Physics">
Fisica Del Sonido.
Fisica Del Sonido.
Fisica Del Sonido.
PRINCIPIOS BÁSICOS
Onda sonora
Físicamente, no existe ninguna dis tinción entre sonido y ruido. El ruido es un conjunto
de sonidos que adquieren un carácter desagradable más o menos inadmisible por las
diversas molestias que ocasiona. Generalmente, el ruido se define como un sonido
no deseado.
Amplitud
Períodd
Tiempo
La acústica es la parte de la física que trata del estudio del sonido, inter pretando
y resolviendo problemas que se plantean sobre su producción, pro pagación,
propiedades y aplicaciones.
elásticos (sólidos, líquidos o gaseo sos) en todas las direcciones, en for ma de
ondas longitudinales de pre
sión sonora.
El sonido se puede explicar desde d
os puntos de vista:
a) Fenómeno físico (objetivo): Alteración mecánica que provoca un movimien to
ondulatorio a través de medios
Este fenómeno físico tiene su origen en las vibraciones mecánicas de la materia,
generalmente un sólido que transmite la vibración a las partículas contiguas de aire, u
otro medio de
23
FISIC del sonido
Análisis de los niveles continuo equivalentes 24 h. en ciudades
de más de 50.000 habitantes de Andalucía
69.2
68.5
9.
66,3
68,2
66,2 63.8
65,6 65,4
6
66,2 67,4
65,5 64,8
64,7
65,5
65.
63,7
62,3
dba.
10
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
LEQ-24 h.
Almeria
Algeciras
Cádiz
Córdoba
Jaén
Huelva
Granada
Linares
Dos Hermanas
Málaga
Jerez de la Fra.
Marbella
Alcalá de Guadaira
Sanlúcar
Sevilla
La linea de la Con.
El Puerto de S. Maria
S. Fernando
alejándose del foco. Cuando el sonido se transmite, hay un
transporte de energia sin transporte de materia.
propagación, en contacto con el mis mo, pero sin
arrastrarlas, produciendo de forma alternativa depresiones y so
brepresiones que se van transmitien do a las capas de aire
adyacentes, dando lugar a una onda de presión que se propaga
con movimiento on- dulatorio en todas las direcciones y
Las ondas sonoras se propagan a dis tinta velocidad según la
n los sólidos viajan más de prisa que en los
elasticidad medio. E
líquidos y, en éstos,
Menos ruido mas
más deprisa que en los gases. Esto la sensación sonora llegue al cere se debe a que las
fuerzas de cohe bro mediante el nervio a uditivo. sión entre las partículas son mayo
res en los sólidos que en los líqui El que nos cueste reconocer nuestra d os y gases,
por lo que la velocidad voz grabada se debe a que, al hablar del sonido aumenta a
medida que el sonido se origina dentro de nues aumenta la cohesión entre las parti
tra garganta por lo que las vibracio culas del medio.
nes se transmiten primero a nuestro
oido por los huesos de la cabeza, en El sonido, a la hora de estudiarlo y cambio al
escucharla grabada la oi cuantificarlo aplicando las teorías fi mos a través del aire.
sico-matemáticas del movimiento on dulatorio, se describe como vibra- ALGUNOS
FENOMENOS DE LAS ción, siendo el resultado de su análi- ONDAS SONORAS sis
totalmente objetivo.
Principio de Huygens: El sonido se b) Sensación auditiva (concepto psi- propaga
en forma de frentes de ondas
cofisiológico, subjetivo): El oido esféricas y concéntricas al punto emi transforma las
presiones acústicas sor; cada frente de ondas está formado en sensación auditiva,
que es aque- por un número infinito de frentes de on l a engendrada en nuestro o ído por
das esféricas de las partículas del aire una onda acústica y por la tanto en
movimiento. siempre con un sentido subjetivo ya que depende del receptor de
ésta. Reflexión: Cuando un sonido que
se transmite en un medio determinado Las variaciones de presión genera- choca con
los objetos presentes, parte das por las ondas sonoras provocan de la energía es
reflejada. La onda re la vibración del tímpano, situado en flejada conserva la misma
frecuencia y el oído, transmitiéndose a una cade- longitud de onda que la onda inciden
na de huesecillos, lo que hace que te, aunque disminuye su amplitud y, por
medio una serie de mecanismos por t anto, su intensidad.
