Ya sean ondas sonoras. ¿Por qué aparece una onda sonora? Sondeo sonoro de profundidades.

El sonido son ondas sonoras que provocan vibraciones de pequeñas partículas de aire, otros gases y medios líquidos y sólidos. El sonido sólo puede surgir donde hay una sustancia, sin importar en qué estado de agregación se encuentre. En condiciones de vacío, donde no hay medio, el sonido no se propaga, porque no hay partículas que actúen como distribuidoras de las ondas sonoras. Por ejemplo, en el espacio. El sonido puede modificarse, alterarse, convertirse en otras formas de energía. Así, el sonido convertido en ondas de radio o energía eléctrica puede transmitirse a distancia y grabarse en soportes de información.

Onda de sonido

Los movimientos de objetos y cuerpos casi siempre provocan fluctuaciones en el entorno. No importa si es agua o aire. Durante este proceso, las partículas del medio al que se transmiten las vibraciones del cuerpo también comienzan a vibrar. Surgen ondas sonoras. Además, los movimientos se realizan hacia adelante y hacia atrás, reemplazándose progresivamente entre sí. Por tanto, la onda sonora es longitudinal. Nunca hay ningún movimiento lateral hacia arriba y hacia abajo.

Características de las ondas sonoras.

Como cualquier fenómeno físico, tienen sus propias cantidades, con la ayuda de las cuales se pueden describir propiedades. Las principales características de una onda sonora son su frecuencia y amplitud. El primer valor muestra cuántas ondas se forman por segundo. El segundo determina la fuerza de la ola. Los sonidos de baja frecuencia tienen valores de baja frecuencia y viceversa. La frecuencia del sonido se mide en Hercios y, si supera los 20.000 Hz, se produce ultrasonido. Hay muchos ejemplos de sonidos de baja y alta frecuencia en la naturaleza y en el mundo que nos rodea. El chirrido de un ruiseñor, el estruendo de un trueno, el rugido de un río de montaña y otros son frecuencias de sonido diferentes. La amplitud de la onda depende directamente de qué tan fuerte sea el sonido. El volumen, a su vez, disminuye con la distancia a la fuente de sonido. En consecuencia, cuanto más lejos esté la onda del epicentro, menor será su amplitud. En otras palabras, la amplitud de una onda sonora disminuye con la distancia a la fuente de sonido.

velocidad del sonido

Este indicador de una onda sonora depende directamente de la naturaleza del medio en el que se propaga. Tanto la humedad como la temperatura del aire juegan un papel importante aquí. En condiciones climáticas medias, la velocidad del sonido es de aproximadamente 340 metros por segundo. En física existe la velocidad supersónica, que siempre es mayor que la velocidad del sonido. Esta es la velocidad a la que viajan las ondas sonoras cuando se mueve un avión. El avión se mueve a velocidad supersónica e incluso supera las ondas sonoras que genera. Debido al aumento gradual de la presión detrás del avión, se forma una onda de choque de sonido. La unidad de medida de esta velocidad es interesante y poca gente la conoce. Se llama Mach. Mach 1 es igual a la velocidad del sonido. Si una onda viaja a Mach 2, entonces viaja dos veces más rápido que la velocidad del sonido.

Ruidos

Hay ruido constante en la vida diaria humana. El nivel de ruido se mide en decibelios. El movimiento de los coches, el viento, el susurro de las hojas, el entrelazamiento de las voces de las personas y otros ruidos sonoros son nuestros compañeros diarios. Pero el analizador auditivo humano tiene la capacidad de acostumbrarse a ese ruido. Sin embargo, también hay fenómenos que ni siquiera la capacidad de adaptación del oído humano puede afrontar. Por ejemplo, un ruido superior a 120 dB puede provocar dolor. El animal más ruidoso es la ballena azul. Cuando emite sonidos, se puede oír a una distancia de más de 800 kilómetros.

Eco

¿Cómo se produce un eco? Aquí todo es muy sencillo. Una onda sonora tiene la capacidad de reflejarse desde diferentes superficies: desde el agua, desde una roca, desde las paredes de una habitación vacía. Esta onda regresa a nosotros, por lo que escuchamos un sonido secundario. No es tan claro como el original porque parte de la energía de la onda sonora se disipa a medida que viaja hacia el obstáculo.

Ecolocalización

La reflexión del sonido se utiliza para diversos fines prácticos. Por ejemplo, la ecolocalización. Se basa en el hecho de que con la ayuda de ondas ultrasónicas es posible determinar la distancia al objeto desde el cual se reflejan estas ondas. Los cálculos se realizan midiendo el tiempo que tarda el ultrasonido en viajar a un lugar y regresar. Muchos animales tienen la capacidad de ecolocalización. Por ejemplo, los murciélagos y los delfines lo utilizan para buscar comida. La ecolocalización ha encontrado otra aplicación en medicina. Durante los exámenes de ultrasonido, se forma una imagen de los órganos internos de una persona. La base de este método es que el ultrasonido, al entrar en un medio distinto del aire, regresa, formando así una imagen.

Ondas sonoras en la música.

¿Por qué los instrumentos musicales emiten ciertos sonidos? Rasgueo de guitarra, rasgueo de piano, tonos bajos de tambores y trompetas, la encantadora y fina voz de una flauta. Todos estos y muchos otros sonidos surgen por las vibraciones del aire o, en otras palabras, por la aparición de ondas sonoras. Pero ¿por qué el sonido de los instrumentos musicales es tan diverso? Resulta que esto depende de varios factores. El primero es la forma de la herramienta, el segundo es el material del que está hecha.

Veamos esto usando instrumentos de cuerda como ejemplo. Se convierten en una fuente de sonido cuando se tocan las cuerdas. Como resultado, comienzan a vibrar y a enviar diferentes sonidos al ambiente. El sonido grave de cualquier instrumento de cuerda se debe al mayor grosor y longitud de la cuerda, así como a la debilidad de su tensión. Y viceversa, cuanto más se estira la cuerda, más delgada y corta es, más alto es el sonido que se obtiene al tocar.

Acción del micrófono

Se basa en la conversión de la energía de las ondas sonoras en energía eléctrica. En este caso, la intensidad de la corriente y la naturaleza del sonido dependen directamente. Dentro de cualquier micrófono hay una delgada placa de metal. Cuando se expone al sonido, comienza a realizar movimientos oscilatorios. La espiral a la que está conectada la placa también vibra, lo que genera una corriente eléctrica. ¿Por qué aparece? Esto se debe a que el micrófono también tiene imanes incorporados. Cuando la espiral oscila entre sus polos, se genera una corriente eléctrica que recorre la espiral y luego llega a una columna de sonido (altavoz) o al equipo de grabación en un medio de información (casete, disco, computadora). Por cierto, el micrófono del teléfono tiene una estructura similar. Pero, ¿cómo funcionan los micrófonos en teléfonos fijos y móviles? La fase inicial para ellos es la misma: el sonido de la voz humana transmite sus vibraciones a la placa del micrófono, luego todo sigue el escenario descrito anteriormente: una espiral que, cuando se mueve, cierra dos polos, se crea una corriente. ¿Que sigue? Con un teléfono fijo todo está más o menos claro: al igual que en un micrófono, el sonido, convertido en corriente eléctrica, corre a través de los cables. Pero ¿qué pasa con un teléfono móvil o, por ejemplo, un walkie-talkie? En estos casos, el sonido se convierte en energía de ondas de radio y llega al satélite. Eso es todo.

