Fundamentos del sonido, Apuntes de Lenguaje Audiovisual

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Fundamentos del sonido

FUNDAMENTOS DEL SONIDO

Sesión No. 3

Tema: VELOCIDAD DEL SONIDO

Ahora nos preguntamos qué tan rápido se aleja la onda de la

fuente. La respuesta es que el sonido se propaga con una

velocidad c que en el aire a 23 ºC

Lección 10: Longitud de Onda y Velocidad del Sonido. Longitud de Onda. Vamos

ahora a definir algunos parámetros muy importantes relacionados con los

sonidos periódicos. El primero es la longitud de onda, que se representa con la

letra griega lambda, ʎ, y es la distancia entre dos perturbaciones sucesivas en el

espacio (Grafico 13). Se mide en metros (m) o en centímetros (cm), y para los

sonidos audibles está comprendida entre los 2 cm (sonidos muy agudos) y los

17 m (sonidos muy graves). La longitud de onda es importante en varias

situaciones. En primer lugar, un objeto grande comparado con la longitud de

onda es capaz de alterar significativamente la propagación del sonido cuando se

interpone entre la fuente sonora y el oyente. Así, por ejemplo, los sonidos graves

pueden “doblar la esquina” fácilmente porque su longitud de onda es grande.

Los agudos, en cambio, cuya longitud de onda ʎ puede ser de apenas algunos

cm, se ven considerablemente atenuados.

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encuentra a 100 m de distancia de otra (aproximadamente una cuadra), un grito

de la primera demorará, a causa de esta velocidad, 29 centésimas de segundo

en llegar a donde se encuentra la segunda. Otro ejemplo es el de los

relámpagos y los truenos. Un relámpago es una enorme chispa que se produce

por una descarga eléctrica entre distintas capas de aire con cargas opuestas.

Esta chispa produce a la vez luz y sonido. Sin embargo, la luz viaja a una

velocidad mucho más alta, y alcanza nuestra vista casi instantáneamente,

mientras que el sonido demora un tiempo apreciable en llegar a nosotros. Así, si

cronómetro en mano comprobamos que el trueno se escucha 5 s después de

ver un relámpago, conociendo la velocidad del sonido podemos calcular que el

relámpago se produjo a una distancia d = 345 m/s ´ 5 s = 1725 m = 1,725 km.

Otro ejemplo interesante es el eco. Si gritamos frente a una superficie vertical un

tanto alejada (por ejemplo una barranca o un acantilado), el sonido tardará un

tiempo en llegar a la superficie, se reflejará en ella, y volverá demorando otro

tiempo adicional. El resultado será que se escucha, unos instantes después, que

la pared “repite” el grito. Más adelante veremos ejemplos correspondientes a los

sistemas de sonido, en los cuales a causa de la distancia entre los parlantes y el

público se producen retardos que es preciso corregir. Existe una relación entre la

velocidad del sonido, la longitud de onda y la frecuencia y está dada por la

siguiente ecuación. ʎ = c / f La longitud de onda es una relación entre la

velocidad del sonido y la frecuencia.

Lección 11: Espectro y bandas de octava. Espectro. Vimos que cualquier sonido

periódico puede representarse como la suma de una serie de armónicos, es

decir de sonidos senoidales cuyas frecuencias son f, 2f, 3f, 4f, 5f, etc. Por

ejemplo, el LA central del piano, cuya frecuencia es de 440 Hz, contiene

armónicos de frecuencias 440 Hz, 880 Hz, 1320 Hz, 1760 Hz, 2200 Hz, etc.

Cada uno de estos armónicos puede tener su propia amplitud. En el grafico 14a.

Se muestran los primeros armónicos de una onda cuadrada, y en el grafico 14b.

Se ha obtenido su suma, que según se aprecia se va aproximando a la onda

cuadrada.

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Grafico 14. (a) Los tres primeros armónicos no nulos de una onda cuadrada de

frecuencia fo, cuyas frecuencias son fo, 3fo y 5fo. (b) El resultado de superponer

los tres armónicos, comparado con la onda cuadrada. Si bien tres armónicos son

poca cantidad, vemos que comienza a esbozarse la forma de la onda cuadrada.

La información sobre las frecuencias que contiene un determinado sonido y sus

respectivas amplitudes constituyen lo que se denomina el espectro del sonido. El

espectro se puede especificar en forma de tabla, o se puede representar

gráficamente mediante un espectrograma, que es un gráfico con dos ejes: el

horizontal, graduado en frecuencia, y el vertical, en amplitud.

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Grafico 16. Ejemplo de espectro continúo de un ruido. En el eje horizontal se

indica la frecuencia, y en el vertical la densidad espectral, que representa la

energía en función de la frecuencia. Bandas de Octava. Hay muchas situaciones

donde se requiere de un análisis de frecuencia, pero donde el análisis de banda

angosta no presenta los datos en su forma más útil. Un ejemplo de esto es el

análisis del ruido acústico donde se estudia el índice de molestias a un

observador humano. El mecanismo de audición humano es sensible a

proporciones de frecuencias más que a frecuencias. La frecuencia de un sonido

determinará su altura como percibido por un auditor y una proporción de dos

veces una frecuencia se escucha como un cambio de altura de una octava, sin

que importe cuales fueran las frecuencias. Si por ejemplo se sube un sonido de

100 Hz a 200 Hz, su altura se subirá una octava: Un sonido de 1000 Hz cuando

se sube a 2000 Hz también se subirá una octava en altura. El hecho es válido

con tanta precisión en un rango importante de frecuencias, que es conveniente

definir una octava como una proporción de frecuencias de dos, aunque la octava

misma es una medida subjetiva de cambio en la altura de un sonido.

Este fenómeno se puede resumir diciendo que la percepción de altura del oído

es proporcional al logaritmo de la frecuencia, en lugar de a la frecuencia misma.

Por eso, tiene sentido el expresar el eje de frecuencias de espectros acústicos

en un eje de log frecuencias, y eso es lo que se hace de manera casi universal.

Por ejemplo, las curvas de las respuestas de frecuencias publicadas por los

fabricantes de sonido, siempre vienen en log frecuencia. De la misma manera,

cuando se lleva a cabo un análisis de frecuencia de sonido, es muy común el

usar gráficas con log frecuencia.

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La octava es un intervalo de frecuencias para el oído, que el llamado análisis de

banda de octavas ha sido definido como una norma para el análisis acústico. El

dibujo de abajo muestra un espectro típico, de banda de octava, donde se usan

las frecuencias estándar ISO de la banda de las octavas. Cada banda de

octavas tiene una anchura de banda de alrededor del 70% de su frecuencia

central. Este tipo de espectro se llama banda a porcentaje constante, porque

cada banda tiene su anchura que es un porcentaje constante de su frecuencia

central. En otras palabras: las bandas de análisis se hacen más anchas en

proporción a sus frecuencias centrales.

Grafico 17. Espectro sonoro promediado en bandas de octava. Se podría

argumentar que la resolución de frecuencias en un análisis de banda de octavas

no es lo suficiente preciso, para ser muy útil, especialmente en el análisis de la

firma de vibraciones. De maquinaria, pero es posible de definir el análisis de

bandas a porcentaje constante, con bandas de frecuencias de una anchura más

angosta. Un ejemplo común de esto es el espectro de un tercio de octava, cuyas

anchuras de banda son alrededor del 27% de sus frecuencias centrales. Tres

bandas de un tercio de octava forman una octava y la resolución de este tipo de

espectro es tres veces mejor que la del espectro de la banda de octava. Los

espectros de un tercio de octava se usan frecuentemente en mediciones

acústicas.