FÍSICA ACÚSTICA
ONDAS SONORAS
Profesora: María José Marsano Cornejo
Ondas sonoras
• Es una onda mecánica longitudinal.
• Se puede propagar como ondas • Se puede propagar como ondas planas, ondas cilíndricas u ondas esféricas.
• Viaja a través de un medio con determinada velocidad.
• Partículas del medio provocan cambios de presión y densidad.
Ondas sonoras
ONDAS SONORAS
O. Audibles O. Infrasónicas O. ultrasónicas
(Según su rango frecuencial)
O. Audibles
Instrumentos musicalesCuerdas vocalesParlantesEtc.
O. Infrasónicas
ElefantesTigresBallenasEtc.
O. ultrasónicas
DelfinesMurcielagosPerrosEtc.
Ondas sonoras
Rango audible
Ondas sonoras
Ondas sonoras periódicas
Zonas de compresiónZonas de rarefacción
Alta presiónAlta densidad
Baja presiónBaja densidad
Ondas sonoras
Ondas sonoras
( ) ( )max, coss r t s kr tω= ±Desplazamiento
( ) ( )max, sinP r t P kr tω= ±Variación de presión
Ondas sonoras
Onda de desplazamiento
( ) ( ), coss r t s kr tω= ±Onda sonora
Onda de presión
( ) ( )max, coss r t s kr tω= ±
( ) ( )max, sinP r t P kr tω= ±
Ondas sonoras
Desfase de 90º entre ambas
Onda de desplazamiento
Onda de presión
Ondas sonoras
Presión acústica o presión sonora
• Es producto de la propagación del sonido.
• Es una presión instantánea
[ ]50 10P Pa=
Presión atmosférica
• Determina la amplitud de un sonido.
Presión sonora (o acústica)
Variación de la presión con respecto a la presión inicial en un instante t.
Intensidad
Ondas sonoras
Ondas sonoras
[ ]20P Pa=[ ]50 2 10P Pa−= ×
Rangos audibles
[ ]
[ ]
2
20
0
10log
20log
PLp dB
P
PLp dB
P
=
=
Nivel de presión sonora (NPS)
Ondas sonoras
Ondas sonoras
Superposición de fuentes sonoras
[ ]31 2
10 10 10 1010log 10 10 10 ... 10NLp LpLp Lp
TOTALLp dB
= + + + +
¿Cuál es el nivel de presión sonora resultante de la superposición de 4 parlantes , cuyos niveles son: 85dB, 90dB, 92dB y 87 dB?
85dB 90dB 92dB 87 dB
Ondas sonoras
Nivel continuo equivalente
[ ]31 2
10 10 10 10110log 10 10 10 ... 10
NLp LpLp Lp
Leq dBN
= + + + +
N
¿Cuál es el nivel promedio de 4 parlantes sonando simultáneamente , cuyos niveles son: 85dB, 90, dB, 92dB y 87 dB?
Ondas sonoras
Ejercicio:Calcule en NPS resultante de 2 fuentes que emiten simultáneamente:a) 80dBb) 50dBc) 30dBc) 30dB
CONCLUSIÓN Cada vez que dos fuentes emiten el mismo NPS, entonces el nivel total aumenta en 3dB
Ondas sonoras
ONDAS SONORAS (Según la fuente que las produce)
O. esféricas O. cilíndricas O. planasO. esféricas O. cilíndricas O. planas
Ondas sonoras
O. esféricas Ondas omnidireccionales
• Producidas por una fuente puntual.• Producidas por una fuente puntual.
• Se pueden observar en sonidos de bajas frecuencias.
• La energía de la onda se propaga uniformemente
2 24S r mπ =
Ondas sonoras
Atenuación por distancia“Ley del cuadrado de la distancia”
[ ]2
1
20logr
At dBr
=
Divergencia
Cada vez que se dobla la distancia con relación a una fuente puntual el sonido se atenúa en 6 dBA.
Ejercicio.Si por ejemplo se mide el NPS que produce una excavadora a cinco metros y este es de 100 dB, podremos decir que a:
- 20 m el NPS será
de 82 dB.- 40 m el NPS será
de 88 dB
Ondas sonoras
O. cilíndricas
• Producidas por fuentes lineales.
• Se pueden observar en sonidos de frecuencias • Se pueden observar en sonidos de frecuencias medias.
• Su superficie crece más lento que las ondas esféricas.
22S rL mπ =
Cada vez que se dobla la distancia con relación a una fuente lineal el sonido se atenúa en 3 dBA.
Ondas sonoras
O. planas
• La onda se propaga en una dirección.
• Se pueden observar en sonidos de frecuencias altas.
• Su superficie no cambia a medida que se propaga.
Se pueden obtener ondas planas cuando:
• Uno se aleja de la fuente.• Cuando esta fuente genera altas frecuencias.
