Fundamentos de la Física del Sonido: Ondas, Cualidades y Fenómenos Acústicos

Conceptos Fundamentales de la Acústica y la Propagación Ondulatoria

Clasificación de las Ondas

Las ondas se clasifican según la relación entre la dirección de la vibración y la dirección de propagación:

• Onda Transversal: Las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación.
• Onda Longitudinal: La vibración ocurre en la misma dirección de propagación. El sonido se propaga como una onda longitudinal.
• Ondas Estacionarias: Se forman por la superposición de ondas viajeras que se propagan en direcciones opuestas, generando puntos fijos llamados nodos y puntos de máxima amplitud llamados antinodos.

Cualidades Físicas del Sonido

Estas características permiten diferenciar las distintas percepciones auditivas:

• Intensidad (Depende de la Amplitud): Característica que permite distinguir un sonido fuerte de uno débil.
• Altura o Tono (Depende de la Frecuencia): Característica que distingue un sonido agudo (tono alto) de un sonido grave (tono bajo).
• Timbre (Depende de la Forma de Onda): Permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y tono, producidos por distintas fuentes (ej. una voz y un instrumento musical).

Fenómenos Ondulatorios del Sonido

El sonido interactúa con el medio a través de diversos fenómenos físicos:

• Reflexión: El sonido se refleja en superficies sólidas. Este fenómeno es más eficiente cuanto más denso sea el medio reflectante.
• Transmisión: Los sonidos se transmiten a través de diferentes medios, generalmente con mayor eficacia en medios más densos y para frecuencias más bajas.
• Absorción: El sonido es absorbido por el medio en que se propaga, siendo más eficaz para las frecuencias más altas y en materiales blandos (como la tela).
• Resonancia: Cuando un cuerpo vibra, otro cuerpo que posea su misma frecuencia natural y esté vinculado de algún modo con él, también entrará en vibración. La energía se transfiere del primero al segundo.
• Efecto Doppler: La frecuencia percibida de un sonido depende de la velocidad relativa entre el emisor y el receptor. El cambio de frecuencia permite deducir si un objeto que emite sonido se acerca, se aleja y con qué rapidez.

Parámetros Físicos y Rangos de Audición

Velocidad de Propagación del Sonido

El sonido, como toda onda, se propaga con una velocidad característica del medio. Valores aproximados:

• Aire: 340 m/s
• Agua: 1,5 km/s (1500 m/s)
• Acero: 5,1 km/s (5100 m/s)

Rangos de Audición Humana

El oído humano percibe sonidos de frecuencias entre 16 Hz y 20.000 Hz (20 kHz). La intensidad de los sonidos se mide en decibeles (dB).

• Infrasonidos: Sonidos imperceptibles para el oído humano normal, por debajo de los 16 Hz.
• Ultrasonidos: Sonidos por encima de los 20 kHz.

Simbología Fundamental en Ondas

Variables utilizadas en el estudio de la física ondulatoria:

A

Longitud de onda

T

Periodo

F

Frecuencia

V

Velocidad

D

Distancia

t

Tiempo