Sonido. Slide 1 / 54. Slide 2 / 54. Slide 3 / 54. Características del sonido. Características del sonido

Transcripción

1 Sonido Slide 1 / 54 Características del sonido Slide 2 / 54 Aire Aire (0 o ) Helio Hidrógeno Agua agua de mar hiero y metal vidrio aluminio madera dura cemento Velocidad del Sonido in diferentes materiales (20 o C y 1 atm) Velocidad (m/s) El sonido puede viajar a través de cualquier tipo de materia, pero no a través de un vacío. La Velocidad del sonido es diferente en materiales diferentes, en general, es más lento en Gases, más rápido en líquidos, y lo más rápido en sólidos. La velocidad depende un poco de la Temperatura, especialmente para los gases. Características del sonido Slide 3 / 54 Volumen : en relación con la Intensidad de la onda de sonido (como aumenta el volumen, la amplitud de las ondas aumenta) Tono: En relación con la Frecuencia. Rango audible : Alrededor de 20Hz a Hz; el límite superior disminuye con la edad. Ultrasonido : Por encima de Hz; véa la cámara de ultrasonido abajo Infrasonido: Por debajo de 20Hz

2 Intensidad de sonido: Decibelios Slide 4 / 54 Intensidad de diferentes sonidos Fuente del Nivel del Sonido Sonido (db) Avión de reacción a 30m Umbral de dolor Concierto de rock Sirena a 30m Interior del auto a 90km/h Calle con Trafico Hablando a 50cm Un Radio susurros El crujido de la hojas Umbral del oído Intensidad (W/m 2 ) La Intensidad de una onda es la energía transportada por unidad de Tiempo a través de una unidad de area. El oído humano puede detectar sonidos con una intensidad tan bajo como de W/m 2 y tan alto como de 1 W/m 2. El volumen percibido, sin embargo, no es proporcional a la intensidad. Intensidad de sonido: Decibelios Slide 5 / 54 Un aumento en el nivel del sonido por 3dB, que duplica la intensidad, es un pequeño cambio en el sonido. En áreas abiertas, la Intensidad del sonido disminuye con la distancia: Sin embargo, en espacios cerrados esto se complica por las reflexiones, y si el sonido viaja a través del aire las frecuencias mayores son preferencialmente absorbidas. El oído y su respuestas; sonoridad Slide 6 / 54 Cráneo Estribo Yunque Martillo Círculos semicircular Nervio Auditivo (al cerebro) Cóclea Tubo Eustichian Tímpano Ventana Redonda Ventana Oval Lóbulo externa

3 El oído y su respuesta; sonoridad Slide 7 / 54 Oído externo : Las ondas sonoras viajan a través del canal del oído al tímpano, que vibra en respuesta Oído medio : martillo, yunque, y estribo transfieren las vibraciones al oído interno Oído interno : la cóclea transforma la energía de vibración a energía eléctrica y envía señales al cerebro El oído y su respuesta; sonoridad Slide 8 / 54 La sensibilidad del oído varía de acuerdo con la frecuencia. Estas curvas traducen la intensidad al nivel del sonido en diferentes frecuencias. Intensidad en decibeles Frecuencia (Hz) Las Fuentes de sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 9 / 54 Instrumentos musicales producen sonidos en diferentes formas - vibración de cuerdas, vibración de membranas, vibración de metal o madera, vibración de columnas de aire. La vibración puede ser iniciada por la acción de punteo, soplar, o tocar. Las vibraciones se transmiten por el aire y luego a nuestros oídos.

4 Las fuentes de sonido: cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 10 / 54 Las cuerdas de una guitarra pueden acortados por los dedos, aumentando el tono fundamental. El tono de una cuerda con longitud dada puede ser alterado mediante el uso de una cuerda con diferente densidad. Las fuentes de sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 11 / 54 Un piano utiliza ambos métodos para cubrir su rango de más de sieteoctavas- las cuerdas bajas (al inferior) son más largas y más gruesas que las cuerdas altas. Las fuentes de sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 12 / 54 Instrumentos de viento crean sonido a través de ondas estacionarias en una columna de aire.