Fenómeno de resonancia

A veces se crean condiciones en las que la amplitud de las vibraciones del cuerpo físico aumenta bruscamente. Esto ocurre debido a la convergencia de los valores de la frecuencia de oscilaciones forzadas y la frecuencia natural de oscilaciones del objeto (cuerpo). La resonancia puede ser tanto beneficiosa como perjudicial. Por ejemplo, para sacar un automóvil de un agujero, se arranca y se empuja hacia adelante y hacia atrás para provocar resonancia y darle inercia al automóvil. Pero también ha habido casos de consecuencias negativas de la resonancia. Por ejemplo, en San Petersburgo, hace unos cien años, un puente se derrumbó bajo el paso de soldados que marchaban al unísono.

Esta lección cubre el tema "Ondas sonoras". En esta lección continuaremos estudiando la acústica. Primero, repitamos la definición de ondas sonoras, luego consideremos sus rangos de frecuencia y familiaricémonos con el concepto de ondas ultrasónicas e infrasónicas. También discutiremos las propiedades de las ondas sonoras en diferentes medios y aprenderemos cuáles son sus características. .

Ondas sonoras - Se trata de vibraciones mecánicas que, difundiéndose e interactuando con el órgano de la audición, son percibidas por una persona (Fig. 1).

Arroz. 1. Onda sonora

La sección que trata de estas ondas en física se llama acústica. La profesión de las personas a las que comúnmente se les llama "oyentes" es la acústica. Una onda de sonido es una onda que se propaga en un medio elástico, es una onda longitudinal, y cuando se propaga en un medio elástico se alternan compresión y rarefacción. Se transmite con el tiempo a distancia (Fig. 2).

Arroz. 2. Propagación de una onda sonora.

Las ondas sonoras incluyen vibraciones que se producen con una frecuencia de 20 a 20.000 Hz. Estas frecuencias corresponden a longitudes de onda de 17 m (para 20 Hz) y 17 mm (para 20.000 Hz). Este rango se llamará sonido audible. Estas longitudes de onda se dan para el aire, cuya velocidad de propagación del sonido es igual a.

También existen rangos en los que se dedican los acústicos: infrasónicos y ultrasónicos. Los infrasónicos son aquellos que tienen una frecuencia inferior a 20 Hz. Y los ultrasónicos son aquellos que tienen una frecuencia superior a 20.000 Hz (Fig. 3).

Arroz. 3. Rangos de ondas sonoras

Toda persona educada debería estar familiarizada con el rango de frecuencia de las ondas sonoras y saber que si se realiza una ecografía, la imagen en la pantalla del ordenador se formará con una frecuencia de más de 20.000 Hz.

Ultrasonido – Se trata de ondas mecánicas similares a las ondas sonoras, pero con una frecuencia de 20 kHz a mil millones de hercios.

Las ondas con una frecuencia de más de mil millones de hercios se llaman hipersonido.

El ultrasonido se utiliza para detectar defectos en piezas fundidas. Se dirige una corriente de breves señales ultrasónicas a la pieza que se está examinando. En aquellos lugares donde no hay defectos, las señales atraviesan la pieza sin ser registradas por el receptor.

Si hay una grieta, una cavidad de aire u otra falta de homogeneidad en la pieza, la señal ultrasónica se refleja en ella y, al regresar, ingresa al receptor. Este método se llama detección de fallas por ultrasonidos.

Otros ejemplos de aplicaciones de ultrasonido son los aparatos de ultrasonido, los aparatos de ultrasonido, la terapia con ultrasonido.

Infrasonido – Ondas mecánicas similares a las ondas sonoras, pero con una frecuencia inferior a 20 Hz. No son percibidos por el oído humano.

Las fuentes naturales de ondas infrasonidas son tormentas, tsunamis, terremotos, huracanes, erupciones volcánicas y tormentas eléctricas.

El infrasonido también es una onda importante que se utiliza para hacer vibrar la superficie (por ejemplo, para destruir algunos objetos grandes). Lanzamos infrasonidos al suelo y el suelo se rompe. ¿Dónde se usa esto? Por ejemplo, en las minas de diamantes, donde toman mineral que contiene componentes de diamante y lo trituran en pequeñas partículas para encontrar estas inclusiones de diamante (Fig. 4).

Arroz. 4. Aplicación de infrasonidos

La velocidad del sonido depende de las condiciones ambientales y de la temperatura (Fig. 5).

Arroz. 5. Velocidad de propagación de las ondas sonoras en diversos medios.

Tenga en cuenta: en el aire la velocidad del sonido en es igual a , y en , la velocidad aumenta en . Si es investigador, este conocimiento puede resultarle útil. Incluso se le puede ocurrir algún tipo de sensor de temperatura que registre las diferencias de temperatura cambiando la velocidad del sonido en el medio. Ya sabemos que cuanto más denso es el medio, más grave es la interacción entre las partículas del medio y más rápido se propaga la onda. En el último párrafo discutimos esto usando el ejemplo de aire seco y aire húmedo. Para el agua, la velocidad de propagación del sonido es. Si crea una onda de sonido (golpea un diapasón), entonces la velocidad de su propagación en el agua será 4 veces mayor que en el aire. Por agua, la información llegará 4 veces más rápido que por aire. Y en acero es aún más rápido: (Figura 6).

Arroz. 6. Velocidad de propagación de las ondas sonoras

Sabes por las epopeyas que Ilya Muromets usó (y todos los héroes y gente y niños rusos comunes y corrientes del RVS de Gaidar) usaron un método muy interesante para detectar un objeto que se acerca, pero que aún está lejos. El sonido que hace al moverse aún no es audible. Ilya Muromets, con el oído pegado al suelo, puede oírla. ¿Por qué? Porque el sonido se transmite sobre tierra firme a mayor velocidad, lo que significa que llegará más rápido al oído de Ilya Muromets y podrá prepararse para enfrentarse al enemigo.

Las ondas sonoras más interesantes son los sonidos y ruidos musicales. ¿Qué objetos pueden crear ondas sonoras? Si tomamos una fuente de onda y un medio elástico, si hacemos que la fuente de sonido vibre armoniosamente, tendremos una onda sonora maravillosa, que se llamará sonido musical. Estas fuentes de ondas sonoras pueden ser, por ejemplo, las cuerdas de una guitarra o un piano. Puede ser una onda sonora que se crea en el espacio de aire de un tubo (órgano o tubo). De las lecciones de música conoces las notas: do, re, mi, fa, sol, la, si. En acústica se les llama tonos (Fig. 7).

Arroz. 7. Tonos musicales

Todos los objetos que puedan producir tonos tendrán características. ¿En qué se diferencian? Se diferencian en longitud de onda y frecuencia. Si estas ondas sonoras no son creadas por cuerpos que suenan armoniosamente o no están conectadas en algún tipo de pieza orquestal común, entonces esa cantidad de sonidos se llamará ruido.

Ruido– oscilaciones aleatorias de diversa naturaleza física, caracterizadas por la complejidad de su estructura temporal y espectral. El concepto de ruido es tanto doméstico como físico, son muy similares y, por lo tanto, lo presentamos como un importante objeto de consideración aparte.