25
Física del sonido
Reflexión plana: las ondas sonoras se Reflexión cóncava: provoca un soni reflejan
conforme a las leyes de r eflexión. do convergente, es d
ecir, que las ondas
se concentran. Sonido
Fuente
Sonido Rellejado
convergente
Fuente
Reflexión plana
Reflexión cóncava Fuente sonido convergente
Reflexión convexa: las ondas sono ras que se reflejan sobre superficies
convexas, provocan sonidos dispersos.
Difracción: Cuando un frente de ondas rodea un obstáculo, los distintos frentes
ndas se convierten en centros emisores, en aquellos puntos que son
de o
interceptados por el obstáculo, envolviéndolo, producién dose zonas de
sombra acústica por inter ferencias de estas ondas.
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
Sonido dispersado
Fuente
26
Menos ruido más vida
Refracción: Es el cambio de direc- El oído humano sólo es capaz de ser ción que
sufre una onda sonora al pasar excitado por sonidos cuya frecuencia de un
medio a otro de distinta densidad. esté comprendida entre 20 y 20.000Hz,
por encima de estos niveles se en Dispersión: Es la rotura de la onda cuentran los
ultrasonidos y por debajo de sonido al chocar contra un obstáculo, los infrasonidos. La
e éste es más pe- ca el tono. queña que la
frecuencia nos indi cuando la superficie d
longitud de onda.
Periodo (T): El tiempo que tarda en Eco: Es la reflexión de la onda de so- producirse un
ciclo completo de oscila nido, cuando al chocar con una superfi- ción medido en
segundos, es decir has cie, aquélla vuelve a la fuente de sonido, ta que las partículas
vuelven a su posi c on un r etraso superior a 1/15 de se ción inicial, y es el inverso de la
fre gundo.
cuencia.
Resonancia: Este fenómeno se pro- duce cuando al chocar una onda sonora contra
un objeto, hace vibrar a dicho ob- jeto, de forma que éste se transforme en una fuente
de sonido.
Velocidad de propagación: Es la velocidad a la que se propagan las on das o
perturbaciones en un medio elás tico. Depende de la masa y elasticidad del medio a
través del cual se transmite.
MAGNITUDES CARACTERÍSTICAS Longitud de onda: Es la distancia DEL SONIDO
recorrida por una onda durante un pe
riodo. También se define como la dis Frecuencia (f): Numero de vibracio- tancia que
recorre un frente de onda nes por unidad de tiempo, es decir, el (superficie en la que
todos los puntos vi
mero de ciclos completos que suce- bran con idéntica amplitud y fase) en den en la unidad
de tiempo. Se mide en un p eriodo completo de oscilación. ciclos/segundo o
hercios (1 Hz = 1c/s ). Depende de la velocidad de propaga La frecuencia es la inversa
del periodo. ción y la frecuencia.
27
LIST
del sonido
Amplitud o intensidad
Baja (suave)
Alta (intenso)
Frecuencia
Baja (grave)
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
Alta (agudo)
28
Menos ruido mas vida
Potencia s onora: C
antidad de ener Si dos o
más tonos de distinta pre gia sonora
generada por una fuente en sión sonora y f recuencia se suman dan la unidad de
tiempo.
lugar a una onda sonora suma de t o
dos ellos, que variará en el tiempo de Presión sonora: Se define como forma repetitiva
(periódica) y que tiene la variación de presión atmosférica la propiedad de poderse
descomponer producida en un punto como conse- en una suma de tonos puros de
acuer cuencia de una onda sonora q ue se do con la teoría de series de Fourier. propaga a
s la más usada en medida de
través del aire. Esta mag nitud
e
CUALIDADES DEL SONIDO ruidos, por ser medible directamente con los
dispositivos llamados sonó Tono de u
n sonido: Es aquella sensa metros. Para que
ercibir el oído humano que dible, la variación
un sonido sea au- ción capaz de p
de presión sonora nos ayuda a diferenciar subjetivamente debe estar
comprendida entre 2.10 los sonidos de baja frecuencia (tono gra ubar y 200ubar,
siendo este último la ve, de 20-200Hz) y los de alta frecuencia presión sonora
máxima que el oido (tonos agudos de 2000-20000Hz), es d e humano puede
soportar sin que se cir, la sensación de gravedad o agudeza. produzca dolor.
