Características físicas del sonido

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1 Características físicas del sonido

2 Sonido? Propagación de cambios en la densidad de partículas en un medio elástico producto de una perturbación mecánica Transferencia de energía al desplazarse una perturbación mecánica en un medio elástico (E potencial cinética sónica)

3 Elasticidad Elasticidad: capacidad para resistir cambios en forma o volumen. Elasticidad del aire: la tendencia de un volumen de aire de retornar a su original volumen después de ser comprimido.

4 equilibrio ciclo de vibración z x y y x z compresión rarefacción

5 Sonido? Propagación de cambios en la densidad de partículas en un medio elástico producto de una perturbación mecánica Transferencia de energía al desplazarse una perturbación mecánica en un medio elástico (E potencial cinética sónica)

6 Compresión y rarefacción de moléculas

7 Generalidades del sonido agente perturbador sistema con características vibracionales medio elástico

8 Que se necesita para que algo vibre? Primera ley de Newton: inercia - La tendencia de un cuerpo en movimiento de permanecer en movimiento, y la tendencia de un cuerpo en descanso de permanecer en descanso. Tercera ley de Newton - Con cada acción (fuerza) debe haber una reacción de igual fuerza en dirección opuesta. Entre mayor la masa mayor es la inercia.

9 inercia elasticidad

10 Movimiento transversal de las ondas

11 Movimiento longitudinal de la onda

12

13 En que medios se transmite el sonido? Aire, agua, sólidos (madera, metales, suelo) Velocidad de propagación del sonido en diversos medios Medio Oxígeno 317 Hidrógeno 1270 Agua salada 1504 Acero 5000 Velocidad (m/s)

14 Características de las ondas Longitud de onda Frecuencia Amplitud Periodo Intensidad Fase

15 Longitud de onda La distancia entre dos puntos idénticos de dos ciclos adyacentes

16 Amplitud Es una medida de la magnitud de la onda de sonido, o presión del sonido.

17 Amplitud máxima o amplitud pico 0º 90º 180º 270º 360º Amplitud máxima Amplitud instantánea que corresponde a 90º (o 270º) periodo

18 Amplitud Amplitud- Nivel de presión o energía (volumen) relativo a una medida de presión estandard Se mide como poder o intensidad

19 Poder acústico (poder) Tasa a la cual la energía del sonido es transferida al medio Poder = trabajo/tiempo Poder = E transformada (o transferida)/unidad de tiempo W = 1 joule/s nivel= W x /W r

20 Intensidad del sonido Cantidad de E transmitida por segundo sobre un área de un metro cuadrado (w/m 2 ) Nivel = I x /I r

21 Medición de intensidad db = 10 log 10 (I x /I r ) Intensidad de referencia convencional = w/m 2 db = 20 log 10 (P x /P r ) db- presión del sonido P x - presión del sonido medido P r - presion del sonido de referencia P r = 20 μpa 20 μpa presión creada por una onda sónica con una intensidad de w/m2

22 Intensidad Tiene algo que ver la frecuencia con la intensidad o amplitud?

23

24 Número de ciclos por unidad de tiempo (Hz) 1Hz = 1 ciclo/s Frecuencia

25 Determinantes de F Longitud Masa de la sección transversal Tensión f = 1/(2L)*(t/m) 1/2

26 Periodo Tiempo en segundos que es requerido por una onda sinusoidal para completar un ciclo periodo

27 Relación entre presión y movimiento de partículas Presión: cambia cíclicamente mismo tiempo se da el movimiento de las moléculas del medio Presión es escalar Movimiento (velocidad): tiene dirección

28

29 Atenuación es menor para la ρ que para u

30 Campo cercano y lejano de audición Cerca de la fuente de sonido las moléculas se desplazan más rápido que las ondas (cambio de presión) La velocidad de desplazamiento de las moléculas disminuye rápidamente con la distancia La rapidez de desplazamiento de las ondas es aproximadamente constante La distancia a la cual la rapidez de la onda iguala la velocidad de desplazamiento de las moléculas, define el limite entre ambos campos

