Comprendiendo la Física del Sonido: Una Guía Completa

Cuando una campana vibra, empuja y jala partículas de aire, creando una reacción en cadena que se propaga como una onda de sonido. Este fenómeno es esencialmente una onda de sonido. Las vibraciones de las moléculas en el aire contribuyen a la propagación de las ondas sonoras.

En el contexto de la acústica, el sonido es el resultado de compresiones y rarefacciones de partículas de aire. La compresión aumenta la presión del aire, mientras que la rarefacción la disminuye. Estas regiones de alta y baja presión crean ondas de sonido que oscilan por encima y por debajo de la presión atmosférica.

Para estudiar el sonido, es crucial entender las variaciones de presión. La presión atmosférica, medida en fuerza por unidad de área, cambia con la altitud. Por ejemplo, la Ciudad de México, ubicada a una altitud de 2.24 km sobre el nivel del mar, experimenta una presión atmosférica diferente en comparación con el nivel del mar.

Cuando un objeto vibra, crea regiones de compresión y expansión en el aire, lo que lleva a cambios de presión. Estas variaciones de presión resultan en la formación de ondas sonoras que se propagan a través del medio.

Contrario a la creencia común, las partículas de aire en las ondas sonoras no viajan; solo oscilan en su lugar. Esta oscilación se puede visualizar como regiones de alta y baja presión que corresponden a compresiones y rarefacciones en el medio.

En las representaciones de ondas sonoras, el eje vertical suele denotar la presión, con picos que indican regiones de alta presión y valles que representan regiones de baja presión. La amplitud de la onda se correlaciona directamente con su volumen o sonoridad.

La amplitud en las ondas de sonido se refiere a la magnitud de la oscilación. Una amplitud más grande corresponde a un sonido más fuerte. Diferentes tipos de amplitudes, como la amplitud máxima y la amplitud cuadrática media, juegan un papel en la determinación de la intensidad del sonido o sonoridad.

La amplitud RMS, que significa raíz cuadrada media, se calcula elevando al cuadrado todos los valores, tomando el promedio y luego encontrando la raíz cuadrada. Este método es preferido sobre simplemente calcular el promedio ya que tiene en cuenta tanto los valores positivos como negativos, proporcionando una representación más precisa de la amplitud de la onda.

Las presiones sonoras suelen expresarse en Pascales, siendo crucial entender la amplitud RMS de una onda sonora. Por ejemplo, una onda sonora con una presión de 1 Pascal en realidad tiene una amplitud RMS de 0.707 Pascales, lo que indica una variación de solo 1.4 Pascales alrededor de este valor.

La amplitud de una onda es la distancia desde la línea central hasta cualquier punto en la onda, mientras que la longitud de onda es la distancia entre puntos idénticos en el patrón de la onda. Comprender estos conceptos es esencial para analizar las ondas sonoras y sus propiedades.

La velocidad del sonido no es un número fijo y depende de varios factores, siendo el principal el medio a través del cual viaja el sonido. Factores como la temperatura y la humedad también influyen en la velocidad del sonido, con las ondas sonoras propagándose más rápido en medios más densos.

La velocidad del sonido en el aire seco suele ser alrededor de 343 m/s, pero puede variar en otros medios. La unidad de velocidad conocida como MACH se define en relación con la velocidad del sonido en el aire, siendo MACH 1 igual a la velocidad del sonido en ese medio.

Frecuencia, medida en Hertzios, indica cuántas repeticiones ocurren en un segundo. Puede determinarse contando los ciclos en un período de tiempo dado o calculando el recíproco del período. La unidad estándar de frecuencia, Hertzios, significa el número de repeticiones en un segundo.

Para calcular la frecuencia, un método implica contar los ciclos en un marco de tiempo específico, mientras que un método más confiable es medir el período, que es el tiempo de un ciclo, y luego encontrar el recíproco del período. Esto asegura una determinación más precisa de la frecuencia en Hertzios.

Las ondas tienen una frecuencia de 2 Hz, lo que significa que el patrón se repite dos veces por segundo.

Un joven puede escuchar frecuencias de sonido tan altas como 20 kHz, pero este rango disminuye con la edad.

La pérdida de audición con la edad puede parecer gradual, pero sigue una escala logarítmica, afectando primero a las frecuencias más altas.

El período se relaciona con el tiempo, mientras que la longitud de onda se relaciona con la distancia en una onda.

Las ondas sonoras viajan a una velocidad constante, con una longitud de onda determinada por la velocidad y la frecuencia de la onda.

Las longitudes de onda del sonido en el aire se pueden calcular, con una longitud de onda de 17.15 metros para una frecuencia de 20 Hz.

Las longitudes de onda del sonido en el agua difieren de las del aire debido a que la velocidad del sonido es mayor en el agua.

El efecto Doppler causa un cambio percibido en la frecuencia del sonido cuando una fuente se mueve hacia o lejos de un observador.

La forma de onda de un sonido determina su timbre, que distingue los sonidos de diferentes fuentes.

Mientras que el tono se refiere a la altura de una nota musical, el timbre distingue la calidad del sonido incluso cuando las notas son las mismas.

Características del sonido como forma de onda, amplitud y frecuencia pueden variar, influenciando el sonido general producido.