La intensidad del sonido se relaciona con lo que comúnmente se conoce como el volumen del sonido. Lo cual permite diferenciar los sonidos fuertes de los débiles.

 Nivel de intensidad: el nivel de intensidad de una onda sonora esta dado por una escala logarítmica que compara la intensidad, del sonido con la intensidad mas baja perceptible al oído humano.

 Variación de la intensidad: existen dos factores que influyen en el aumento o en la disminución de la intensidad: el medio de propagación y la distancia de un foco emisor. Se dice que el medio en el cual se propaga el sonido disminuye su intensidad puesto que él absorbe energía.

• Timbre

El timbre es la cualidad del sonido que nos permite identificar el foco que lo emite. Por ejemplo, un diapasón, un violín, una flauta y gong pueden emitir la misma nota musical, pero al comparar su registro gráfico, es fácil distinguir cuál instrumento es el que la emite.

5. Pulsaciones

Cuando dos tonos ligeramente diferentes en su frecuencia suenan al unísono, se presenta una fluctuación en la intensidad de los sonidos, es decir que el sonido es intenso, luego débil, después intenso, etc. A este fenómeno de interferencia se le conoce como pulsación o trémolo.

6. Efecto Doppler

Al cambio de frecuencia de las ondas debido al movimiento relativo entre la fuente y el observador se llama efecto Doppler. Veamos algunas aplicaciones del efecto Doppler: los agentes de tránsito usan

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