Umbral de audición

El umbral de audición es el nivel sonoro por debajo del cual el oído de una persona no detecta ningún sonido. Aunque no siempre este umbral sea el mismo para todas las frecuencias que es capaz de percibir el oído humano, es el nivel mínimo de un sonido para que logre ser percibido.

El valor normal se sitúa entre 0 dB audiométrico, equivalentes a 20 micropascales y 25 dB audiométricos, sin embargo, en frecuencias muy bajas, como aproximados a los 20 Hz hasta los casi 80 Hz.

Este Umbral tiende a subir debido a que estas frecuencias poseen un sonido mucho más bajo. Caso contrario sucede en las frecuencias superiores a las 10.000 Hz; pues debido a la agudez de estas ondas el umbral de 0 siempre es este.

Los 0 dB se expresan en Intensidad como 10-12 [Watts/m2] y en variación de la presión como 2·10-5 [N/m2].

tono

El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud física que está asociada al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas. Así el sonido más grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4 Hz y el más agudo a 698,5 hertzs.

Junto con la frecuencia, en la percepción sonora del tono intervienen otros factores de carácter psicológico. Así sucede por lo general que al elevar la intensidad se eleva el tono percibido para frecuencias altas y se baja para las frecuencias bajas. Entre frecuencias comprendidas entre 1 000 y 3 000 Hz el tono es relativamente independiente de la intensidad.

Un tono puro corresponde a una onda senoidal, es decir, una función del tipo f(t) = A sen(2 π f t), donde A es la amplitud, t es el tiempo y f la frecuencia. En el mundo real no existen tonos puros, pero cualquier onda periódica se puede expresar como suma de tonos puros de distintas frecuencias. Existiría una frecuencia fundamental y varias frecuencias múltiplos de la fundamental, llamados armónicos. Las frecuencias de estos armónicos son un múltiplo entero de la principal.

La forma en que es percibido el tono es lo que se conoce como altura del sonido, que determina cómo de bajo o alto es ese sonido, aunque es normal que se utilice tono como sinónimo de altura.

decibeles

el decibel, originalmente fue una unidad de medida para medir niveles de sonido y se indica con las letras dB. Es una unidad audiométrica que expresa la proporción en una escala logarítmica en que la intensidad de un sonido es mayor o menor que la de otro. Con el correr del tiempo se empezó a aplicar en varios campos técnicos tales como electrónica y comunicaciones.

Hace mas de cien años atrás se descubrió que si aumentábamos la potencia de un determinado sonido al doble no se escuchaba doblemente mas fuerte sino que respondía a una función logarítmica y se llamó “Bel”, posteriormente se determinó que era más sencillo utilizar un décimo de Bel y de allí viene el decibel, cuya expresión es:


dB = 10 x log10 P

Si se tiene dos valores de potencia diferentes: P1 y P2, y se desea saber cuales el cambio de una con respecto a la otra, se utiliza la siguiente fórmula

- dB = 10 Log P2 / P1 (si lo que se comparan son potencias) ó
- dB = 20 Log V2 / V1 (si lo que se comparan son voltajes)

Velocidad del sonido

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras. En la atmósfera terrestre es de 343 m/s (a 20 °C de temperatura). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite.

La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.

Más comúnmente el término se aplica a la velocidad del sonido en el aire. En este caso las propiedades físicas del aire, su presión y humedad por ejemplo, son factores que afectan la velocidad. Una velocidad aproximada (en metros/segundos) puede ser calculada de la siguiente manera:

v = 331 + (0,6t)

donde T es la temperatura en grados celsius

Una ecuación más exacta:

donde R es la constante de los gases, M es la masa molecular del gas (R/M = 287 J/kgK para el aire), γ es el coeficiente adiabático (1,4 para el aire), y T es la temperatura absoluta enkelvin.

La velocidad del sonido se mide generalmente a una "atmósfera estándar" determinada. Bajo esas condiciones la velocidad del sonido es aproximadamente 343 m/s, o 1235kilómetros/hora.

En sólidos la velocidad del sonido está dada por:

donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero que es aproximadamente de 5100 m/s.

La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapeados del fondo del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1500 m/s y en agua dulce a 1435 m/s. Estas velocidades varían debido a la presión, profundidad, temperatura, salinidad y otros factores.

umbral del dolor

se define como la intensidad mínima de un estímulo que despierta la sensación de dolor. En la audiencia, umbral de dolor es presión sana o nivel de presión sana más allá de qué sonido llega a ser unbearable para un oyente humano. Este umbral varía solamente levemente con frecuencia.

