Guindalera 07_ 2010La Física del Sonido1 Los lenguajes del sonido. Un espacio de encuentro…...
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Guindalera 07_ 201 0 La Física del Sonido 1 Los lenguajes del sonido. Un espacio de encuentro… Residencia la Cristalera Miraflores de la Sierra La Física del Sonido © F.Sotres (UCM)
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Los lenguajes del sonido. Un espacio de encuentro Residencia la CristaleraMiraflores de la Sierra
La Fsica del Sonido F.Sotres (UCM)
La Fsica del Sonido
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LA FISICA DEL SONIDOSumarioIntroduccinLos pionerosQu son un pulso y onda mecnicaVibraciones en muelles, agua ( experiencias y simulaciones)Clasificacin : longitudinales y transversales. Medio elsticoReflexin, estacionarias, refraccin, interferencias, difraccin , resonanciaVibraciones sonorasFenmenos con diapasones: variar frecuencia, pulsaciones de dos diapasones, Resonancia de columnas de aireEco y reverberacinVelocidad del sonido:campana de vaco, por eco repetido y con software.Efecto Doppler: Cmo analizo un sonido de diapasones e instrumentos con transductores: altavoces y osciloscopios.Cmo se registra: fongrafo, cintas magnticas, CDPotencia, Intensidad tono y timbre con software de simulacin . El fenmeno frente a su percepcinLa escala logartmica de la audicinLos decibelios y el sonmetroEspectgro sonoro y lmites de la audicinOdo humano: ciliosLa faringe y las cuerdas vocales.Aplicaciones:MsicaAislantes. ReverberacinTeatrosMedicinaUltrasonidos para ecografasAplicaciones mdicas y radares
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Algo de historia
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Los pioneros IPitgoras (VI AC) se percata de la relacin entre la longitud de una cuerda tensa y su tono de vibracin. Identifica adems la amplitud e intensidad del sonido. Aristteles (350 AC) relaciona vibracin sonora con el aire que la propaga
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los pioneros IIAnicius Manilius ( 500 DC) relaciona la vibracin de una cuerda con la con vibracin del aire inmediato.
Galileo ( 1564-1642) completa las leyes de la cuerda vibrante Pitgoras.
John Shore 1711, sargento trompetero ingls, inventa el diapasn
Charles Sturm 1826. Mide la velocidad del sonido en el agua
Lord Rayleight 1877: describe por primera vez la ecuacin de la onda de sonido
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Los pioneros III : Helmotz
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LOS FENMENOS VIBRATORIOS(ONDAS)
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CONCEPTOS BSICOS IPulso Onda armnica : Cada partcula del medio oscila con movimiento armnico longitudinal o transversal.
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CONCEPTOS BSICOS IISi la energa se confina en una regin, bajo ciertas condiciones se forma una onda estacionaria
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CONCEPTOS BSICOS III: RESONANCIAUn sistema oscilante ( pndulo, columna de aire,) vibra a una frecuencia natural caracterstica.Un foco prximo a ste induce una vibracin que ser mxima cuando las frecuencias de ambos coincidan.En pndulos acoplados la transferencia de energa es mxima si sus frecuencias naturales son iguales. Si no, la transferencia de energa es menor.
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CONCEPTOS BASICOS IVonda transversal en agua
onda longitudinal en bolas ms medio elstico recuperador
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CONCEPTOS BSICOS VOndas distintas interfieren y despus siguen su camino( 1D y 2D)
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CONCEPTOS BASICOS VILa onda incidente cambia de velocidad y direccin al cambiar de medio ( Se refracta )
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CONCEPTOS BASICOS VII: Difraccin
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ONDAS DE SONIDO
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Cmo se originanLa energa y la perturbacin viajan en un sentido desde el foco emisor.Cada partcula slo oscila alrededor de un punto.
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Se reflejan en paredes curvas y planas
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Como la luz , el sonido se curva en medios de densidad variable
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Se difractan
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EL DIAPASON IEs un arco metlico que oscila con frecuencia constante ( el ms comn emite la nota la a 440 Hz al ser golpeado con un martillo)Su frecuencia cambia si se modifica la masa que oscila con un suplemento.Su oscilacin golpea a las molculas de aire produciendo una onda sonora armnica y longitudinal.
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DIAPASN IIAcoplado a una caja, sta resuena.
La interferencia de dos diapasones simultneos de frecuencias ligeramente distintas, produce pulsaciones.
