Intensidad y sonoridad

Transcripción

1 LECTURA II.22 Intensidad y sonoridad a diversidad de sonidos que escuchamos nos muestra diferentes variables que debemos considerar para entender cómo se producen. LExisten sonidos de muy baja intensidad, como los que producen los insectos o un susurro, y de alta intensidad, como el ruido de maquinaria pesada o de un jet. La intensidad del sonido es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud de la onda sonora. Por ello podemos comparar una gráfica de presión contra posición de una onda de baja intensidad y otra de gran intensidad. La figura II.22. (a) presenta una onda de baja (a) (b) P P II.22. Gráficas de presión contra posición de dos ondas sonoras. x x intensidad; la (b), una onda que tiene una amplitud tres veces mayor que la primera. Como el cuadrado de la amplitud es proporcional a la intensidad, si la amplitud de la segunda es el triple de la primera, entonces la intensidad es (3 2 ) nueve veces más intensa que la primera. La mínima presión que puede percibir como sonido el oído humano es 0 5 Pa aproximadamente, que comparada con la presión atmosférica, que es de alrededor de 0 5 Pa, nos da una razón de 0 5 /0 5 = 0 0 veces más pequeña, con lo que podemos darnos cuenta de lo sensibles que son nuestros oídos. La energía que lleva la onda sonora se relaciona con lo que llamaremos la potencia de la onda (P), y que es directamente proporcional al cuadrado de la amplitud. La onda sonora se propaga por igual en todas direcciones, a partir de un punto emisor, por lo que la energía que lleva se reparte en un área cada vez mayor. Entre más lejos nos encontremos de la fuente emisora, escuchamos el sonido más débil. Así, la intensidad es inversamente proporcional al área que abarca. 76 Antología Propedéutico de Ciencias Naturales

2 Puede entonces definirse la intensidad como la energía transferida por unidad de tiempo, la potencia, en una sección de área perpendicular a la dirección de propagación de la onda, esto es: Intensidad = Potencia Área I = P A Las unidades de intensidad son watts / m 2, que son unidades de potencia entre unidades de área. Si consideramos, por ejemplo, una campana que suena en el aire, la onda se moverá en todas direcciones y las ondas serán esféricas (fig. II.22.2). La superficie de una esfera es A = 4πr 2, donde r es el radio de la esfera; en este caso la intensidad será: I = P = P A 4πr 2 La intensidad del sonido de la campana que se propaga en todas direcciones disminuye rápidamente con la distancia, pues es inversamente proporcional al cuadrado de ésta. Se denomina umbral de audición a la intensidad más baja que el oído puede percibir. Como el oído humano no tiene la misma sensibilidad para los sonidos de diferentes frecuencias, el umbral de audición depende de la altura o frecuencia del sonido. Otro factor que influye en la posibilidad de escuchar los sonidos es la altura o tono, cualidad por la que distinguimos los sonidos graves de los agudos. La altura está relacionada con la frecuencia de la onda sonora. Recordemos que la frecuencia de una onda está definida como el número de ondas que pasan por un punto en un segundo y su unidad es el hertz (Hz). Los sonidos agudos tienen una frecuencia alta, mientras que los graves tienen frecuencia baja. Nuestro oído sólo puede escuchar cierto rango de intensidad del sonido y también cierto rango de frecuencias. La frecuencia más baja que podemos percibir es de 20 Hz y la más alta, aproximadamente de Hz. Fuente de sonido Intensidad (W/m 2 ) Umbral de sonido 0 2 Movimiento de las hojas 0 Conversación ordinaria a 50 cm 0 8 Radio bajo 0 6 Sirena a 30 m 0 2 Concierto de rock Umbral de dolor Avión volando a 30 m 00 Intensidad de varios sonidos. Fuente: Giancoli D., Physics, Prentice Hall, 99. Nivel de intensidad (decibeles) II.22.2 Ondas sonoras moviéndose en todas direcciones y formando frentes de ondas esféricos. Unidad II 77

3 LECTURA II.23 Instrumentos musicales demás del habla y de los múltiples sonidos que conocemos, a lo largo de su historia el ser humano ha construido diferentes instrumentos musicales. AÉstos producen ciertos sonidos que, combinados, le permiten expresar sus emociones a través de la música. La apreciación de la belleza de estas composiciones es totalmente subjetiva. Existen diversos tipos de instrumentos musicales y pueden clasificarse de acuerdo con la manera en que se produce el sonido: instrumentos de cuerdas (como la guitarra y el violín), de aliento (como la flauta y el oboe) y de percusión (el tambor y los platillos). En los instrumentos de cuerda, la vibración de la cuerda se transmite a una caja de madera que contiene aire. El sonido que escuchamos es producido por la vibración de las cuerdas, la caja y el aire. En los instrumentos de viento, el aire que se encuentra dentro del instrumento vibra, ya sea por los labios del ejecutante, como en la trompeta o la tuba, por una lengueta del instrumento, como en el clarinete, o por el aire que sopla el ejecutante en la flauta dulce. En todos los casos el volumen de aire es el factor determinante para el tono del sonido producido. Este volumen puede regularse al cerrar los orificios que todos estos instrumentos tienen, o con el tamaño del instrumento. Si el volumen de aire es grande, el sonido que se obtiene es grave y si el volumen es pequeño, el sonido es agudo. En los instrumentos de percusión puede ponerse a vibrar una pieza sólida, como el triángulo, o la combinación de varios elementos, como en el tambor, en donde un parche vibra al ser golpeado y éste hace vibrar el aire contenido en la caja. En este caso el tamaño es decisivo en cuanto al tono que se escucha: tonos bajos o graves para instrumentos grandes y agudos para instrumentos chicos. Cada instrumento tiene su propio sonido característico y un sonido distinto para cada nota. Esto se debe a que el instrumento, como un todo, es el que produce el sonido, de lo que resulta no sólo una frecuencia fundamental sino otras frecuencias que son características de la forma de vibrar del instrumento. 78 Antología Propedéutico de Ciencias Naturales

