Soníu

Soníu
onda sonora (es) y onda longitudinal (es)

Tresmisión del soníu nun fluyíu. Produzse una onda de presión per compresión, que fai que'l restu de les partícules s'estrullan ente elles.

Un tambor produz un soníu por cuenta de la vibración d'una membrana tirante sobre una caxa de resonancia.

Un Micrófonu Sennheiser.

El soníu (del llatín: sonĭtus, por analoxía prosódica con ruíu, chirríu, ruxíu, etc), en física, ye cualquier fenómenu qu'arreye l'espardimientu en forma d'ondes elástiques (seyan oyibles o non), xeneralmente al traviés d'un fluyíu (o otru mediu elásticu) que tea xenerando'l movimientu vibratoriu d'un cuerpu.

El soníu humanamente oyible consiste n'ondes sonores que se producen cuando les oscilaciones de la presión del aire, son convertíes n'ondes mecániques nel oyíu humano y percibíes pol celebru. L'espardimientu del soníu ye asemeyáu nos fluyíos, au'l soníu toma la forma de fluctuaciones de presión. Nos cuerpos sólidos l'espardimientu del soníu arreya variaciones del estáu tensional del mediu.

Representación esquemática del oyíu, espardimientu del soníu. Azul: ondes sonores. Coloráu: tímpanu. Mariellu: Cóclea. Verde: célules de receptores auditivos. Púrpura: espectru de frecuencia de respuesta del oyíu. Naranxa: impulsu del nerviu.

L'espardimientu del soníu arreya tresporte d'enerxía ensin tresporte de materia, en forma d'ondes mecániques que s'arrobinen al traviés d'un mediu elásticu sólidu, líquidu o gaseosu. Ente los más comunes atópense l'aire y l'agua. Nun s'arrobinen nel vacíu, al contrariu que les ondes electromagnétiques. Si les vibraciones se producen na mesma direición na que s'arrobina'l soníu, trátase d'una onda llonxitudinal y si les vibraciones son perpendiculares a la direición d'espardimientu ye una onda tresversal.

La fonética acústica concentra'l so interés especialmente nos soníos de la fala: cómo se xeneren, cómo se perciben, y cómo puen describise gráfica o cuantitativamente.

Física del soníu

Compresión esférica (llonxitudinales) foles.

La física del soníu estúdiase pola acústica, que trata tanto del espardimientu de les ondes sonores nos distintos tipos de medios continuos como la interaición d'estes ondes sonores colos cuerpos físicos.

onda sinusoidal; Variación de frecuencia; Embaxo podemos ver les frecuencies más altes. La exa horizontal representa'l tiempu.

Espardimientu del soníu

Ciertes carauterístiques de los fluyíos y de los sólidos inflúin na onda de soníu. Ye por eso que'l soníu arrobínase nos sólidos y nos líquidos con mayor rapidez que nos gases. Polo xeneral cuanto mayor seya la compresibilidá (1/K) del mediu tantu menor ye la velocidá del soníu. Tamién la densidá ye un factor importante na velocidá d'espardimientu, polo xeneral cuanto menor seya la densidá (ρ), a igualdá de tolo demás, mayor ye la velocidá del espardimientu del soníu. La velocidá del soníu rellaciónase con eses magnitúes per aciu:

Nos gases, la temperatura inflúi tantu la compresibilidá como la densidá, de tal mou qu'un factor de suma importancia ye la temperatura del mediu d'espardimientu.

L'espardimientu del soníu ta suxetu a dellos condicionales. Asina la tresmisión de soníu rique la esistencia d'un mediu material onde la vibración de les molécules ye percibida como una onda sonora. Nel espardimientu en medios compresibles como l'aire, l'espardimientu implica qu'en delles zones les molécules d'aire, al cimblar xúntense (zones de compresión) y n'otres zones allóñense (zones de rarefaición), esta alteración de distancies ente les molécules d'aire ye lo que produz el soníu. En fluyíos altamente incompresibles como los líquidos les distancies vense bien pocu afeitaes pero manifiéstense en forma d'ondes de presión. La velocidá d'espardimientu de les ondes sonores nun mediu depende de la distancia permediu ente les partícules de dichu mediu, poro, ye polo xeneral mayor nos sólidos que nos líquidos y nestos, de la mesma, que nos gases. Nel vacíu nun pue arrobinase'l soníu, nótese que por tanto los españíos realmente nun son oyibles nel espaciu esterior.

Les ondes sonores prodúcense cuando un cuerpu cimbla rápido. La frecuencia ye'l númberu de vibraciones o oscilaciones completes qu'efeutúen per segundu. Los soníos producíos son oyibles por un ser humanu permediu si la frecuencia d'oscilación ta entendida ente 20 Hz y 20000 Hz. Percima d'esta última frecuencia tiense un ultrasoníu non oyible polos seres humanos, anque dellos animales pueden oyer ultrasoníos inoyibles polos seres humanos. La intensidá d'un soníu ta rellacionada col cuadráu de l'amplitú de presión de la onda sonora. Un soníu grave correspuende a onda sonora con frecuencia baxa ente que los soníos agudos correspuéndense con frecuencies más altes.

Magnitúes físiques del soníu

Como tou movimientu ondulatoriu, el soníu pue representase per aciu la Tresformada de Fourier como una suma de curves sinusoides, tonos puros, con un factor d'amplitú, que puen carauterizase poles mesmes magnitúes y unidaes de midida qu'a cualquier onda de frecuencia bien definida: Llonxitú d'onda (λ), frecuencia (f) o inversa del periodu (T), amplitú (rellacionada col volume y la potencia acústica) y fase. Esta descomposición simplifica l'estudiu de soníos complexos yá que dexa estudiar cada componente frecuencial independientemente y combinar los resultaos aplicando'l principiu de superposición, que se cumple porque l'alteración que provoca un tonu nun modifica significativamente les propiedaes del mediu.