Los tonos agudos son los que tienen soni
dos con frecuencias altas, como por ejem Oscilación periódica: La propa- plo el
sonido que produce un violín, y los gación de una onda acústica general- tonos graves
son los que caracterizan a mente se relaciona a una oscilación sonidos con bajas
frecuencias, como po periódica. La forma más simple de dría ser el sonido que
produce un bombo. o scilación periódica es la correspon diente a un movimiento
armónico Intensidad de un sonido: Depende simple. El sonido asociado a este tipo de
la amplitud de la oscilación y está de oscilación recibe el nombre de "to-
relacionada directamente con la ener no puro". Este tono depende ú
nica- gía
transportada por la misma. Los so mente de la presión sonora y de una nidos fuertes
tienen mayor intensidad
única frecuencia.
que los débiles.
Fisica del sonido
nido, por lo que se puede calcular a par tir de mediciones físicas por diversos
procedimientos. Dado que el principal objetivo de la medición de la sonoridad de un
ruido es cuantificar la exposición global en los términos más sencillos po sibles,
las propiedades físicas y la per cepción del ruido se miden de acuerdo con los distintos
conceptos y unidades que se expresan a continuación:
• El decibelio: El oido es capaz de de tectar ondas sonoras de muy baja in tensidad. El
sonido más leve, que el o ído humano típico puede percibir, tiene una intensidad
de 10-12W/m2. E
ste valor se denomina intensidad umbral de audición. Dicha intensidad
corresponde a una onda de p resión cuya variación es de tan sólo 0,3 bi llonésimas de
una atmósfera y que provoca un desplazamiento de las partículas de aire de 1
billonésima de c entímetro. En el extremo contrario, el sonido más intenso que el
oído hu
Dado que el umbral dinámico de au dición es tan sorprendentemente amplio y que
atendiendo a la ley de Weber-Fechner la respuesta del oi do es logarítmica,
parece lógico que se utilice una escala logarítmica pa ra cuantificar la intensidad del
soni do. En esta escala, se le asigna el valor de cero a la intensidad umbral,
incrementándose en una unidad ca da vez que la intensidad sonora se multiplica por
diez; a 10-11 W/m2 le correspondería el valor de 1 y así sucesivamente hasta
102W/ m2 valor límite fisiológico de la audición hu m ana, que sería equivalente a 14
unidades. En honor a Graham Bell estas unidades fueron denominadas belios, siendo
el decibelio (dB) su décima parte, con lo cual el rango d inámico de intensidad de
audición se encuentra entre 0 y 140dB, cuya expresión matemática es:
31
TISSU Sonda
Definición de belio(B): es la división nivel sonoro producido por los dos avio fundamental de
una escala logarítmi- nes juntos es superior en 3 dB al produ ca utilizada para
expresar la relación cido por uno sólo. La razón es que pri de dos medidas de potencia.
Se defi- mero debemos convertir los decibelios ne el número de BELIOS como el lo- en
potencia sonora relativa, sumar o g aritmo decimal del cociente de las restar y entonces
convertir de nuevo los dos cantidades.
decibelios. El mismo procedimiento hay
que utilizar cuando se trata de fuentes Un decibelio es la más pequeña va sonoras de
distinto nivel de ruido, tal co riación sonora perceptible por el oi- mo un
camión (95dB) y una motocicleta do humano. El oído es sobre todo
(89dB), el ruido producido por ambos sensible a las frecuencias medias
vehículos circulando simultáneamente (comprendidas entre 500 y 2000Hz). es de
96dB, es decir, 1 dB por encima Por esta razón los aparatos de me- del más ruidoso. dida
están dotados de un filtro "A" que reconstruye lo que percibe el Espectro de
frecuencias. Curvas oído humano. En consecuencia el de ponderación (filtro A): En
la evolu dB(A) es la notación utilizada habi- ción del ruido y su control es necesario,
tualmente en la evaluación del nivel en muchos casos, conocer no s ólo el ni de
ruidos que producen molestia a vel de ruido general sino como la ener las
personas. Es una escala que só gia sonora se distribuye en cada una de lo incluye
frecuencias percibidas por las frecuencias que lo componen. el oído humano.
El ruido ambiental está compuesto Especial atención hay que prestar al por un
amplio rango de frecuencias que cálculo del nivel sonoro producido por componen el
espectro de ruido. varias fuentes de r uido. Por ejemplo, el ruido producido por dos
motores de Mediante el análisis de frecuencias aviación que emiten cada uno 120
dB. de un ruido, la energía acústica del mis no es 240 dB sino 123 dB, es decir el mo
se distribuye electrónicamente en
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
32
NCHOS ruido mi vida
120
110
100
90
80
Nivel de presión sonora
70
50
20 Hz
100 Hz
1 kHz
10 kHz
20kHz
distribución de frecuencias completamen te diferentes, siendo tanto más molesto
e irritante un ruido cuanto mayor s
ea su componente en altas frecuencias.
bandas, obteniéndose un nivel de presión acústica por cada banda.