Pasemos a estimaciones cuantitativas de ondas sonoras. ¿Cuáles son las características de las ondas sonoras musicales? Estas características se aplican exclusivamente a las vibraciones sonoras armónicas. Entonces, volumen de sonido. ¿Cómo se determina el volumen del sonido? Consideremos la propagación de una onda sonora en el tiempo o las oscilaciones de la fuente de la onda sonora (Fig. 8).

Arroz. 8. Volumen del sonido

Al mismo tiempo, si no añadimos mucho sonido al sistema (por ejemplo, pulsamos suavemente una tecla del piano), entonces habrá un sonido suave. Si levantamos la mano en voz alta, provocamos este sonido al presionar la tecla, obtenemos un sonido fuerte. ¿De qué depende esto? Un sonido suave tiene una amplitud de vibración menor que un sonido fuerte.

La siguiente característica importante del sonido musical y de cualquier otro sonido es altura. ¿De qué depende el tono del sonido? La altura depende de la frecuencia. Podemos hacer que la fuente oscile con frecuencia, o podemos hacer que oscile no muy rápidamente (es decir, realizar menos oscilaciones por unidad de tiempo). Consideremos el barrido temporal de un sonido alto y bajo de la misma amplitud (Fig. 9).

Arroz. 9. Lanzamiento

Se puede sacar una conclusión interesante. Si una persona canta en voz baja, entonces su fuente de sonido (las cuerdas vocales) vibra varias veces más lento que la de una persona que canta soprano. En el segundo caso, las cuerdas vocales vibran con más frecuencia y, por tanto, provocan con mayor frecuencia bolsas de compresión y descarga en la propagación de la onda.

Hay otra característica interesante de las ondas sonoras que los físicos no estudian. Este timbre. Conoces y distingues fácilmente la misma pieza musical interpretada en balalaika o violonchelo. ¿En qué se diferencian estos sonidos o esta interpretación? Al comienzo del experimento, pedimos a las personas que producen sonidos que los hicieran con aproximadamente la misma amplitud, para que el volumen del sonido fuera el mismo. Es como en el caso de una orquesta: si no es necesario resaltar ningún instrumento, todos tocan aproximadamente igual, con la misma fuerza. Entonces el timbre de la balalaika y el violonchelo es diferente. Si tuviéramos que dibujar el sonido producido por un instrumento de otro mediante diagramas, serían iguales. Pero puedes distinguir fácilmente estos instrumentos por su sonido.

Otro ejemplo de la importancia del timbre. Imagínese dos cantantes que se gradúan en la misma universidad de música con los mismos profesores. Estudiaron igualmente bien, con sobresalientes. Por alguna razón, uno se convierte en un artista destacado, mientras que el otro toda su vida está insatisfecho con su carrera. De hecho, esto está determinado únicamente por su instrumento, que provoca vibraciones vocales en el entorno, es decir, sus voces difieren en timbre.

Bibliografía

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1. Portal de Internet “eduspb.com” ()
2. Portal de Internet “msk.edu.ua” ()
3. Portal de Internet “class-fizika.narod.ru” ()

Tarea

1. ¿Cómo viaja el sonido? ¿Cuál podría ser la fuente del sonido?
2. ¿Puede el sonido viajar a través del espacio?
3. ¿Percibe cada onda que llega al órgano auditivo de una persona?

18 de febrero de 2016

El mundo del entretenimiento en casa es bastante variado y puede incluir: ver una película en un buen sistema de cine en casa; juego divertido y adictivo o escuchar música. Como regla general, cada uno encuentra algo propio en este ámbito o combina todo a la vez. Pero no importa cuáles sean los objetivos de una persona al organizar su tiempo libre y no importa a qué extremo llegue, todos estos vínculos están firmemente conectados por una palabra simple y comprensible: "sonido". Efectivamente, en todos estos casos, nos dejaremos llevar por la banda sonora. Pero esta pregunta no es tan simple y trivial, especialmente en los casos en que se desea lograr un sonido de alta calidad en una habitación o en cualquier otra condición. Para ello, no siempre es necesario comprar costosos componentes de alta fidelidad o alta gama (aunque será muy útil), pero basta con un buen conocimiento de la teoría física, que puede eliminar la mayoría de los problemas que surgen a todos. quien se propone obtener una actuación de voz de alta calidad.

A continuación, se considerará la teoría del sonido y la acústica desde el punto de vista de la física. En este caso, intentaré hacerlo lo más accesible posible para la comprensión de cualquier persona que, quizás, esté lejos del conocimiento de las leyes o fórmulas físicas, pero que sin embargo sueña apasionadamente con hacer realidad el sueño de crear una acústica perfecta. sistema. No pretendo afirmar que para lograr buenos resultados en esta área en casa (o en el automóvil, por ejemplo) sea necesario conocer a fondo estas teorías, sin embargo, comprender los conceptos básicos evitará muchos errores estúpidos y absurdos, además de permitir lograr el máximo efecto de sonido del sistema en cualquier nivel.

Teoría general del sonido y terminología musical.

Qué es sonido? Esta es la sensación que percibe el órgano auditivo. "oreja"(el fenómeno en sí existe incluso sin la participación del "oído" en el proceso, pero es más fácil de entender de esta manera), que ocurre cuando el tímpano es excitado por una onda sonora. El oído en este caso actúa como un "receptor" de ondas sonoras de diferentes frecuencias.
Onda de sonido Es esencialmente una serie secuencial de compactaciones y descargas del medio (más a menudo el medio aéreo en condiciones normales) de varias frecuencias. La naturaleza de las ondas sonoras es oscilatoria, causada y producida por la vibración de cualquier cuerpo. La aparición y propagación de una onda sonora clásica es posible en tres medios elásticos: gaseoso, líquido y sólido. Cuando se produce una onda sonora en uno de estos tipos de espacio, inevitablemente se producen algunos cambios en el propio medio, por ejemplo, un cambio en la densidad o presión del aire, el movimiento de partículas de masa de aire, etc.

Dado que una onda sonora tiene una naturaleza oscilatoria, tiene una característica como la frecuencia. Frecuencia medido en hercios (en honor al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz), y denota el número de oscilaciones durante un período de tiempo igual a un segundo. Aquellos. por ejemplo, una frecuencia de 20 Hz indica un ciclo de 20 oscilaciones en un segundo. El concepto subjetivo de su altura depende también de la frecuencia del sonido. Cuantas más vibraciones sonoras se produzcan por segundo, más “alto” aparecerá el sonido. Una onda sonora también tiene otra característica importante, que tiene un nombre: longitud de onda. Longitud de onda Se acostumbra considerar la distancia que recorre un sonido de una determinada frecuencia en un período igual a un segundo. Por ejemplo, la longitud de onda del sonido más bajo en el rango audible humano a 20 Hz es de 16,5 metros, y la longitud de onda del sonido más alto a 20.000 Hz es de 1,7 centímetros.

El oído humano está diseñado de tal manera que es capaz de percibir ondas sólo en un rango limitado, aproximadamente 20 Hz - 20.000 Hz (dependiendo de las características de cada persona en particular, algunas pueden oír un poco más, otras menos). . Por lo tanto, esto no significa que los sonidos por debajo o por encima de estas frecuencias no existan, simplemente no son percibidos por el oído humano y van más allá del rango audible. El sonido por encima del rango audible se llama ultrasonido, el sonido por debajo del rango audible se llama infrasonido. Algunos animales son capaces de percibir sonidos ultra e infrarrojos, algunos incluso utilizan este rango para orientarse en el espacio (murciélagos, delfines). Si el sonido pasa a través de un medio que no está en contacto directo con el órgano auditivo humano, es posible que dicho sonido no se escuche o se debilite considerablemente posteriormente.

