Sonar

La tambor produce un sonido a través de una membrana vibratoria.

El sonido es una onda mecánica que es una oscilación de presión transmitida a través de un sólido , líquido , o gas , compuesta de frecuencias dentro de la gama de audiencia. El sonido también viaja a través de plasma .

Propagación del sonido

El sonido es una secuencia de ondas de presión que se propaga a través de los medios compresibles, tales como aire o agua. (El sonido se puede propagar a través de sólidos, así, pero hay modos adicionales de propagación). Sonido que es perceptible por los seres humanos tiene frecuencias de alrededor de 20 Hz a 20.000 Hz. En el aire a temperatura y presión estándar, las longitudes de onda correspondientes de ondas sonoras varían desde 17 m a 17 mm. Durante la propagación, las olas pueden ser reflejada, refractada, o atenuada por el medio.

El comportamiento de la propagación del sonido es generalmente afectada por tres cosas:

• Una relación entre la densidad y la presión. Esta relación, afectada por la temperatura, determina la velocidad del sonido en el medio.
• La propagación también se ve afectada por el movimiento del propio medio. Por ejemplo, el sonido se mueve a través del viento. Independiente del movimiento del sonido a través del medio, si el medio está en movimiento, el sonido es transportado más allá.
• La viscosidad del medio afecta también el movimiento de las ondas sonoras. Se determina la velocidad a la que se atenúa el sonido. Para muchos medios, tales como aire o agua, la atenuación debida a la viscosidad es despreciable.

Cuando el sonido se mueve a través de un medio que no tiene propiedades físicas constantes, puede ser refractada (ya sea dispersado o enfocada).

La percepción del sonido

Oído humano

La percepción del sonido en cualquier organismo se limita a un cierto rango de frecuencias. Para los seres humanos, la audición se limita normalmente a frecuencias de entre aproximadamente 20 Hz y 20.000 Hz (20 kHz), aunque estos límites no son definitivos. El límite superior generalmente disminuye con la edad. Otras especies tienen un rango diferente de audiencia. Por ejemplo, los perros pueden percibir vibraciones superiores a 20 kHz, pero son sordos a cualquier cosa por debajo de 40 Hz. Como una señal percibida por uno de los principales sentidos, el sonido es utilizado por muchas especies para la detección de peligro, navegación, depredación y la comunicación . Tierra 's atmósfera, agua, y prácticamente cualquier fenómeno físico, como el fuego , la lluvia , el viento , resaca, o terremoto , produce (y se caracteriza por) sus sonidos únicos. Muchas especies, como ranas , pájaros , marinos y terrestres mamíferos , también se han desarrollado especial órganos para producir sonido. En algunas especies, estos producen canción y discurso. Además, los seres humanos han desarrollado la cultura y la tecnología (como la música , el teléfono y la radio ) que les permite generar, registrar, transmitir, y sonido de emisión. El estudio científico de la percepción humana del sonido se conoce como psicoacústica.

Física del sonido

Ondas de compresión esféricos

Las vibraciones mecánicas que pueden ser interpretadas como sonido son capaces de viajar a través de todo formas de la materia: los gases , líquidos , sólidos y plasmas . La materia que soporta el sonido se llama la medio. El sonido no puede viajar a través de un vacío.

Las ondas longitudinales y transversales

El sonido se transmite a través de gases, plasma y líquidos como ondas longitudinales, también llamados ondas de compresión. A través de los sólidos, sin embargo, puede transmitirse como ambas ondas longitudinales y ondas transversales. Ondas sonoras longitudinales son ondas de alterna desviaciones de presión de la presión de equilibrio, provocando regiones locales de compresión y rarefacción, mientras ondas transversales (en sólidos) son ondas de alterna tensión de cizallamiento en ángulo recto a la dirección de propagación.

La materia en el medio se desplaza periódicamente por una onda de sonido, y por lo tanto oscila. La energía transportada por la onda de sonido convierte ida y vuelta entre la energía potencial de la adicional de compresión (en el caso de las ondas longitudinales) o desplazamiento lateral deformación (en el caso de las ondas transversales) de la materia y la energía cinética de las oscilaciones del medio.

Propiedades de las ondas de sonido y características

Ondas sinusoidales de diferentes frecuencias; las olas inferiores tienen frecuencias más altas que los de arriba. El eje horizontal representa el tiempo.

Sonido olas suelen simplificarse a una descripción en términos de sinusoidal ondas planas, que se caracterizan por estas propiedades genéricas:

• Frecuencia, o su inverso, el período
• Longitud de onda
• Número de onda
• Amplitud
• Presión sonora
• La intensidad del sonido
• Velocidad del sonido
• Dirección

A veces, la velocidad y dirección se combinan como una velocidad de vectores ; número de onda y la dirección se combinan como un vector de onda.