Normalmente se usan 8 bandas, correspondientes cada u na de ellas a una
"octava". En cada ban- da (octava) la relación entre las frecuen cias superior e
inferior está en relación 2:1. Cada una de las bandas se define por la
diferencia correspondiente al valor cen- tral de la banda, siendo los más común- mente
empleados los correspondientes a 63Hz, 125Hz, 250Hz, 500Hz, 1000Hz, 2000Hz,
4000Hz, 8000Hz.
con el fin de tener en cuen comportamiento humano a un ruido en función de
su espectro de frecuencias se introdujo en la medida del ruido el con cepto de Curvas
Standard de pondera ción. Estas curvas actúan como filtros se lectivos de forma
que en la respuesta discriminan el peso relativo de cada fre cuencia en el
conjunto del espectro de frecuencias.
Dos ruidos pueden tener un nivel de presión sonora similar y presentar una
33
Fisica del sonido
Habitualmente se utilizan tres t ipos de curvas de ponderación, denomina das con las
letras A, B y C.
De las tres, la A es la más amplia mente usada para la medida del ruido, debido a que
su respuesta a las dis tintas frecuencias es la que mejor se relaciona con la forma de
percibir el sonido por el oído h umano. Las medi das del ruido obtenidas aplicando la
escala A de ponderación se expresan en dB (A).
era continuo cuando los niveles de presión acústica
Ruido continuo: Un ruido se consi d
y el espectro de frecuencias varía en función del tiempo lentamente sobre
pequeños márgenes. Este tipo de ruido suele ser originado por máquinas, tales
como los motores eléctricos, bom bas de agua, etc. Asimismo s uele ser de este
tipo el ruido ambiental de fondo.
Nivel de presión acústica equiva lente(Leq): Un tercer factor a consi derar en
la caracterización del ruido es su variación en el tiempo. La per dida de audición, por
ejemplo, está directamente relacionada no sólo con la intensidad y frecuencia sino tam
bién con el tiempo de exposición. En este sentido las normativas sobre el control de la
exposición al ruido reco miendan la máxima exposición al rui do en función del tiempo.
La frecuen c ia de aparición del ruido influye así mismo en su percepción por parte
de la población. En este sentido pode mos clasificar los sonidos en:
Ruido fluctuante: A este tipo co r responden los ruidos en los que tanto la presión
acústica como el e spectro de frecuencias varían de forma aleatoria en función del
tiem po sobre un margen más o menos grande. Dependiendo de la repeti ción del
ruido, éstos pueden ser periódicos o no. Un ejemplo de rui do fluctuante es el
producido por el tráfico rodado.
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
Ruido transitorio: Cuando su nivel sonoro comienza y termina dentro de un periodo de
tiempo más o me nos corto, como puede ser el ruido p roducido al paso de un tren o el
vuelo de un avión.
34
Menos ruido mas vida
6-03
Ocio Comercial Hospitalaria Res Comercial Res Industrial
Res Trasportes DEnseñare a
Res Urbana Res Suburbana
61.8
61,4
dbA.
LEQ-24 h.
Ruido de impacto: Este ruido se Cada vez se está difundiendo más,
trata de un i ncremento brusco y de como escala de medida de la
exposi corta duración del nivel de presión ción prolongada al ruido, el nivel
de pre acústica. Es un caso especial de rui- sión acústica equivalente.
Esta magni do transitorio. Ejemplos pueden ser tud representa el nivel de
ruido cons el disparo de una pistola, el golpe de tante que en el
mismo intervalo de tiem un martillo.
po contiene la misma energía total que
el ruido fluctuante que se ha medido. Si el sonido es intermitente se
pue- Este nivel está directamente relaciona den tolerar m ayores
intensidades o la do con la integración matemática del misma
intensidad durante períodos de cuadrado de la presión sonora. El Leq
tiempo más largos, que si se trata de normalmente tiene la
ponderación A, un ruido continuo.