En la terminología musical del sonido, existen designaciones tan importantes como octava, tono y armónico del sonido. Octava significa un intervalo en el que la relación de frecuencia entre los sonidos es de 1 a 2. Una octava suele ser muy distinguible de oído, mientras que los sonidos dentro de este intervalo pueden ser muy similares entre sí. También se puede llamar octava a un sonido que vibra el doble que otro sonido en el mismo periodo de tiempo. Por ejemplo, la frecuencia de 800 Hz no es más que una octava superior de 400 Hz, y la frecuencia de 400 Hz a su vez es la siguiente octava de sonido con una frecuencia de 200 Hz. La octava, a su vez, se compone de tonos y armónicos. El oído humano percibe las vibraciones variables en una onda sonora armónica de la misma frecuencia como tono musical. Las vibraciones de alta frecuencia se pueden interpretar como sonidos agudos, mientras que las vibraciones de baja frecuencia se pueden interpretar como sonidos graves. El oído humano es capaz de distinguir claramente sonidos con una diferencia de un tono (en el rango de hasta 4000 Hz). A pesar de esto, la música utiliza una cantidad extremadamente pequeña de tonos. Esto se explica considerando el principio de consonancia armónica; todo se basa en el principio de octavas.

Consideremos la teoría de los tonos musicales usando el ejemplo de una cuerda estirada de cierta manera. Una cuerda de este tipo, dependiendo de la fuerza de tensión, se "sintonizará" a una frecuencia específica. Cuando esta cuerda se expone a algo con una fuerza específica, que la hace vibrar, se observará constantemente un tono de sonido específico y escucharemos la frecuencia de afinación deseada. Este sonido se llama tono fundamental. Se acepta oficialmente como tono fundamental en el ámbito musical la frecuencia de la nota “La” de la primera octava, igual a 440 Hz. Sin embargo, la mayoría de los instrumentos musicales nunca reproducen tonos fundamentales puros por sí solos; van inevitablemente acompañados de armónicos llamados matices. Conviene recordar aquí una definición importante de la acústica musical: el concepto de timbre sonoro. Timbre- esta es una característica de los sonidos musicales que da a los instrumentos musicales y a las voces su especificidad de sonido única y reconocible, incluso cuando se comparan sonidos del mismo tono y volumen. El timbre de cada instrumento musical depende de la distribución de la energía sonora entre armónicos en el momento en que aparece el sonido.

Los armónicos forman una coloración específica del tono fundamental, mediante la cual podemos identificar y reconocer fácilmente un instrumento específico, así como distinguir claramente su sonido de otro instrumento. Hay dos tipos de armónicos: armónicos y no armónicos. matices armónicos por definición son múltiplos de la frecuencia fundamental. Por el contrario, si los armónicos no son múltiples y se desvían notablemente de los valores, entonces se llaman no armónico. En música, el funcionamiento con múltiples armónicos está prácticamente excluido, por lo que el término se reduce al concepto de “armónico”, que significa armónico. En algunos instrumentos, como el piano, el tono fundamental ni siquiera tiene tiempo de formarse; en un corto período de tiempo, la energía sonora de los armónicos aumenta y luego disminuye con la misma rapidez. Muchos instrumentos crean lo que se llama un efecto de "tono de transición", donde la energía de ciertos armónicos es más alta en un momento determinado, generalmente al principio, pero luego cambia abruptamente y pasa a otros armónicos. El rango de frecuencia de cada instrumento se puede considerar por separado y generalmente se limita a las frecuencias fundamentales que ese instrumento en particular es capaz de producir.

En la teoría del sonido también existe el RUIDO. Ruido- es cualquier sonido creado por una combinación de fuentes que son inconsistentes entre sí. Todo el mundo es muy consciente del ruido de las hojas de los árboles, mecidas por el viento, etc.

¿Qué determina el volumen del sonido? Obviamente, este fenómeno depende directamente de la cantidad de energía transferida por la onda sonora. Para determinar los indicadores cuantitativos del volumen, existe un concepto: la intensidad del sonido. Intensidad del sonido se define como el flujo de energía que pasa a través de algún área del espacio (por ejemplo, cm2) por unidad de tiempo (por ejemplo, por segundo). En una conversación normal, la intensidad es de unos 9 o 10 W/cm2. El oído humano es capaz de percibir sonidos en un rango de sensibilidad bastante amplio, mientras que la sensibilidad de las frecuencias es heterogénea dentro del espectro sonoro. De esta manera se percibe mejor el rango de frecuencia de 1000 Hz a 4000 Hz, que cubre con mayor amplitud el habla humana.

Debido a que los sonidos varían mucho en intensidad, es más conveniente pensar en ellos como una cantidad logarítmica y medirlos en decibeles (en honor al científico escocés Alexander Graham Bell). El umbral inferior de sensibilidad auditiva del oído humano es de 0 dB, el superior es de 120 dB, también llamado "umbral del dolor". El oído humano tampoco percibe el límite superior de sensibilidad de la misma manera, sino que depende de la frecuencia específica. Los sonidos de baja frecuencia deben tener una intensidad mucho mayor que los sonidos de alta frecuencia para activar el umbral del dolor. Por ejemplo, el umbral del dolor a una frecuencia baja de 31,5 Hz se produce a un nivel de intensidad sonora de 135 dB, mientras que a una frecuencia de 2000 Hz la sensación de dolor aparecerá a 112 dB. También existe el concepto de presión sonora, que en realidad amplía la explicación habitual de la propagación de una onda sonora en el aire. Presión sonora- Se trata de un exceso de presión variable que surge en un medio elástico como consecuencia del paso de una onda sonora a través de él.

Naturaleza ondulatoria del sonido.

Para comprender mejor el sistema de generación de ondas sonoras, imaginemos un altavoz clásico situado en un tubo lleno de aire. Si el altavoz hace un movimiento brusco hacia adelante, el aire que se encuentra en las inmediaciones del difusor se comprime momentáneamente. Luego, el aire se expandirá, empujando así la región de aire comprimido a lo largo de la tubería.
Este movimiento ondulatorio se convertirá posteriormente en sonido cuando llegue al órgano auditivo y “excite” el tímpano. Cuando se produce una onda de sonido en un gas, se crea un exceso de presión y densidad y las partículas se mueven a una velocidad constante. Respecto a las ondas sonoras, es importante recordar el hecho de que la sustancia no se mueve junto con la onda sonora, sino que sólo se produce una perturbación temporal de las masas de aire.