31 Por qué esto es importante? La mayoría de los vertebrados poseen receptores basados en cambios de presión, mientras que la mayoría de los invertebrados poseen receptores basados en desplazamiento de partículas

32

33 Relación entre presión y movimiento de partículas Presión: cambia cíclicamente mismo tiempo se da el movimiento de las moléculas del medio Presión es escalar Movimiento (velocidad): tiene dirección

34 Tipos de ondas Sinusoidal: (seno α), resulta de un movimiento harmónico simple. Complejas: cualquier otra onda que no sea sinusoidal Periódicas: sinusoidal o compleja que se repite a intervalos regulares de tiempo Aperiodicas: no se repite a intervalos regulares

35

36 Teorema de Fourier Una onda compleja esta compuesta de una serie de ondas sinusoidales que difieren en amplitud, frecuencia y fase. Combinación de dos o mas ondas sinusoidales Serie de Fourier: la serie de ondas sinusoidales que componen una onda compleja

37 Series harmónicas (harmónicos) Algunos objetos producen simultáneamente ondas con diferentes frecuencias Ondas complejas constituidas de series harmónicas

38 Frecuencia fundamental y harmónicos Cuando un sistema es perturbado (membrana, cuerda) produce una nota cuya frecuencia depende de sus dimensiones físicas y tensión Frecuencia fundamental (λ) Además se producen una serie de sobretonos (harmónicos) Multiplos de λ: λ/2; λ/3; λ/n

39 Harmónicos Harmónicos: no son generados son el resultado de la aplicación del teorema de Fourier cada onda compleja periódica esta compuesta de varias ondas (limpias) sinosoidales con diferente frecuencia, amplitud y fase

40 Harmónicos

41 Harmónicos

42 Resonancia La tendencia de un sistema a oscilar con mayor amplitud con algunas frecuencias Entre más similar la frecuencia de la fuerza aplicada (elemento perturbador) con el sistema elástico (f nat ) más grande será la amplitud de la vibración resultante antes después

43 Timbre Describe todos los aspectos del sonido que no tienen que ver con la frecuencia, longitud o intensidad. Tiene que ver principalmente con con las frecuencias adicionales (harmónicos) que se generan al producir un sonido (una nota).

44 Transmisión y percepción del sonido emisor receptor Animales perciben un estímulo transmitido por un medio

45 Atenuación del sonido Reducción progresiva de la intensidad y calidad del sonido con la distancia de propagación

46 Causas de la atenuación Dispersión esférica Absorción atmosférica Dispersión por vegetación Dispersión por turbulencia Interferencia de borde

47 Dispersión esférica Nivel de presión del sonido disminuye con la distancia de la fuente Independiente de la frecuencia

48 Absorción atmosférica

49 Absorción atmosférica Aumenta con la frecuencia Absorción atmosférica aumenta con: La temperatura ambiental La humedad relativa (fotosíntesis) Partículas en la atmósfera

50 Dispersión Reflexión Difracción Refracción ángulo de incidencia = ángulo de reflexión

51 Difracción Ondas se curvan alrededor de pequeños obstáculos Se curvan y expanden cuando pasan de pequeñas aperturas

52 Refracción Onda cambia de dirección al pasar de un medio a otro de diferente densidad

53 Dispersión por vegetación Disminuye al disminuir la frecuencia

54 Dispersión por turbulencia Produce refracción del sonido por células de aire con diferente temperatura, o con diferente velocidad Afecta más frecuencias altas

55 Interferencia de borde Onda reflejada afecta la onda directa al chocar Sonidos llegan a diferente tiempo e intensidad Algunas ondas se desplazan a ras de suelo Causa reverberaciones en el sonido

56 Interferencia de borde

57 Interferencia de ondas

58 Resulta de la interferencia del Resulta de sonido por: Reflexión Difracción Refracción Reverberación

59 ??? Que frecuencia espera en bosque y zonas abiertas? A que hora espera que canten más los animales? Densidad de vegetación vs. intensidad del canto?

60 Espectrograma

61 Espectrograma y oscilograma

62 Características del espectrograma HF ΔF elemento LF

63 Frecuencia fundamental La frecuencia más baja en una serie harmónica

64

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