Las ondas transversales, también conocido como ondas de corte, tienen la propiedad adicional, polarización, y no son una característica de las ondas sonoras.

Velocidad del sonido

Marina de los EE.UU. F / A-18 acercándose a la barrera del sonido. El halo blanco está formado por gotas de agua condensada que se cree que el resultado de una caída en la presión de aire alrededor de la aeronave (véase Prandtl-Glauert Singularity).

La velocidad del sonido depende del medio de las olas pasan a través de, y es una propiedad fundamental del material. En general, la velocidad del sonido es proporcional a la raíz cuadrada de la relación de la módulo de elasticidad (rigidez) del medio a su densidad . Estas propiedades físicas y la velocidad del cambio de sonido con las condiciones ambientales. Por ejemplo, la velocidad del sonido en los gases depende de la temperatura . En el 20 ° C (68 ° F) de aire en el nivel del mar, la velocidad del sonido es de aproximadamente 343 m / s (1.230 kmh; 767 mph), utilizando la fórmula "v = (331 + 0,6 T) m / s". En agua dulce, también a 20 ° C, la velocidad del sonido es de aproximadamente 1482 m / s (5.335 kmh; 3.315 mph). En el acero , la velocidad del sonido es de aproximadamente 5,960 m / s (21.460 kmh; 13.330 mph). La velocidad del sonido es también ligeramente sensible (una de segundo orden efecto anarmónico) a la amplitud del sonido, lo que significa que hay efectos de propagación no lineales, tales como la producción de armónicos y tonos mixtos no presentes en el sonido original (ver array paramétrico).

Acústica

La acústica es la ciencia interdisciplinaria que se ocupa del estudio de todas las ondas mecánicas en los gases, líquidos y sólidos, incluyendo la vibración, sonido, ultrasonido y infrasonido. Un científico que trabaja en el campo de la acústica es un especialista en acústica, mientras que alguien que trabaja en el campo de la tecnología acústica se puede llamar a un ingeniero acústico o el audio. La aplicación de la acústica se puede ver en casi todos los aspectos de la sociedad moderna con la más evidente es la industria de audio y control de ruido.

Ruido

El ruido es un término comúnmente utilizado para referirse a un sonido no deseado. En la ciencia y la ingeniería, el ruido es un componente deseable que oscurece una señal deseada.

Nivel de presión acústica

Presión de sonido es la diferencia, en un medio dado, entre la presión promedio local y la presión en la onda de sonido. Un cuadrado de esta diferencia (es decir, un cuadrado de la desviación de la presión de equilibrio) es generalmente un promedio en el tiempo y / o espacio, y una raíz cuadrada de este medio proporciona una media cuadrática (RMS). Por ejemplo, 1 Pa de presión de sonido RMS (94 dBSPL) en el aire atmosférico implica que la presión real en la onda de sonido oscila entre (1 atm Pa) y (1 atm Pa), que se encuentra entre 101323.6 y 101326.4 Pa. Una pequeña (con respecto a la atmosférica) Tal variación en la presión de aire a una frecuencia de audio se percibe como un ensordecedor sonido, y puede causar daños auditivos, según la siguiente tabla.

A medida que el oído humano puede detectar sonidos con una amplia gama de amplitudes, presión del sonido se mide a menudo como un nivel en un logarítmica escala de decibelios. El nivel de presión sonora (SPL) o L _p se define como

donde p es el presión sonora plaza raíz media y es una presión acústica de referencia. Presiones sonoras de referencia de uso común, definidos en la norma ANSI S1.1-1994, son 20 microPa en el aire y 1 microPa en agua. Sin una presión de sonido de referencia especificado, un valor expresado en decibelios no puede representar un nivel de presión de sonido.

Dado que la humana oído no tiene un piso respuesta espectral, las presiones de sonido son a menudo frecuencia ponderada de manera que los partidos de nivel medidos perciben niveles más de cerca. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) ha definido varios sistemas de ponderación. Una ponderación intenta hacer coincidir la respuesta del oído humano para dBA de ruido y los niveles de presión sonora con ponderación están etiquetados. C-ponderación se utiliza para medir los niveles de pico.

Equipo para tratar con sonido

Equipo para imprimirla o generar: instrumento musical , caja de resonancia, Los teléfonos de la audición, sistemas de sonar, reproducción de sonido y equipo de transmisión. Muchos de estos transductores uso electroacústicos de entrada: micrófonos.

Medición de sonido

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• Nivel de presión acústica, Presión sonora
• Velocidad de las partículas, La velocidad acústica
• Desplazamiento de partículas, Amplitud de partículas, Aceleración de partículas
• Potencia de sonido, De potencia acústica, Nivel de potencia acústica
• Energía sonora
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• La impedancia acústica, Impedancia de sonido, Impedancia característica
• Velocidad del sonido, Amplitud