Si imaginamos un pistón suspendido en el espacio libre sobre un resorte y haciendo movimientos repetidos "hacia adelante y hacia atrás", entonces tales oscilaciones se llamarán armónicas o sinusoidales (si imaginamos la onda como una gráfica, en este caso obtendremos una onda pura). sinusoide con repetidas subidas y bajadas). Si imaginamos un altavoz en un tubo (como en el ejemplo descrito anteriormente) realizando oscilaciones armónicas, entonces en el momento en que el altavoz se mueve “hacia adelante” se obtiene el conocido efecto de compresión del aire, y cuando el altavoz se mueve “hacia atrás” se obtiene el conocido efecto de compresión del aire. Se produce el efecto contrario de rarefacción. En este caso, una onda de compresión y rarefacción alternas se propagará a través de la tubería. La distancia a lo largo de la tubería entre máximos o mínimos (fases) adyacentes se llamará longitud de onda. Si las partículas oscilan paralelamente a la dirección de propagación de la onda, entonces la onda se llama longitudinal. Si oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación, entonces la onda se llama transverso. Normalmente, las ondas sonoras en gases y líquidos son longitudinales, pero en los sólidos pueden ocurrir ondas de ambos tipos. Las ondas transversales en los sólidos surgen debido a la resistencia al cambio de forma. La principal diferencia entre estos dos tipos de ondas es que una onda transversal tiene la propiedad de polarización (las oscilaciones se producen en un determinado plano), mientras que una onda longitudinal no.

velocidad del sonido

La velocidad del sonido depende directamente de las características del medio en el que se propaga. Está determinado (dependiente) por dos propiedades del medio: elasticidad y densidad del material. La velocidad del sonido en los sólidos depende directamente del tipo de material y de sus propiedades. La velocidad en medios gaseosos depende de un solo tipo de deformación del medio: compresión-rarefacción. El cambio de presión en una onda sonora se produce sin intercambio de calor con las partículas circundantes y se denomina adiabático.
La velocidad del sonido en un gas depende principalmente de la temperatura: aumenta al aumentar la temperatura y disminuye al disminuir la temperatura. Además, la velocidad del sonido en un medio gaseoso depende del tamaño y la masa de las propias moléculas de gas: cuanto menor es la masa y el tamaño de las partículas, mayor es la "conductividad" de la onda y, en consecuencia, mayor es la velocidad.

En medios líquidos y sólidos, el principio de propagación y la velocidad del sonido son similares a cómo se propaga una onda en el aire: por compresión-descarga. Pero en estos ambientes, además de la misma dependencia de la temperatura, la densidad del medio y su composición/estructura son bastante importantes. Cuanto menor sea la densidad de la sustancia, mayor será la velocidad del sonido y viceversa. La dependencia de la composición del medio es más compleja y se determina en cada caso concreto, teniendo en cuenta la ubicación e interacción de las moléculas/átomos.

Velocidad del sonido en el aire a t, °C 20: 343 m/s
Velocidad del sonido en agua destilada a t, °C 20: 1481 m/s
Velocidad del sonido en acero a t, °C 20: 5000 m/s

Ondas estacionarias e interferencias.

Cuando un altavoz crea ondas sonoras en un espacio reducido, inevitablemente se produce el efecto de ondas reflejadas desde los límites. Como resultado, esto ocurre con mayor frecuencia. efecto de interferencia- cuando dos o más ondas sonoras se superponen. Casos especiales de fenómenos de interferencia son la formación de: 1) ondas batientes o 2) ondas estacionarias. El ritmo de las olas- este es el caso cuando se produce la suma de ondas con frecuencias y amplitudes similares. La imagen de la aparición de latidos: cuando dos ondas de frecuencias similares se superponen. En algún momento, con tal superposición, los picos de amplitud pueden coincidir "en fase" y las disminuciones también pueden coincidir en "antifase". Así se caracterizan los ritmos sonoros. Es importante recordar que, a diferencia de las ondas estacionarias, las coincidencias de fase de los picos no ocurren constantemente, sino en ciertos intervalos de tiempo. Para el oído, este patrón de latidos se distingue con bastante claridad y se escucha como un aumento y una disminución periódicos del volumen, respectivamente. El mecanismo por el que se produce este efecto es sumamente sencillo: cuando los picos coinciden, el volumen aumenta, y cuando los valles coinciden, el volumen disminuye.

Ondas estacionarias Surgen en el caso de superposición de dos ondas de la misma amplitud, fase y frecuencia, cuando al “encontrarse” dichas ondas una se mueve hacia adelante y la otra en dirección opuesta. En la zona del espacio (donde se formó la onda estacionaria), aparece una imagen de la superposición de dos amplitudes de frecuencia, con máximos (los llamados antinodos) y mínimos (los llamados nodos) alternos. Cuando ocurre este fenómeno, la frecuencia, la fase y el coeficiente de atenuación de la onda en el lugar de reflexión son extremadamente importantes. A diferencia de las ondas viajeras, en una onda estacionaria no hay transferencia de energía debido al hecho de que las ondas hacia adelante y hacia atrás que forman esta onda transfieren energía en cantidades iguales tanto en la dirección directa como en la opuesta. Para comprender claramente la aparición de una onda estacionaria, imaginemos un ejemplo de acústica doméstica. Digamos que tenemos sistemas de altavoces de suelo en un espacio (habitación) limitado. Haciéndoles tocar algo con mucho bajo, intentemos cambiar la ubicación del oyente en la sala. Por lo tanto, un oyente que se encuentra en la zona de mínima (resta) de una onda estacionaria sentirá el efecto de que hay muy pocos graves, y si el oyente se encuentra en una zona de máximo (suma) de frecuencias, entonces sucederá lo contrario. Se obtiene el efecto de un aumento significativo en la región de los graves. En este caso, el efecto se observa en todas las octavas de la frecuencia base. Por ejemplo, si la frecuencia base es 440 Hz, entonces el fenómeno de "suma" o "resta" también se observará en frecuencias de 880 Hz, 1760 Hz, 3520 Hz, etc.

Fenómeno de resonancia

La mayoría de los sólidos tienen una frecuencia de resonancia natural. Es bastante fácil entender este efecto usando el ejemplo de una tubería común, abierta solo por un extremo. Imaginemos una situación en la que se conecta un altavoz al otro extremo del tubo, que puede reproducir una frecuencia constante, que también se puede cambiar más adelante. Entonces, la tubería tiene su propia frecuencia de resonancia, en términos simples: esta es la frecuencia a la que la tubería "resuena" o emite su propio sonido. Si la frecuencia del altavoz (como resultado del ajuste) coincide con la frecuencia de resonancia del tubo, se producirá el efecto de aumentar el volumen varias veces. Esto sucede porque el altavoz excita vibraciones de la columna de aire en la tubería con una amplitud significativa hasta que se encuentra la misma "frecuencia de resonancia" y se produce el efecto de suma. El fenómeno resultante se puede describir de la siguiente manera: el tubo en este ejemplo "ayuda" al altavoz resonando en una frecuencia específica, sus esfuerzos se suman y "resultan" en un efecto fuerte audible. En el ejemplo de los instrumentos musicales, este fenómeno se puede ver fácilmente, ya que el diseño de la mayoría de los instrumentos contiene elementos llamados resonadores. No es difícil adivinar qué sirve para realzar una determinada frecuencia o tono musical. Por ejemplo: el cuerpo de una guitarra con un resonador en forma de agujero que se acopla con el volumen; El diseño del tubo de flauta (y de todos los tubos en general); La forma cilíndrica del cuerpo del tambor, que a su vez es un resonador de cierta frecuencia.

Espectro de frecuencia del sonido y respuesta de frecuencia.