aunque en algunos equipos de medida
35
se usan otras ponderaciones. La me- Análisis estadístico del ruido(L10, dida se
puede detener en cualquier L50, L90): Asimismo, para registrar va momento y
normalmente se da por riaciones del nivel acústico se usa fre terminada cuando
el prolongar el tiem- cuentemente el análisis estadístico de po no aumenta la precisión
del valor distribución de niveles sonoros. Este mé obtenido
todo nos indica el porcentaje del tiempo
total durante el cual se supera un deter Cuando se trata de comparar suce- minado nivel
acústico. Valores de tiempo sos de ruido de distinta duración como, del 10, 50 y 90% se
usan con frecuencia por ejemplo, el paso de trenes de mer- como medidas de los niveles
máximos, cancías o de viajeros, se suele emplear medios y de fondo, respectivamente.
el nivel de exposición sonora, SEL, que e s el nivel continuo equivalente referido Para las
mediciones se pueden con a un segundo.
siderar dos períodos de tiempo diferen
tes. Para niveles de ruidos constantes o Si de lo que se trata es de evaluar el niveles
instantáneos de ruidos variables riesgo del ruido en el ámbito laboral, se se miden
durante un tiempo muy breve suele utilizar el concepto de dosis de (un segundo o
menos), mientras que ruido, que se define como la cantidad los sonidos variables pueden
medir de energía sonora que un oído normal se para promedios de tiempo más
puede percibir durante la jornada labo- prolongados, durante horas si es nece ral para
que el riesgo de pérdida audi- sario, y se expresan en función del nivel tiva a cabo de
una jornada de 8 horas de presión acústica equivalente (Leq). esté por debajo de un valor
s un La duración del ruido asimismo es muy Leq
estableci do. Es decir, la dosis de ruido e
con duración de 8 horas que s
e importante cuando se evalúa la respuesta
expresa como tanto por ciento de la subjetiva de la población al mismo. En exposición
máxima permitida diaria este sentido, y como complemento de mente, con 100%
correspondiente a las mediciones físicas del ruido, se han un Leg de 90dB (A)
durante 8 horas (85 desarrollado varios tests subjetivos para dB(A), en algunos
países).
evaluar la respuesta humana ante el ruido.
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
36
Menos ruido más vida
Análisis de los niveles percentiles L10 24 h
. en ciudades de
más de 50.000 habitantes de Andalucía
68,88
69,96
68,71 67,33 67,09
68, 76
60
7
67,33 6
66,89 67,54 66,27
68,37 66,88 64,9
L10-24 h.
Algeciras
Almeria
Cádiz
Córdoba
Jaén
Huelva
Granada
Linares
Málaga
Dos Hermanas
Marbella
Jerez de la Fra.
Sanlúcar
Alcalá de Guadaira
Sevilla
La linea de la Con.
S. Fernando
El Puerto de S. Maria
37
Fisici del sonido
Sonómetro
Los sonómetros se distinguen se gún su precisión en clase 0, 1, 2, y 3,
siendo el de clase 0 el de mayor pre cisión y el de 1 de gran precisión.
Display de cristal líquido
700
Puesta en marcha
y selección del margen de medida
Selector de funciones
Para medir el ruido producido por una fuente s onora en un lugar deter
minado, hay que tener en cuenta el lla mado "ruido de fondo". Este ruido nun
ca debe enmascarar al sonido que in teresa medir. Es necesario medir el
ruido total y el ruido de fondo (sin la fuente sonora que queramos medir) y
después calcular la diferencia entre ambas medidas. Si es inferior a 3db, el
ruido de fondo es demasiado eleva do para una medida precisa de la
fuente emisora. Si está entre 3 y 1
0dB
Botón de RESET
39
Tiske del sonido
es necesario realizar una serie de co Normalmente los equipos de dosime rrecciones. Y
si la diferencia es superior tría constan de dos elementos: el moni a 10db, no es
necesaria ninguna correc- tor y el indicador, que bien pueden estar ción, ya que el nivel
de la fuente absorbe agrupados o por separado. al ruido de fondo.
El monitor realiza el almacenamiento Dosímetros: Son equipos destina- de la energía
de acuerdo con una pre dos a l a evaluación de una exposición determinada ley,
para su posterior lec a distintos niveles de ruidos en el tiem- tura en el equipo de
indicadores en el po, según una predeterminada ley de laboratorio. Actualmente
los equipos re valoración. L
a evaluación, que se rea- únen ambas secciones de
monitor e in liza mediante la utilización de dosíme dicador, e incluso éstos transforman
el tros, es porcentual con respecto a la porcentaje en el correspondiente nivel dosis
máxima permitida, del 100%. de ruido continuo equivalente en dBA.
IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII
40