Ondas y sonido

Prof. Franklin Rivera 1

Capitulo 5 Ondas y Sonido

Prof. Franklin Rivera


Ondas

• Que son ondas? Las ondas envuelven vibración y oscilación de algún tipo.

• El tocar la superficie del agua causa ondas en círculos viajando desde el origen hacia afuera

• Nuestros oídos son receptores de oscilaciones de moléculas en forma de sonido

• La ondas también tienen energía pero no tienen masa, son bandas comprimidas de energía

• Un sonido agudo de una bocina es capaz de romper una copa de vidrio

Tipos de ondas



Ondas

• Un disturbio viajante que consiste de vibraciones coordinadas que transmiten energía sin movimiento neto de la materia

• El sonido, las ondas de agua y otros tipos similares de ondas consisten de vibración de materia, en la mayoría de los casos la materia es agua o aire.

• Esa substancia por la cual viaja la onda se le conoce como medio de transporte de la onda.

• Estas partículas vibran por ese medio de un modo coordinado para formar la onda.

• Si no hay materia no viaja la onda


Ondas

• Las ondas que vibración requieren un medio para desplazarse.

• Como el sonido, ondas de agua, una onda a través de una cuerda y otros son ejemplos de ondas que no pueden existir en un vacio.

• En un vacio no hay materia• Por otra parte las ondas de luz, radio,

microondas y rayos X si pueden viajar a través del vacío por que no requieren un medio para su propagación. Véase Ondas Electromagnéticas


Ondas

• Las ondas se transportan en una gran variedad de substancias tales como

• Gases – sonido• Líquidos – ondas• Sólidos – ondas sísmicas• Algunas trabajan en forma lineal como el caso

de la cuerda. Otras trabajan superficial como en el agua y otras trabajan a través del espacio en cualquier dimensión como el sonido.


Tipos de Onda

• La ondas las podemos identificar por onda de pulso y onda continua.

• Una explosión, un flash, una ola, los latidos del corazón son ejemplos de de pulso.

• La vibración de una cuerda, la luz, del sol son ondas continuas.


Tipos de onda

• También podemos clasificar las ondas por su orientación de oscilación de onda.

• Onda Transversal– Donde la onda oscila de forma perpendicular a la

dirección de onda• Ondas en una Cuerda, ondas electromagnéticas, ondas

sísmicas

• Onda Longitudinal– Onda en la cual las oscilaciones van a lo largo de el

viaje de onda• Sonido en el aire


Diagrama de la onda

• Amplitud (Amplitude): es el máximo desplazamiento de puntos en una onda, medida desde un punto equilibrado

• Es la distancia máxima del pico de una onda o de un valle de una onda

• Esta puede ser uno pocos milímetros como también metros de distancia

• Cuando escuchamos sonidos a mayor amplitud mas fuerte será el sonido


Diagrama de la onda

• Largo de onda (wavelengh): es la distancia entre dos picos sucesivos en una onda. Tambien pueden medirse entre dos valles. Su símbolo es conocido como lambda (λ)

• El largo de onda del sonido puedes ser escuchado por los humanos desde 2cm a 17 metros.

• Cualquier segmento de la onda que compete su largo se le conoce como un ciclo de onda

• La amplitud y largo de onda son funciones independientes de una onda


Diagrama de onda

• Frecuencia (Fecuency): el numero de ciclos de onda pasando por un punto por unidad de tiempo. Mejor conocido como oscilaciones por segundo.

• Su símbolo es f • La frecuencia se mide en Hertz o segundos -1

• Bajo condiciones ideales una persona podría escuchar sonidos con frecuencias entre 20Hz a 200 Hz.

• La frecuencia es mas conocida en casos por ejemplo cuando hablamos de las radio emisoras. Las radio emisoras transmiten en kilohertz (kHz) en AM o en megahertz (mHz) en FM.


Ondas

Compresión


Longitudinal vs Transvensal


Velocidad de onda

• La velocidad de onda es la rapidez del movimiento del disturbio.

