Introducción

¿Qué es el sonido?

El sonido es una vibración mecánica de las partículas del aire, que en contacto con el tímpano, se transmite al oído.

A través del oído interno y el nervio auditivo, el cerebro interpreta esas vibraciones. Lo que interpreta es lo que oímos.

La vibración de una partícula significa que ésta se mueve en las proximidades de su posición original, y pasada la vibración volverá a su posición original. Una vibración es, por ejm, lo que ocurre en la superficie del agua en reposo si se arroja una piedra, ésta crea una vibración que avanza y hace que las partículas de la superficie suban y bajen, pero pasada la onda, las partículas siguen donde estaban.

La diferencia con el ejm del agua es que en el aire, los movimientos de las partículas son longitudinales, en la dirección de avance del sonido. Si tenemos una superficie que vibra, como puede ser el cono de un altavoz, la vibración se transmite a las partículas de aire que están en contacto con la superficie, empujándolas hacia adelante y atrás, éstas a su vez empujan a las siguientes, y cuando las primeras se retraen (se vuelven hacia atrás), las segundas también, y así se va propagando la onda por el aire.

Tomando la definición de sonido como aquello que el oído humano es capaz de percibir, habría que limitarlo a las vibraciones de frecuencias comprendidas entre 20 y 20.000 Hz (Hertzios = ciclos completos en un segundo). De este modo se llamarían:

  • Infrasonidos: vibraciones cuya frecuencia fuese menor de 20 Hz
  • Ultrasonidos: las vibraciones que oscilan por encima de los 20 KHz (kilo hertzios)

Cómo se mide

Las perturbaciones creadas sobre el estado de reposo inicial de las partículas de aire, se traducene en variaciones muy pequeñas de presión. Las partículas de aire se acercan y alejan con las vibraciones, se comprimen y descomprimen.

Esta variación de presión es lo que se mide. La unidad de medida de la presión es el Pascal (Pa), sin embargo, esto obligaría a tratar con unidades muy pequeñas, por ello se usa otra medida relativa: el Nivel de Presión Sonora (NPS), el cual se mide en decibelios (dB). El NPS en decibelios es el resultado de la siguiente operación matemática:

20 Log10 (presión / Pref)

Siendo Pref la presión de referencia = 20*10-6 Pa (= 0.0000 Pa). La presión de referencia es la mínima que puede detectar el oído humano medio, con lo que si tenemos un NPS = 0 dB, diremos que hay silencio.

En términos de habla inglesa, las referencias NPS se encuentran como SPL (Sound Pressure Level), y por influencia, también en documentación de habla hispana se suelen encontrar los datos en dB SPL.

Valores medios

Unos valores medios en dB son los siguientes:

  • 25 dB NPS es un dormitorio urbano
  • 57 dB NPS son una conversación normal
  • 64 dB NPS son una conversación con tono elevado
  • 85 dB NPS puede ser un grito
  • 115 dB NPS en una discoteca
  • 130 dB NPS el umbral de dolor

Como se propaga

El sonido es una vibración, que como tal, se puede dar en cualquier medio material, sea sólido, líquido o gas. En cada medio se propaga a una velocidad diferente, principalmente en función de la densidad, cuanto más denso sea el medio, mayor será la velocidad de propagación del sonido.

En el vacío el sonido no se propaga, al no existir partículas que puedan vibrar. En el aire el sonido se propaga a una velocidad aprox. de 343 m/s, dicha velocidad puede variar con la densidad del aire, la cual se ve afectada por valores como pueden ser la temperatura o la humedad relativa. En cualquier caso, para distancias de decenas de metros las variaciones son mínimas.

El sonido en el agua

En el agua, un valor típico de velocidad del sonido son 1500 m/s (debido a que el agua es más densa que el aire, por lo que la velocidad es mayor). En el agua la densidad varía mucho en función de factores como la profundidad, la temperatura o la salinidad.

la propagación del sonido en el agua es el fundamento de los sistemas de sonar utilizados en barcos y submarinos para detectar obstáculos u objetivos, y para enviar datos codificados.

Para aplicaciones sonar las frecuencias que se utilizan corresponden a los ultrasonidos.

En materiales metálicos, el sonido se propaga a velocidades superiores a las anteriores, por ejm en el acero el sonido se propaga a una velocidad de unos 5000 m/s. En materiales sólidos se utiliza el sonido y las propiedades de reflexión para detectar fallas estructurales y grietas, sin necesidad de tener acceso a toda la estructura, por ejm en una viga, bastará con acceder a una de las terminaciones para poder conocer su estado, empleando ultrasonidos y ecogramas.

Divergencia esférica

El nivel de presión disminuye conforme el sonido se propaga, cuando el frente de onda es esférico, en la mayoría de los casos el nivel cae 6 dB por cada vez que se duplica la distancia.

Estas se llaman pérdidas por divergencia esférica. Si por ejm se mide el NPS que produce una excavadora a 5 metros, y éste es de 100 dB, podremos decir que a 20 dB el NPS será de 88 dB, y a 40 m será de 82 dB.

Cuando el frente de onda es plano no hay pérdidas por divergencia. Un ejemplo de este tipo de propagación se da en la propagación del sonido por el interior de una tubería.

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