Dado que en la práctica prácticamente no existen ondas de la misma frecuencia, se hace necesario descomponer todo el espectro sonoro del rango audible en sobretonos o armónicos. Para estos fines, existen gráficos que muestran la dependencia de la energía relativa de las vibraciones del sonido con la frecuencia. Este gráfico se llama gráfico de espectro de frecuencias del sonido. Espectro de frecuencia del sonido. Hay dos tipos: discretos y continuos. Un gráfico de espectro discreto muestra frecuencias individuales separadas por espacios en blanco. El espectro continuo contiene todas las frecuencias de sonido a la vez.
En el caso de la música o la acústica, lo más habitual es utilizar el gráfico habitual. Características de amplitud-frecuencia(abreviado como "AFC"). Este gráfico muestra la dependencia de la amplitud de las vibraciones del sonido con la frecuencia en todo el espectro de frecuencia (20 Hz - 20 kHz). Al observar un gráfico de este tipo, es fácil comprender, por ejemplo, las fortalezas o debilidades de un altavoz en particular o del sistema acústico en su conjunto, las áreas más fuertes de producción de energía, las caídas y aumentos de frecuencia, la atenuación y también rastrear la pendiente. del declive.

Propagación de ondas sonoras, fase y antifase.

El proceso de propagación de ondas sonoras ocurre en todas direcciones desde la fuente. El ejemplo más sencillo para entender este fenómeno es un guijarro arrojado al agua.
Desde el lugar donde cayó la piedra, las olas comienzan a extenderse por la superficie del agua en todas direcciones. Sin embargo, imaginemos una situación en la que se utiliza un altavoz de cierto volumen, digamos una caja cerrada, que está conectado a un amplificador y reproduce algún tipo de señal musical. Es fácil notar (especialmente si aplica una señal potente de baja frecuencia, por ejemplo, un bombo) que el altavoz hace un movimiento rápido "hacia adelante" y luego el mismo movimiento rápido "hacia atrás". Lo que queda por entender es que cuando el altavoz avanza, emite una onda sonora que escuchamos más tarde. Pero, ¿qué sucede cuando el hablante retrocede? Y paradójicamente sucede lo mismo, el altavoz emite el mismo sonido, sólo que en nuestro ejemplo se propaga íntegramente dentro del volumen de la caja, sin traspasar sus límites (la caja está cerrada). En general, en el ejemplo anterior se pueden observar muchos fenómenos físicos interesantes, el más significativo de los cuales es el concepto de fase.

La onda sonora que el hablante, estando en el volumen, emite en dirección al oyente está “en fase”. La onda inversa, que entra en el volumen de la caja, será correspondientemente antifase. ¿Solo queda entender qué significan estos conceptos? Fase de señal– este es el nivel de presión sonora en el momento actual en algún punto del espacio. La forma más sencilla de comprender esta fase es con el ejemplo de la reproducción de material musical mediante un par de sistemas de altavoces domésticos estéreo convencionales de suelo. Imaginemos que dos de estos altavoces de suelo están instalados en una habitación determinada y suenan. En este caso, ambos sistemas acústicos reproducen una señal síncrona de presión sonora variable, y la presión sonora de un altavoz se suma a la presión sonora del otro altavoz. Un efecto similar ocurre debido a la sincronicidad de la reproducción de la señal de los altavoces izquierdo y derecho, respectivamente, es decir, los picos y valles de las ondas emitidas por los altavoces izquierdo y derecho coinciden.

Ahora imaginemos que las presiones sonoras siguen cambiando de la misma manera (no han sufrido cambios), pero ahora son opuestas entre sí. Esto puede suceder si conecta un sistema de altavoces de dos con polaridad inversa (el cable "+" del amplificador al terminal "-" del sistema de altavoces y el cable "-" del amplificador al terminal "+" del sistema de altavoces). En este caso, la señal opuesta provocará una diferencia de presión, que se puede representar en números de la siguiente manera: el altavoz izquierdo creará una presión de “1 Pa” y el altavoz derecho creará una presión de “menos 1 Pa”. Como resultado, el volumen total del sonido en la ubicación del oyente será cero. Este fenómeno se llama antifase. Si miramos el ejemplo con más detalle para comprenderlo, resulta que dos parlantes que suenan "en fase" crean áreas idénticas de compactación y rarefacción del aire, ayudándose así entre sí. En el caso de una antifase idealizada, el área de espacio de aire comprimido creada por un hablante irá acompañada de un área de espacio de aire enrarecido creado por el segundo hablante. Esto se parece aproximadamente al fenómeno de la cancelación mutua y sincrónica de ondas. Es cierto que en la práctica el volumen no baja a cero y escucharemos un sonido muy distorsionado y debilitado.

La forma más accesible de describir este fenómeno es la siguiente: dos señales con las mismas oscilaciones (frecuencia), pero desplazadas en el tiempo. En vista de esto, es más conveniente presentar estos fenómenos de desplazamiento usando el ejemplo de un reloj redondo ordinario. Imaginemos que hay varios relojes redondos idénticos colgados en la pared. Cuando las manecillas de los segundos de este reloj funcionan sincrónicamente, en un reloj 30 segundos y en el otro 30, entonces este es un ejemplo de una señal que está en fase. Si las manecillas de los segundos se mueven con un cambio, pero la velocidad sigue siendo la misma, por ejemplo, en un reloj son 30 segundos y en otro son 24 segundos, entonces este es un ejemplo clásico de cambio de fase. De la misma forma, la fase se mide en grados, dentro de un círculo virtual. En este caso, cuando las señales se desplazan entre sí 180 grados (medio período), se obtiene la antifase clásica. En la práctica se producen a menudo pequeños cambios de fase, que también pueden determinarse gradualmente y eliminarse con éxito.

Las ondas son planas y esféricas. Un frente de onda plano se propaga en una sola dirección y rara vez se encuentra en la práctica. Un frente de onda esférico es un tipo simple de onda que se origina en un solo punto y viaja en todas direcciones. Las ondas sonoras tienen la propiedad difracción, es decir. Capacidad para sortear obstáculos y objetos. El grado de flexión depende de la relación entre la longitud de onda del sonido y el tamaño del obstáculo o agujero. La difracción también ocurre cuando hay algún obstáculo en el camino del sonido. En este caso, son posibles dos escenarios: 1) Si el tamaño del obstáculo es mucho mayor que la longitud de onda, entonces el sonido se refleja o se absorbe (dependiendo del grado de absorción del material, el espesor del obstáculo, etc.). ), y se forma una zona de “sombra acústica” detrás del obstáculo. 2) Si el tamaño del obstáculo es comparable a la longitud de onda o incluso menor, entonces el sonido se difracta en cierta medida en todas direcciones. Si una onda de sonido, mientras se mueve en un medio, golpea la interfaz con otro medio (por ejemplo, un medio aéreo con un medio sólido), entonces pueden ocurrir tres escenarios: 1) la onda se reflejará desde la interfaz 2) la onda puede pasar a otro medio sin cambiar de dirección 3) una onda puede pasar a otro medio con un cambio de dirección en el límite, esto se llama "refracción de onda".