• Para calcular la velocidad de sonido utilizaremos la formula

• v = k x √T donde k es la constante del medio en donde viaja la onda característico de cada materia. T es la temperatura en kelvin

• Para el caso de una onda viajando por el aire seria v = 2.01 x √T


Velocidad de onda

• La velocidad de onda, su largo de onda y su frecuencia están relacionadas una a la otra en un modo simple.

• La velocidad de onda es igual al numero de ciclos por cada segundo a través de un punto y multiplicado por el largo de cada ciclo.

• Velocidad de onda = numero de ciclos X largo de cada ciclo

• Si lo vemos como formula diríamos que • La velocidad continua es igual al producto de

frecuencia de la onda por el largo de ondav = f λ


Tipos de Sonido• Sonidos del rango auditivo del ser humano van entre los

20 a 20,000 Hertz .• Infrasonidos, poseen frecuencias menores de 20 Hertz.

Los elefantes y las ballenas logran llegar a esas frecuencias.

• Ultrasonidos, Sonidos con frecuencias mayores de 20,000 Hertz. Los gatos murciélagos, perros, ratones logan llegar a esas altas frecuencias


Aspectos de Propagacion

• Reflexion

• Effecto Doppler

• Bow Waves & Shock waves

• Difraccion

• Interferencia


Reflexion

• Una onda hace reflexión cuando se encuentra con un obstáculo durante su recorrido

• Lo podríamos ver como un rebote de la onda con el obstáculo, barrera o cualquier otra cosa


Reflection


Efecto Doppler

• Se define como un aparente cambio en la frecuencia de onda debido al movimiento de la fuente de la onda o el receptor


Doppler


Difracción

• Este efecto se ve cuando la onda encuentra una barrera con un Gap de por medio, esta onda pasa por ese gap y se esparce hacia todos lados.

• Un ejemplo sería cuando el sonido de la TV pasa por la puerta del cuarto y luego se esparce a todas partes después de la puerta.

• Gap es un espacio o un vacio

Difracción

Difracción


Gap


Interferencia

• Se alcanza cuando dos ondas continuas con amplitud y frecuencia similares se encuentran en un mismo punto.

• Esto lo vemos por ejemplo cuando se escuchan dos estaciones de radio en la misma frecuencia

• Sucede en los hospitales cuando la señal de los celulares afecta lo equipos electronicos


Bow waves & Shock waves

• Cuando la fuente o origen de la onda viaja mas rápido que la onda.

• La podemos ver en la estela en forma de V que dejan los botes cuando navegan

• Los aviones cuando rompen la barrera del sonido crean un Shock wave en su parte trasera.


Sonido

• La experiencia mas común de sonido se obtiene con el aire, pero el sonido se transporta también por los líquidos y por los sólidos.

• Cuando hablamos podemos sentir nuestro sonido por nuestros tejidos y por nuestros huesos.

• La velocidad del sonido depende de la consistencia de la materia y de los enlaces de sus partículas

• A mayor consistencia mas rápido viaja


Sonido

• La velocidad del sonido es mayor en líquidos y sólidos en comparación de los gases. Esto se debe a los fuertes enlaces entre sus moléculas.

• El sonido que viaja en los gases y líquidos, viaja en forma longitudinal, mientras que en los sólidos viaja en forma longitudinal o transversal


Sonido• Los sonidos son causados por vibración.

• Cualquier cosa que vibre y logre vibrar las partículas a su alrededor lograra ondas de sonido.

• La presión del aire durante un sonido es mayor a la presión atmosférica debido a que en cada compresión de onda las partículas son comprimidas entre ellas.

Compresión y Rarefacción• Las bandas obscuras o los picos de las

ondas son la compresión

• Los espacios vacios es rarefacción



Clasificación

• Los sonidos son clasificados por la forma de su onda, por su frecuencia y largo de onda.– Sonido Puro– Tono Complejo– Ruido– Infrasonido– Ultrasonido


Tipos de sonido

• Tono puro, Sonido de forma senoidal. Lo podemos ver cuando se logra una nota constante en un silbido o un instrumento.