4 La música que escuchamos se basa en la producción y combinación de ciertas frecuencias. Cada nota musical se diferencia de las demás pues cada una tiene una determinada frecuencia. Estas frecuencias se conocen como la escala, que se construye a partir de ocho notas que forman una octava. Cada octava se repite en secuencia. La nota la se toma como referencia y tiene una frecuencia de 440 Hz; en la siguiente octava más alta el la tiene una frecuencia del doble: 880 Hz; y en la siguiente más baja, de 220 Hz. Esto se repite para cada nota y en cada octava. Una característica importante de esta escala es que si dividimos la frecuencia de notas contiguas entre sí, obtenemos un mismo número. Cuál es este número? (tabla II.23). Nota Frecuencia (Hz) do (control) 26.6 do# re# mi fa fa# 370 sol 392 sol# 45.3 la 440 la# si do Tabla II.23 Frecuencias para la octava central. Unidad II 79

5 LECTURA II.24 El oído y la audición lo largo del tema hemos hablado de diversas características que definen el rango de lo que podemos escuchar. Sabemos, por ejemplo, que la sonoridad Aes una apreciación subjetiva de la intensidad del sonido y que nuestra percepción del sonido está limitada a cierto rango de frecuencias. Sin embargo, hasta este momento no hemos hablado de nuestro sensible instrumento para la audición: el oído. La función del oído es transformar la energía de vibración sonora en señales eléctricas que llevan las terminaciones nerviosas del oído al cerebro, en donde se interpretan como sonido. El oído puede dividirse para su estudio en tres secciones: oído externo, medio e interno. El oído externo empieza con el pabellón de la oreja Canales semicirculares Ductos semicirculares Martillo Tímpano Ventana oval Nervio Yunque Trompa de Eustaquio Estribo Vestíbulo Cóclea II.24. Diagrama del oído humano. Oído externo Oído medio Oído interno 80 Antología Propedéutico de Ciencias Naturales

6 que se comunica con el tímpano (membrana que recibe las vibraciones del oido externo y las transmite al oido medio en los vertebrados) por el canal auditivo (fig. II.24.). El oído medio consiste de tres pequeños huesos a los que se conoce como yunque, martillo y estribo, y que transfieren la vibración que proviene del tímpano al oído interno a través de una membrana conocida como ventana oval. Este delicado mecanismo duplica la presión de las ondas para transmitirlas al oído interno. El oído medio se comunica con la garganta a través de un conducto, la trompa de Eustaquio, mediante el cual puede regularse la presión del oído con ayuda de la presión externa. Cuando decimos que se nos tapan los oídos, mascamos chicle o bostezamos, con lo que ayudamos, a través de la trompa de Eustaquio, a regular la presión del oído medio. El oído interno inicia con la ventana oval y consiste de canales semicirculares y la cóclea o caracol. Los primeros son los centros del equilibrio y no intervienen en la audición; la segunda es parte del centro auditivo que está lleno de líquido en donde las vibraciones que provienen del exterior, ya amplificadas, se transforman en señales eléctricas y se envían al cerebro. Los niveles auditivos cambian con la edad. Por ejemplo, los niños pequeños pueden escuchar sonidos tan altos como de Hz, en la adolescencia los límites pueden llegar a ser de Hz y a partir de entonces se observa una disminución en el rango de frecuencias audibles en cerca de 60 Hz por año. Una persona de 50 años tiene un límite típico entre los y Hz. La exposición durante periodos largos a sonidos muy intensos pueden dañar el oído permanente e irreversiblemente. Para evitar esto, las personas que trabajan en lugares en donde los sonidos son intensos, como fábricas o en conciertos de rock, protegen sus oídos con tapones. La contaminación ambiental no sólo tiene que ver con la atmósfera y los ríos y mares; también hay contaminación por ruido. Esta contaminación se da principalmente en los medios urbanos donde hay ruido producido por el tráfico, los aviones, la industria, así como ruido en centros comerciales principalmente por música. Este ruido ambiental causa molestias y daños a la salud. Aunque el aspecto principal que causa este daño es la intensidad del sonido, no es el único aspecto, también depende la frecuencia del sonido. Hay ruidos molestos aunque no tengan gran intensidad. Es importante que te protejas de la contaminación por ruido. Algunas formas son evitar los lugares ruidosos y si esto no es posible, usar protectores que atenúen la intensidad sonora. En diversos países se recomienda el límite de tiempo que se puede estar expuesto al ruido. En la tabla siguiente se muestra una de estas recomendaciones. Intensidad del sonido (db) Horas máximas por día /4 / Exposición máxima al ruido permitida por día. Unidad II 8