5 Las fuentes de sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 13 / 54 Un tubo abierto en ambos extremos (mayoría de los instrumentos de viento) tiene nodos de presión, y por lo tanto antinodos de desplazamiento, en los extremos. Tubo abierto en los extremos Desplazamiento del aire Variación de presión en el aire antinodo Nodo primer armónico = fundamental Nodo antinodo Nodo (movimiento de moléculas de aire) armónico 2 armónico 3 Sobretonos Las fuentes de sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 14 / 54 Un tubo abierto tiene la misma estructura armónica como una cuerda. Variación de presión en el aire Nodo antinodo Nodo Fundamental o primer armónico Primer sobretono o segundo armónico Segundo sobretono o tercer armónico Las fuentes de sonido: tubos abiertos Slide 15 / 54 L L l 1 l 1 = 2L; l n= 2L/n 2L, L, 2L/3, L/2,... v = lf f n= nf 1; n = 1, 2, 3,... f 1, 2f 1, 3f 1,...

6 1 Una onda de sonora resuena en un tubo de 2m de longitud con los dos extremos abiertos. Cuál es la longitud de onda de la frecuencia de resonancia mas baja del tubo? Slide 16 / 54 A 1m B 1,5m C 2m D 4m E 8m 2 Una onda de sonora resuena en un tubo de 2m de longitud con los dos extremos abiertos. Cuál es el frecuencia de resonancia mas bajo del tubo si la velocidad del sonido en el aire es 340m/s? Slide 17 / 54 Las fuentes de sonido: Cuerdas vibrantes y columnas de aire Slide 18 / 54 Un tubo cerrado en un extremo (órgano de tubos) tiene un nodo de desplazamiento (y antinodo de presión) en el extremo cerrado. Tubo Cerrado en un Extremo Desplazamiento del aire Variación de presión en el aire primer armónico = fundamental armónico 2 armónico 3 Sobretonos

7 Las fuentes de sonido: tubos cerrados Slide 19 / 54 L L L L l 1 l 1 = 4L; l n= 4L/n n = 1, 3, 5,... 4L, 4L/3, 4L/5,... v = lf f n= nf 1;n = 1, 3, 5,... f 1, 3f 1, 5f 1,... 3 Una onda de sonora resuena en un tubo de 2 m de longitud con un extremo abierto. Cuál es la longitud de onda de la frecuencia de resonancia más bajo del tubo? Slide 20 / 54 A 1m B 1,5m C 2m D 4m E 8m 4 Una onda de sonido resuena en un tubo de 2m de longitud con un extremo abierto. Cuál es la frecuencia de resonancia mas baja del tubo si la velocidad del sonido en el aire es 340 m/s? Slide 21 / 54

8 5 Una onda de sonido resuena en un tubo de 2m de longitud con un extremo abierto. Cuál es la siguiente frecuencia de resonancia mas baja del tubo si la velocidad del sonido en el aire es 340 m/s? Slide 22 / 54 Calidad de sonido y ruido; superposición Slide 23 / 54 Entonces por qué una trompeta suena diferente en comparación a una flauta? La respuesta se encuentra en los sobretonos - cuáles su presencia, y fuerza hacen una gran diferencia. La siguiente gráfica muestra espectros de frecuencia de un clarinete, un piano, y un violín. Las diferencias en la fuerza de armónicos son evidentes. Amplitud relativa Clarinete Amplitud relativa Piano Amplitud relativa Violín Frecuencia Frecuencia Frecuencia Resolución de problemas: Tubos abiertos y cerrados Slide 24 / Tenga en cuenta si el tubo está abierto o cerrado. 2. Determina l 1, 2L para tubos abiertos, 4L para tubos cerrados. 3. Usa v para determinar f Para tubos abiertos, los armónicos son múltiples de f Para tubos cerrados, los armónicos son múltiples impares de f 1.