La relación entre el exceso de presión de una onda sonora y la velocidad volumétrica oscilatoria se llama resistencia de la onda. En palabras simples, impedancia de onda del medio Se puede llamar la capacidad de absorber ondas sonoras o "resistirlas". Los coeficientes de reflexión y transmisión dependen directamente de la relación de las impedancias de onda de los dos medios. La resistencia a las olas en un medio gaseoso es mucho menor que en agua o sólidos. Por lo tanto, si una onda sonora en el aire golpea un objeto sólido o la superficie de aguas profundas, el sonido se refleja desde la superficie o se absorbe en gran medida. Esto depende del espesor de la superficie (agua o sólido) sobre la que cae la onda sonora deseada. Cuando el espesor de un medio sólido o líquido es pequeño, las ondas sonoras “pasan” casi por completo, y viceversa, cuando el espesor del medio es grande, las ondas se reflejan con mayor frecuencia. En el caso de la reflexión de las ondas sonoras, este proceso se produce según una ley física bien conocida: "El ángulo de incidencia es igual al ángulo de reflexión". En este caso, cuando una onda de un medio con menor densidad choca con el límite con un medio de mayor densidad, se produce el fenómeno. refracción. Consiste en la curvatura (refracción) de una onda sonora después de “encontrarse” con un obstáculo, y va necesariamente acompañada de un cambio de velocidad. La refracción también depende de la temperatura del medio en el que se produce la reflexión.

En el proceso de propagación de las ondas sonoras en el espacio, su intensidad inevitablemente disminuye, podemos decir que las ondas se atenúan y el sonido se debilita. En la práctica, encontrar un efecto similar es bastante simple: por ejemplo, si dos personas se encuentran en un campo a cierta distancia (un metro o más cerca) y comienzan a decirse algo. Si posteriormente aumenta la distancia entre las personas (si comienzan a alejarse unas de otras), el mismo nivel de volumen de conversación será cada vez menos audible. Este ejemplo demuestra claramente el fenómeno de una disminución en la intensidad de las ondas sonoras. ¿Por qué está pasando esto? La razón de esto son varios procesos de intercambio de calor, interacción molecular y fricción interna de ondas sonoras. En la práctica, la mayoría de las veces la energía sonora se convierte en energía térmica. Estos procesos surgen inevitablemente en cualquiera de los 3 medios de propagación del sonido y pueden caracterizarse como absorción de ondas sonoras.

La intensidad y el grado de absorción de las ondas sonoras depende de muchos factores, como la presión y la temperatura del medio. La absorción también depende de la frecuencia del sonido específica. Cuando una onda sonora se propaga a través de líquidos o gases se produce un efecto de fricción entre diferentes partículas, lo que se llama viscosidad. Como resultado de esta fricción a nivel molecular, se produce el proceso de conversión de una onda de sonido a calor. En otras palabras, cuanto mayor sea la conductividad térmica del medio, menor será el grado de absorción de las ondas. La absorción del sonido en medios gaseosos también depende de la presión (la presión atmosférica cambia al aumentar la altitud en relación con el nivel del mar). En cuanto a la dependencia del grado de absorción de la frecuencia del sonido, teniendo en cuenta las dependencias de viscosidad y conductividad térmica mencionadas anteriormente, cuanto mayor es la frecuencia del sonido, mayor es la absorción del sonido. Por ejemplo, a temperatura y presión normales del aire, la absorción de una onda con una frecuencia de 5000 Hz es de 3 dB/km, y la absorción de una onda con una frecuencia de 50.000 Hz será de 300 dB/m.

En medios sólidos, se conservan todas las dependencias anteriores (conductividad térmica y viscosidad), pero a esto se le añaden varias condiciones más. Están asociados a la estructura molecular de los materiales sólidos, que pueden ser diferentes, con sus propias faltas de homogeneidad. Dependiendo de esta estructura molecular sólida interna, la absorción de ondas sonoras en este caso puede ser diferente y depende del tipo de material específico. Cuando el sonido atraviesa un cuerpo sólido, la onda sufre una serie de transformaciones y distorsiones, lo que a menudo conduce a la dispersión y absorción de la energía sonora. A nivel molecular, puede producirse un efecto de dislocación cuando una onda sonora provoca un desplazamiento de planos atómicos, que luego regresan a su posición original. O bien, el movimiento de las dislocaciones provoca una colisión con dislocaciones perpendiculares a ellas o defectos en la estructura cristalina, lo que provoca su inhibición y, como consecuencia, cierta absorción de la onda sonora. Sin embargo, la onda sonora también puede resonar con estos defectos, lo que provocará una distorsión de la onda original. La energía de una onda sonora en el momento de la interacción con los elementos de la estructura molecular del material se disipa como resultado de procesos de fricción internos.

En este artículo intentaré analizar las características de la percepción auditiva humana y algunas de las sutilezas y características de la propagación del sonido.

Los truenos, la música, el sonido de las olas, el habla humana y todo lo que escuchamos es sonido. ¿Qué es "sonido"?

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De hecho, todo lo que estamos acostumbrados a considerar sonido es solo uno de los tipos de vibraciones (aire) que nuestro cerebro y órganos pueden percibir.

¿Cuál es la naturaleza del sonido?

Todos los sonidos que se propagan en el aire son vibraciones de una onda sonora. Surge a través de la vibración de un objeto y diverge de su fuente en todas direcciones. El objeto que vibra comprime las moléculas del entorno y luego crea una atmósfera enrarecida, lo que hace que las moléculas se repelan cada vez más. Por lo tanto, los cambios en la presión del aire se propagan lejos del objeto, las moléculas mismas permanecen en una posición sin cambios.

El efecto de las ondas sonoras en el tímpano. Fuente de la imagen: prd.go.th

A medida que una onda sonora viaja por el espacio, se refleja en los objetos que encuentra en su camino, creando cambios en el aire circundante. Cuando estos cambios llegan a tu oído y afectan al tímpano, las terminaciones nerviosas envían una señal al cerebro y percibes estas vibraciones como sonido.

Características básicas de una onda sonora.

La forma de onda sonora más simple es una onda sinusoidal. Las ondas sinusoidales en su forma pura rara vez se encuentran en la naturaleza, pero es con ellas con las que uno debe comenzar a estudiar la física del sonido, ya que cualquier sonido se puede descomponer en una combinación de ondas sinusoidales.

Una onda sinusoidal demuestra claramente los tres criterios físicos principales del sonido: frecuencia, amplitud y fase.

Frecuencia

Cuanto menor es la frecuencia de vibración, menor es el sonido. Fuente de la imagen: ReasonGuide.Ru

La frecuencia es una cantidad que caracteriza el número de vibraciones por segundo. Se mide en número de períodos de oscilación o en hercios (Hz). El oído humano puede percibir sonidos en el rango de 20 Hz (frecuencias bajas) a 20 KHz (frecuencias altas). Los sonidos por encima de este rango se denominan ultrasonidos y por debajo, infrasonidos, y el oído humano no los percibe.

Amplitud

Cuanto mayor es la amplitud de la onda sonora, más fuerte será el sonido.

El concepto de amplitud (o intensidad) de una onda sonora se refiere a la fuerza del sonido, que el oído humano percibe como el volumen o intensidad del sonido. Las personas pueden percibir una gama bastante amplia de volúmenes de sonido: desde un grifo que gotea en un apartamento tranquilo hasta la música de un concierto. Para medir el volumen se utilizan fonómetros (medidos en decibeles), que utilizan una escala logarítmica para hacer más convenientes las mediciones.

Fase de onda sonora

Fases de una onda sonora. Fuente de la imagen: Muz-Flame.ru

Se utiliza para describir las propiedades de dos ondas sonoras. Si dos ondas tienen la misma amplitud y frecuencia, entonces se dice que las dos ondas sonoras están en fase. La fase se mide de 0 a 360, donde 0 es un valor que indica que las dos ondas sonoras están sincrónicas (en fase) y 180 es un valor que indica que las ondas están opuestas entre sí (fuera de fase). Cuando dos ondas sonoras están en fase, los dos sonidos se superponen y las señales se refuerzan entre sí. Cuando se combinan dos señales que no coinciden en amplitud, debido a la diferencia de presión, las señales se suprimen, lo que conduce a un resultado cero, es decir, el sonido desaparece. Este fenómeno se conoce como "supresión de fase".