Ondas sonoras
Intensidad acústica (I)
Es la cantidad de energía sonora transmitida en una dirección determinada por unidad de área.
W Watts 2
W WattsI
S m =
2
20
P WattsI
c mρ =
Válido para ondas esféricas y planas en campo libre
Ondas sonoras
2
20
P WattsI
c mρ =
Ondas planas Ondas esféricasOndas planas
• P NO varía con la distancia.
• I es siempre la misma
Ondas esféricas
• P SI varía con la distancia.
• I cambia
Ondas sonoras
[ ]0
10logI
IL dB
I=
120 2
10watts
Im
− =
Ondas sonoras
Potencia acústica (W)
Es la cantidad de energía que atraviesa una superficie que rodea a la fuente por unidad de tiempo.
[ ]0
10logW
WL dB
W=
[ ]120 10W watts−=
Ondas sonoras
Directividad (Q)
Indica la superficie efectiva por la cual se irradia el sonido.
ESFERA
EFECTIVA
SQ
S=
Ondas sonoras
A mayor directividad la superficie que abarca la fuente es menor, pero la potencia se mantiene constante.
Ondas sonoras
Relación entre variables acústicas
2
W WattsI
S m =
2
2 24
P WQ WattsI
c r mρ π = = S m 2 2
0 4I
c r mρ π= =
ESFERA
EFECTIVA
SQ
S=
24EFECTIVA
rS
Q
π= 2 24W Watts
Ir m
Q
π =
2 24
WQ WattsI
r mπ =
Ondas sonoras
Mínima presión que 1 persona necesita para detectar un tono de 1KHz
[ ]0
20logP
Lp dBP
=
[ ]50 2 10P Pa−= ×
Relación entre variables acústicas
[ ]0
10logI
IL dB
I=
[ ]0
10logW
WL dB
W=
120 2
10watts
Im
− =
[ ]120 10W watts−=
Mínima intensidad requerida para detectar un tono de 1KHz
Mínima potencia que debe tener una fuente para generar un tono de 1 KHz
Ondas sonoras
Ejercicio
Una fuente sonora cuya directividad es 2 y que emite 70dB de presión sonora funciona un día en que hay 5ºC de temperatura. Si un receptor se ubica a 5m de la fuente. (densidad del aire=1,18Kg/m3)Determinar:Determinar:a) La potencia de la fuenteb) El NPS si se ponen 2 fuentes iguales a la misma distancia.c) El NPS si se ponen 100 fuentes iguales a la misma distancia.
Ondas sonoras
Ejercicio
Una persona emite a 3m cuando grita una nivel de presión de 110dB un día cuya temperatura es de 10ºC. ¿Qué nivel de presión emitirá el estadio nacional con 60.000 personas considerando que éstas se ubican a una distancia promedio de 50m (del pto de medición). Suponiendo que las ondas que emiten promedio de 50m (del pto de medición). Suponiendo que las ondas que emiten son esféricas y tienen un plano reflectante ¿cuál es la potencia promedio de todas las personas gritando al mismo tiempo? ¿y el nivel de potencia acústica?
Ondas sonoras
Efecto Doppler
Corresponde a un cambio en frecuencia producto del movimiento relativo de la fuente con respecto al observador.
[ ]RR F
F
c vf f Hz
c v
±= ∓
Ondas sonoras
CASO 1:
Fuente y observador en movimiento
Misma dirección y a igual velocidad
NO HAY EFECTO DOPPLER
CASO 2: Fuente y observador en movimiento
F R
[ ]RR F
F
c vf f Hz
c v
−= −
Ondas
Ondas sonoras
F R
[ ]RR F
F
c vf f Hz
c v
+= −
Ondas
Fc v−
F R
[ ]RR F
F
c vf f Hz
c v
+= +
Ondas
Ondas sonoras
F R
[ ]Rc vf f Hz
−= Ondas
[ ]RR F
F
c vf f Hz
c v
−= +
Ondas sonoras
Ejercicio
Una ambulancia viaja por la autopista a un velocidad de 33,5m/s. Su sirena emite un sonido a una frecuencia de 400Hz.Determine la frecuencia percibida por un automovilista que viaja a 24,6m/s en
sentido opuesto a medida que su auto:sentido opuesto a medida que su auto:a) Se acerca a la ambulancia.b) Se aleja de ésta.
Ondas sonoras
Ejercicio
Un tren se mueve con una velocidad de 40m/s cuando suena su silbato, el cual tiene una frecuencia de 500Hz.a) Determine la frecuencia percibida por un observador estacionario a
medida que el tren se aproxima.medida que el tren se aproxima.b) ¿Cuál será la frecuencia aproximada percibida por el observador cuando
el tren se aleje de él?
Ondas sonoras
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