9 Interferencias; Principio de superposición Slide 25 / 54 Estas diagramas muestran la suma de dos ondas. En (a) se suman de manera constructiva, en (b) se suman destructivamente, Y en (c) se suman parcialmente destructiva. interferencia Slide 26 / 54 Si dos fuentes emiten la misma longitud de onda de sonido, y viajan la misma distancia al oyente, ellos se sumaran; interferencia constructiva. l Oyente interferencia Slide 27 / 54 Si dos fuentes emiten la misma longitud de onda de sonido, y la longitud del camino para el oyente tiene una diferencia por 1/2l, se interfieren destructivamente; si las amplitudes son iguales se cancelaran y el sonido no se oirá. l l/2 Oyente

10 interferencia Slide 28 / 54 Cualquier múltiple impar de 1/2l resulta en una interferencia destructiva. l 3l/2 Oyente interferencia Slide 29 / 54 Si dos fuentes emiten la misma longitud de onda de sonido, y la longitud del camino para el oyente es diferente por l, se interfieren constructivamente; el sonido combinado será más fuerte. l l Oyente interferencia Slide 30 / 54 Si dos fuentes emiten la misma longitud de onda de sonido, y la longitud del camino para el oyente es diferente por l, se interfieren constructivamente, el sonido combinado será más fuerte. Esto es el caso para todos los múltiples enteros de l. l l Oyente

11 La interferencia de las ondas sonoras Slide 31 / 54 Las ondas de sonido interfieren en la misma manera que otras ondas en el espacio. La interferencia de las ondas sonoras Slide 32 / 54 Interferencia constructiva ocurre cuando dos crestas se encuentran y interferencia destructiva ocurre cuando una cresta y un valle se encuentran. Esto significa que cuando un oyente se ubica donde interferencia constructiva ocurre, habrá un punto fuerte. Y cuando un oyente se encuentra donde la interferencia destructiva ocurre, habrá un sonido ligero o ninguna. La interferencia de las ondas sonoras Slide 33 / 54 L d θ 1 θ 2 no hay sonido no hay sonido no hay sonido no hay sonido Se puede ver que las interferencias alternan entre puntos fuertes y puntos sin sonidos.

12 La interferencia de las ondas sonoras Slide 34 / 54 L d θ 1 θ 2 no hay sonido no hay sonido no hay sonido no hay sonido Un patrón de interferencia constructiva es dado por: dsin# = m# Un patrón de interferencia destructiva es dado por: d sin# = (m + ½)# Donde m se llama el orden de las franjas de interferencia. 6 Dos altavoces separados por una distancia de 2m son colocados a una distancia de 5m desde la pared. Los altavoces generan un sonido con una frecuencia de 1500Hz. Slide 35 / 54 Cuál es la longitud de onda de la onda de sonido? 7 Dos altavoces separados por una distancia de 2m son colocados a una distancia de 5m desde la pared. Los altavoces generan un sonido con una frecuencia de 1500Hz. Slide 36 / 54 Cuál es el desplazamiento angular entre el máximo central y el máximo del primer orden?

13 8 Dos altavoces separados por una distancia de 2m son colocados a una distancia de 5m desde la pared. Los altavoces generan un sonido con una frecuencia de 1500Hz. Slide 37 / 54 Cuál es la distancia entre el máximo central y el primer lugar donde un oyente no detecta sonido? La interferencia de las ondas sonoras; Batimiento Slide 38 / 54 Las ondas también pueden interferir en tiempo, causando un fenómeno conocido como batimiento. Los batimientos son lentos "sobres" alrededor de dos ondas que están relativamente cerca en frecuencia. En general, la frecuencia del batimiento es la Diferencia en frecuencias de dos ondas. Periodo de Batimiento 9 Dos diapasones producen dos frecuencias de 500Hz y 450Hz. Cuál es la frecuencia del batimiento? Slide 39 / 54