Diversos valores para el umbral del dolor se encuentran en la literatura:

Umbral del dolor
nivel de presión sana	presión sana
dBSPL 120	PA 20
dBSPL 130	PA 63
dBSPL 134	PA 100
dBSPL 137.5	PA 150
dBSPL 140	PA 200

Umbral del dolor


volumen en acústica se refiere intensidad. Es un término común para amplitud de sonido, la presión sana o el nivel de presión sana.

La exposición prolongada a los niveles de presión sana superior al umbral del dolor puede causar el daño físico, potencialmente principal a deterioro de oído.

pulsaciones

La superposición de ondas de frecuencias ƒ1 y ƒ2 muy cercanas entre sí produce un fenómeno particular denominado pulsación (o batido).

en esos casos nuestro sistema auditivo no es capaz de percibir separadamente las dos frecuencias presentes, sino que se percibe una frecuencia única promedio (ƒ1 + ƒ2) / 2, pero que cambia en amplitud a una frecuencia de ƒ2 - ƒ1 .

es decir, si superponemos dos ondas senoidales de 300 Hz y 304 Hz, nuestro sistema auditivo percibirá un único sonido cuya altura corresponde a una onda de 302 Hz y cuya amplitud varía con una frecuencia de 4 Hz (es decir, cuatro veces por segundo).

en la imagen se muestran pulsaciones producida por la superposición de dos ondas de frecuencias muy cercanas!

Las pulsaciones se perciben para diferencias en las frecuencias de hasta aproximadamente 15-20 Hz. Diferencias mayores de 15-20 Hz le dan al sonido percibido un carácter áspero, mientras que si la diferencia aumenta comienzan nuevamente a percibirse las dos ondas simultánea y separadamente.

Para comprender el origen de las pulsaciones, examinemos la interferencia que se establece entre ondas sonoras que producen de dos diapasones de frecuencia ligeramente distinta. La superposición de ondas A y B ilustran el origen de las pulsaciones. Los tonos fuertes se presentan cuando las ondas interfieren constructivamente y los tonos suaves ocurren cuando las ondas interfieren en forma destructiva. La observación y los cálculos demuestran que las dos ondas interfieren constructivamente f – f’ veces por segundo. Así podemos escribir

Número de pulsaciones por segundo = |f – f’|

Por ejemplo si dos diapasones de 256 y 259 Hz se golpean simultáneamente, el sonido resultante pulsará tres veces por segundo.

efecto Doppler

El efecto Doppler, llamado así por el austríaco Christian Andreas Doppler, es el aparente cambio de frecuencia de una onda producido por el movimiento relativo entre la fuente, el emisor y/o el medio. Doppler propuso este efecto en 1842 en su tratado Über das farbige Licht der Doppelsterne und einige andere Gestirne des Himmels (Sobre el color de la luz en estrellas binarias y otros astros).

Considere un observador que escucha el sonido de una fuente sonora. Supongamos que la fuente sonora genera un sonido continuo de frecuencia fo. Si la separación de la fuente y el observador varía en función del tiempo, entonces la frecuencia que escucha el observador no será fo. Este fenómeno se conoce con el nombre de Efecto Doppler.


Cuando un avión supera la velocidad del sonido los frentes de ondas se comprimen formando una onda de choque que escuchamos como estallido sónico.


El efecto Doppler también se encuentra en la astronomía radar, permite construir mapas de la reflexibilidad de las ondas de radio de la Luna o de un planeta. Al seleccionar señales en zonas adecuadas y regiones de cambio de longitud de onda, se puede trazar un mapa de la superficie completa de un planeta .

Muchos experimentos interesantes y valiosos en física han sido posibles gracias al uso de la radioastronomía.

Otras aplicaciones son:

Se encuentran en las estrellas binarias espectroscópicas, identificadas por primera vez en 1889, no son separables visualmente por medio del telescopio, pero se pueden reconocer duplicando o ensanchando las líneas del espectro cuando gira el par de estrellas. Cuando uno de los componentes se aleja de la Tierra, el otro se aproxima a ella; las líneas del espectro de la estrella que se aleja se desplazan hacia el rojo, mientras que las de la estrella que avanza se desplazan hacia el violeta.



Una de sus aplicaciones más importantes es la del radar (sistema electrónico que permite detectar objetos fuera del alcance de la vista y determinar la distancia a que se encuentran proyectando sobre ellos ondas de radio) El radar de onda continua emite una señal continua, en vez de impulsos. El radar Doppler, que se utiliza a menudo para medir la velocidad de objetos como un coche o una pelota, transmite con una frecuencia constante. Las señales reflejadas por objetos en movimiento respecto a la antena presentarán distintas frecuencias a causa del efecto Doppler. La diferencia de frecuencias guarda la misma relación con la emitida que la existente entre las velocidades del objetivo y la de la luz.