Sirven de referencia para afinar instrumentos. Hoy los sustituyen afinadores electrnicos.
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RESONANCIA EN TUBOS DE AIRE
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CUALIDADES DEL SONIDOLa intensidad: indica la energa por unidad de tiempo y superficie atravesada en la propagacin de un sonidoEl tono: es la frecuencia del sonidoDos instrumentos tienen un timbre caracterstico aunque emitan la misma nota. Se debe a la presencia de sonidos parsitos simultneos llamados armnicos.Cada armnico tiene una frecuencia mltiplo de la frecuencia fundamental.La suma del sonido fundamental y los armnicos reproduce el sonido inicial.Los software de simulacin ayudan a su didctica
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LA ENERGA DEL SONIDO Y SUS UNIDADESUn foco puntual emite frentes de onda esfricos que transportan energa.Todos los frentes emiten igual potencia. Se mide en watios
En un frente, la potencia que emite una superficie unidad disminuye con la distancia al foco. I = P/S
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Eco y reverberacionEco se produce cuando un sonido rebota a cierta distancia.Cuando el eco es muy prximo se dice reverberacin.
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VELOCIDAD DEL SONIDOEn el vaco el sonido no puede viajar
Se puede calcular midiendo el tiempo de regreso de su eco.
La mejor medida ( rpida, precisa y sencilla) se consigue con software de grabacin libre Audacity http://www.youtube.com/watch?v=Vd2bDBfkAzs
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El efecto DopplerSi el foco se acerca al oyente, ste percibe longitudes de onda ms pequeas y de mayor frecuencia. Si se aleja, las percibe mayores.Este efecto se aplica al clculo de la velocidad de los glbulos rojos en la sangre, al clculo de las velocidades de los coches y a explicar el corrimiento hacia el rojo de las estrellas
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LA TRANSDUCCIN I
Disco de Edison
Altavoz
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TRANSDUCTORES IIAltavoz y micrfono
Ultrasonidos por efecto piezoelctrico
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Voz y Audicin
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La voz humanaEl sonido se produce al expulsar aire a travs de las cuerdas vocales que pueden:VibrarCerrarse de golpehttp://www.microsiervos.com/archivo/ciencia/como-funcionan-cuerdas-vocales.html
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La fisiologa del odo
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El canal auditivo externo (2,5 cm) resuena con frecuencias entre 2000 y 5000 Hz lo que mejora su audicin.
El tmpano comunica su vibracin a los huesecillos.
La clquea (caracol) recoge las vibraciones del yunque en la secuencia : lquido - cilios- nervio ptico
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AUDICIONLa sensacin es logartmica aunque la seal fsica crezca de modo lineal
Para cuantificarla se le asigna un nivel de intensidad sonora, el Decibelio. Los decibelios se miden con un sonmetro
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Grfico1
0
0.3010299957
1
1.4771212547
1.6989700043
1.903089987
2
2.4771212547
2.6989700043
2.84509804
3
log x
Intensidad sonora
sensacion auditiva
la percepcion del sonido
Hoja1
xlog x
10
20.3010299957
101
301.4771212547
501.6989700043
801.903089987
1002
3002.4771212547
5002.6989700043
7002.84509804
10003
Hoja1
log x
Intensidad sonora
sensacion auditiva
la percepcion del sonido
Hoja2
Hoja3
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Los umbrales de audicinLa sensacin depende tambin de la frecuencia
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La fsica de la msica
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La escala DiatnicaNotas simultneas se oyen con armona si una es armnica de la otra y sus frecuencias tienen relaciones simplesf nota base4/3 f es la cuarta3/2 es la quinta9/8 f es la quinta de la quinta corregida =( 3/2 f * 3/2) / 2 81/64 es la quinta de la quinta243/128 es la quinta, de la quinta de la primera quinta...4/3 f es la cuarta 2f es la octava
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La escala diatnicaLas teclas blancas de una octava del piano son la escala diatnica
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La escala cromticaAadiendo a la escala anterior cinco semitonos nuevos( cinco teclas negras), a partir de las cuartas, tenemos doce intervalos (de espaciados muy prximos) en una octava. Se dice que la escala es cromtica
En los pianos modernos el espaciado de los 12 semitonos es idntico. Ponen una escala temperada.
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Medicina y sonidoEcografa pasivaEcografa activa: problemas vasculares por efecto Doppler
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Relieve marino, pesca y sonarOndas sonoras desde los ultrasonidos hasta extrasonidos exploran fondos, minas , barcos y bancos de peces
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