14 Efecto Doppler El Efecto Doppler se produce cuando una fuente de sonido está movimiento con respecto a un observador. Slide 40 / 54 En reposo En movimiento Efecto Doppler Slide 41 / 54 Como se puede ver en la imagen anterior, una fuente en movimiento hacia un observador tiene una frecuencia mayor y una longitud más corta de onda; lo opuesto es cierto cuando una fuente se mueve a lo lejos de un observador. Efecto Doppler Slide 42 / 54 Si el observador se está moviendo con respecto a la fuente, las cosas son un poco diferentes. La Longitud de onda sigue siendo el mismo, pero la Velocidad de la onda es diferente para el observador. Sin embargo, el efecto es el mismo. La frecuencia observada aumenta a medida que van hacia una fuente de sonido, y disminuye si te alejas de una. Fuente Observador V fuente

15 Efecto Doppler Slide 43 / 54 Para una fuente en movimiento, la frecuencia que el oyente escucha es dada por: Para una fuente en movimiento hacia un observador en reposo. O: Para una fuente que se aleja de un observador en reposo. Efecto Doppler Slide 44 / 54 Para un observador en movimiento, la frecuencia que el observador escucha está dada por: para un observador que se mueve hacia una fuente fija. O: para un observador que se mueve lejos de una fuente fija. Efecto Doppler Slide 45 / 54 Podemos simplificar estas ecuaciones y escribir una ecuación general para una fuente en movimiento, un observador en movimiento, o una fuente y observador en movimiento: Los signos superiores aplican si la fuente y/o el observador se mueven uno hacia el otro; los signos de bajo se aplican si se mueven separándose.

16 Efecto Doppler Slide 46 / 54 Podemos simplificar estas ecuaciones y escribir una ecuación general para una fuente en movimiento, un observador en movimiento, o una fuente y observador en movimiento: Es fácil de recordar cuales signos se utilizan si recuerdas que si el observador y la fuente se están moviendo hacia uno al otro la frecuencia parece aumentar. Y si se están alejando se parece a desminuir. 10 Una sirena de un policía emite un sonido de frecuencia 1600 Hz. Qué frecuencia escuchas si el coche de policía se mueve hacia ti con una velocidad de 30 m/s? Slide 47 / Una sirena de un policía emite un sonido de frecuencia 1600 Hz. Qué frecuencia escuchas si el coche de policía se mueve lejos de ti con una velocidad de 30 m/s? Slide 48 / 54

17 onda de choque Las ondas de choque y la Explosión Sonica Si una fuente está en movimiento más rápido que la Velocidad de la onda en un medio, las ondas no pueden alcanzar la fuente y una onda de choque se forma. El ángulo del cono es: Slide 49 / 54 onda de choque Las ondas de choque y la explosión sonica Slide 50 / 54 Las ondas de choque son análogos a las olas de proa producido por un barco que va más rápido que la velocidad de la onda en el agua. Las ondas de choque y la explosión sonica Slide 51 / 54 Aviones superando la velocidad del sonido en el aire producen dos explosiones sónicas, uno en el frente y uno en la cola. Explosión Sonica (cola) Explosión Sonica (frente)

18 Resumen (1 de 2) Slide 52 / 54 El sonido es una onda longitudinal en un medio. El tono del sonido depende de la frecuencia. El volumen del sonido depende de la intensidad y también de la sensibilidad del oído. Las cuerdas de los instrumentos de cuerda producen un tono fundamental cuya longitud de onda es el doble del longitud de la cuerda; también hay varios armónicos presentes. Resumen (2 de 2) Slide 53 / 54 Los instrumentos de viento tienen una columna de aire vibrante cuando se juegan. Si el tubo está abierto, el fundamental es el doble de su longitud, si está cerrado el fundamental es cuatro veces la longitud del tubo. Las ondas de sonido presentan interferencias, si dos sonidos son de diferente frecuencias ligeramente producen batimiento. El efecto Doppler es el cambio en la frecuencia de un sonido debido al movimiento de la fuente o del observador. Slide 54 / 54