• Complejo, es en forma repetitiva logrando un patrón pero no de forma senoidal

• Ruido, son ondas aleatorias que no son repetitivas o forman un patrón


Sonidos

Puro

Complejo

Ruido


Producción del Sonido

• El sonido es producido cuando vibraciones causan variación de presión en el aire.

• Una placa, una membrana una cuerda una barra que vibre causara sonido.

• El cono de una bocina vibrando, un plato de una batería, el cuero de un tambor vibran para crear sonido

• Una campana, un triangulo, los xilófonos en fin todos los instrumentos de percusión producen sonidos por vibración


Producción de Sonio

• Los violines, las guitarras y pianos son ejemplos de cuerdas que vibran.

• Los instrumentos de cuerda como la guitarra tienen un puente en madera al final para recoger esa vibración y pasarla al cajo de la guitarra, de ese modo el sonido se amplifica.


Producción del sonido

• En los instrumentos de viento tales como la flauta trompeta son otra manera de vibración para producir sonido.

• Pulsos de presión se mueven a lo largo de tubo del instrumento dado que el músico constantemente lleva esas vibraciones fuera del instrumento, creando la música que creamos.


Creación del sonido

• En el ser humano el aire pasa por las cuerdas vocales creado los sonidos que hacemos a la velocidad que le demos al aire desde nuestros pulmones.

• Al inhalar helio nuestra voz se escucha mas aguda y eso se debe a que en el helio el sonido viaja mas rápido que en el aire.


Percepción del sonido

• El sonido se clasifica en tres categorías– Pitch, esta percepción de cuan alto o bajo es

el sonido– Intensidad (Fuerza, intensidad, volumen),

propiamente se describe – Calidad del Tono, es la particularidad de

poder distinguir entre dos sonidos diferentes.


Pitch

• Este depende completamente de la frecuencia de la onda. A mayor frecuencia mayor es el pitch.

• Un soprano tiene un pitch alto, mientra que un tenor con voz grave tiene un pitch bajo.


Intensidad y Amplitud

• Se determina por la amplitud de la onda de sonido• A mayor amplitud mayor será ese fuerza o volumen de

onda de sonido. A mayor presión de sonido mayor será el nivel del sonido.

• Estas se miden por unidades de decibeles dB mejor conocida como la unida estándar para medir el nivel de sonido

• Decibelio (dB) es la unidad relativa empleada en acustica y telecomunicación para expresar la relación entre dos magnitudes, acústicas o eléctricas, o entre la magnitud que se estudia y una magnitud de referencia.


Loudness• Un sonido puede distinguirse de otro solo por

sus dB.• El nivel de sonido mas bajo podría escucharse

bajo condiciones ideales a cero dB como lo seria frotar la piel, mientras a 120 dB seria un sonido intolerable o ensordecedor similar a la turbina de un jet en despegue.

• Para que un sonido sea notable debe alcanzar 1 dB

• Si dos sonidos son combinados a dB similares el aumento entre ellos no hace mucha diferencia.


Calidad de tono

• La calidad del tono es lo que diferencia cada sonido con el resto de los demás, así como nos identificamos cada uno por nuestra vos asimismo identificamos cada instrumento

• Esta depende de la forma de su onda, si dos sonidos tienen diferentes formas de onda entonces la podemos diferenciar

• La forma mas simple de onda seria la del tono puro que tiene forma senoidal.


Calidad del tono

• Cualquier forma de tono complejo seria la combinación de dos o mas ondas senoidales con amplitudes definidas

• Estas ondas complementan lo que llamaremos harmónica

• Las frecuencias de una armónica son múltiples números de frecuencias en un onda compleja.

• Esto significa que cualquier tono complejo es la combinación de tonos puros llamados harmónica.


Calidad del tono

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