Cuando se combinan dos señales de audio idénticas, la cancelación de fase puede convertirse en un problema grave, y combinar la onda de sonido original con la onda reflejada desde las superficies de la sala acústica también es un gran problema. Por ejemplo, cuando los canales izquierdo y derecho de un mezclador estéreo se combinan para producir una grabación armoniosa, la señal puede sufrir una cancelación de fase.

¿Qué es un decibelio?

Los decibelios miden el nivel de presión sonora o voltaje eléctrico. Esta es una unidad que muestra la relación de dos cantidades diferentes entre sí. Bel (llamado así en honor al científico estadounidense Alexander Bell) es un logaritmo decimal que refleja la relación entre dos señales diferentes. Esto significa que por cada campana subsiguiente en la escala, la señal recibida es diez veces más fuerte. Por ejemplo, la presión sonora de un sonido fuerte es miles de millones de veces mayor que la de un sonido suave. Para mostrar valores tan grandes, comenzaron a utilizar el valor relativo de los decibelios (dB), siendo 1.000.000.000 109, o simplemente 9. La adopción de este valor por parte de físicos y acústicos hizo posible que trabajar con números enormes fuera más cómodo. .

Escala de volumen para diferentes sonidos. Fuente de la imagen: Nauet.ru

En la práctica, el belio es una unidad demasiado grande para medir el nivel de sonido, por lo que se utilizó en su lugar el decibel, que es una décima parte de un belio. No se puede decir que usar decibelios en lugar de belios sea como usar, digamos, centímetros en lugar de metros para indicar la talla de zapato; los belios y los decibeles son valores relativos.

De lo anterior queda claro que el nivel de sonido generalmente se mide en decibeles. Algunos estándares de nivel sonoro se han utilizado en acústica durante muchos años, desde la invención del teléfono hasta la actualidad. La mayoría de estas normas son difíciles de aplicar en relación con los equipos modernos; se utilizan únicamente para equipos obsoletos. Hoy en día, en los equipos de los estudios de grabación y radiodifusión se utiliza una unidad como dBu (decibelios con respecto al nivel de 0,775 V), y en los equipos domésticos, dBV (decibelios medidos con respecto al nivel de 1 V). Los equipos de audio digital utilizan dBFS (Decibel Full Scale) para medir la potencia del sonido.

dBm– “m” significa milivatios (mW), que es la unidad de medida utilizada para representar la potencia eléctrica. La potencia debe distinguirse de la tensión eléctrica, aunque ambos conceptos están estrechamente relacionados entre sí. La unidad de medida dBm comenzó a utilizarse en los albores de la introducción de las comunicaciones telefónicas; hoy también se utiliza en equipos profesionales.

dBu- en este caso, se mide la tensión (en lugar de la potencia) con respecto al nivel cero de referencia, se considera que 0,75 voltios es el nivel de referencia. Cuando se trabaja con equipos de audio profesionales modernos, dBu se reemplaza por dBm. Como unidad de medida en el campo de la ingeniería de audio, era más conveniente utilizar dBu en el pasado, cuando era más importante considerar la potencia eléctrica, en lugar de su voltaje, para evaluar el nivel de la señal.

dBV- esta unidad de medida también se basa en el nivel cero de referencia (como en el caso de dBu), sin embargo, se toma 1 V como nivel de referencia, lo cual es más conveniente que la cifra 0,775 V. Esta unidad de medida del sonido se utiliza a menudo para equipos de audio domésticos y semiprofesionales.

dBFS– esta clasificación de nivel de señal se usa ampliamente en ingeniería de audio digital y es muy diferente de las unidades de medida anteriores. FS (escala completa) es una escala completa que se utiliza porque, a diferencia de una señal de audio analógica, que tiene un voltaje óptimo, todo el rango de valores digitales es igualmente aceptable cuando se trabaja con una señal digital. 0 dBFS es el nivel máximo posible de una señal de audio digital que se puede grabar sin distorsión. Los estándares de medición analógica como dBu y dBV no tienen margen dinámico más allá de 0 dBFS.

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El sonido son vibraciones mecánicas que se propagan en un medio material elástico principalmente en forma de ondas longitudinales.

En el vacío, el sonido no se propaga, ya que la transmisión del sonido requiere un medio material y un contacto mecánico entre las partículas del medio material.

En un medio, el sonido viaja en forma de ondas sonoras. Las ondas sonoras son vibraciones mecánicas que se transmiten en un medio mediante sus partículas condicionales. Las partículas convencionales de un medio significan sus microvolúmenes.

Características físicas básicas de una onda acústica:

1. Frecuencia.

Frecuencia la onda sonora es la magnitud igual al número de oscilaciones completas por unidad de tiempo. Indicado por el símbolo v (desnudo) y medido en hercios. 1 Hz = 1 cuenta/seg = [s -1].

La escala de vibración del sonido se divide en los siguientes intervalos de frecuencia:

· infrasonidos (de 0 a 16 Hz);

· sonido audible (de 16 a 16.000 Hz);

· ultrasonidos (más de 16.000 Hz).

Estrechamente relacionado con la frecuencia de una onda sonora está el recíproco, el período de la onda sonora. Período Una onda sonora es el tiempo de una oscilación completa de las partículas del medio. Designada t y se mide en segundos [s].

Según la dirección de oscilación de las partículas del medio que transportan la onda sonora, las ondas sonoras se dividen en:

· longitudinales;

· transversal.

Para las ondas longitudinales, la dirección de oscilación de las partículas del medio coincide con la dirección de propagación en el medio de una onda sonora (Fig. 1).

Para las ondas transversales, las direcciones de vibración de las partículas del medio son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda sonora (Fig. 2).

Arroz. 1 figura. 2

Las ondas longitudinales se propagan en gases, líquidos y sólidos. Transversal - sólo en sólidos.

3. Forma de las vibraciones.

Según la forma de vibraciones, las ondas sonoras se dividen en:

· ondas simples;

ondas complejas.

La gráfica de una onda simple es una onda sinusoidal.

La gráfica de una onda compleja es cualquier curva periódica no sinusoidal. .

4. Longitud de onda.

La longitud de onda es la cantidad. igual a la distancia que recorre una onda sonora en un tiempo igual a un período. Se denomina λ (lambda) y se mide en metros (m), centímetros (cm), milímetros (mm), micrómetros (μm).

La longitud de onda depende del medio en el que viaja el sonido.

5. Velocidad de la onda sonora.

Velocidad de la onda sonora es la velocidad de propagación del sonido en un medio con una fuente de sonido estacionaria. Denotado por el símbolo v, calculado por la fórmula:

La velocidad de la onda sonora depende del tipo de medio y de la temperatura. La velocidad del sonido es mayor en los cuerpos sólidos elásticos, menor en los líquidos y menor en los gases.

aire, presión atmosférica normal, temperatura - 20 grados, v = 342 m/s;

agua, temperatura 15-20 grados, v = 1500 m/s;

metales, v = 5000-10000 m/s.

La velocidad del sonido en el aire aumenta aproximadamente 0,6 m/s con un aumento de temperatura de 10 grados.