La carauterización d'un soníu arbitrariamente complexu implica analizar:

• Espectru de frecuencies: la distribución de dicha enerxía ente les diverses ondes componentes.
• Potencia acústica: El nivel de potencia acústica (PWL Power Wattage Level) ye la cantidá d'enerxía radiada al mediu en forma d'ondes per unidá de tiempu por una fonte determinada. La unidá en que se mide'l vatiu y el so símbolu W. La potencia acústica depende de l'amplitú.

Velocidá del soníu

EE.XX. marina de guerra F / A-18 averándose a la barrera del soníu. El vapor blancu ta formáu por gotes d'agua entestada que se cree que la resultancia d'una cayida na presión d'aire alredor de l'aeronave (ver Singularidá de Prandtl-Glauert).

• Nel aire, el soníu tien una velocidá de 331,5 m/s cuando: la temperatura ye de 0 °C, la presión atmosférica ye de 1 atm (nivel del mar) y preséntase un mugor relativo del aire de 0 % (aire seco). Magar que depende bien pocu de la presión del aire.
• La velocidá del soníu depende del tipu de material. Cuando'l soníu muévese nos sólidos tien mayor velocidá que nos líquidos, y nos líquidos ye más rápidu que nos gases. Esto débese a que les partícules nos sólidos tán más cercanes.

Comportamientu de les ondes de soníu a distintes velocidaes

La velocidá del soníu nel aire pue calculase en rellación a la temperatura de la siguiente manera:

Au:

, ye la temperatura en graos Celsius.$T\ [{}^{\circ }{\mbox{C}}]$

Si la temperatura ambiente ye de 15 °C, la velocidá d'espardimientu del soníu ye 340 m/s (1224 km/h ). Esti valor correspuende a 1 MACH.

Reverberación

La reverberación ye la suma total de les reflexones del soníu que lleguen al llugar del recutor en distintos momentos del tiempu. Auditivamente carauterízase por un allongamientu, a manera de "cola sonora", que s'amiesta al soníu orixinal. La duración y la coloración tímbrica d'esta cola dependen de: La distancia ente l'oyente y la fonte sonora; la natura de les superficies que reflexen el soníu. En situaciones naturales falamos de soníu direutu pa referinos al soníu que se tresmite direutamente dende la fonte sonora hasta nós (o hasta'l mecanismu de captación que tengamos). Per otra parte, el soníu reflexáu ye'l que percibimos dempués de qu'heba rebotao nes superficies que llenden el recintu acústicu, o nos oxetos que s'atopen na so trayeutoria. Evidentemente, la trayeutoria del soníu reflexáu siempres va ser más llarga que la del soníu direutu, de mou que -temporalmente- escuchamos primero'l soníu direutu, y unos intres dempués vamos escuchar les primeres reflexones; a midida que trescurre'l tiempu les reflexones que nos lleguen son cada vegada de menor intensidá, hasta que sumen. La nuesa sensación, sicasí, nun ye la d'escuchar soníos separtaos, una y bones el celebru intégralos nun únicu preceptu, siempres que les reflexones aporten con una separación menor d'unos 50 milisegundos. Esto ye lo que se denomina efeutu Haas o efeutu de precedencia.

Resonancia

Ye'l fenómenu que se produz cuando dos cuerpos tienen la mesma frecuencia de vibración, y unu d'ellos empieza a cimblar al recibir les ondes sonores emitíes pol otru.

Pa entender el fenómenu de la resonancia esiste un exemplu bien cenciellu. Suponiendo que se tien un tubu con agua y mui cerca d'él (ensin entrar en contautu) tenemos un diapasón, si cutimos el diapasón con un metal, mientres echen agua nel tubu, cuando l'agua algame determináu altor el soníu va ser más fuerte; esto débese a que la columna d'agua contenida nel tubu ponse a cimblar cola mesma frecuencia que la que tien el diapasón, lo qu'evidencia por qué les frecuencies refuércense y en consecuencia aumenta la intensidá del soníu.

Un exemplu ye l'efeutu d'afinar les cuerdes de la guitarra, darréu que al afinar, lo que se fai ye igualar les frecuencies, ye dicir poner en resonancia'l soníu de les cuerdes.

Fisioloxía del soníu

L'aparatu auditivu

Los soníos percíbense al traviés del aparatu auditivu que recibe les ondes sonores, que conviértense en movimientos de los osteocillos óticos y percibíes nel oyíu internu que de la mesma les tresmite por aciu el sistema nerviosu al celebru. Esta habilidá tiense inclusive enantes de nacer.

La voz humana

La espectrografía de la voz humana revela'l so ricu conteníu harmónico.

La voz humana produzse pola vibración de les cuerdes vocales, lo que xenera una onda sonora que ye combinación de delles frecuencies y los sos correspondientes armónicos. El cuévanu buco-nasal sirve pa crear ondes cuasiestacionaries polo que ciertes frecuencies denominaes formantes. Cada segmentu de soníu de la fala vien carauterizáu por un ciertu espectru de frecuencies o distribución de la enerxía sonora nes distintes frecuencies. L'oyíu humanu ye a identificar distintos formantes de tal soníu y percibir cada soníu con formantes distintos como cualitativamente distintos, eso ye lo que dexa por exemplu estremar dos vocales. Típicamente'l primer formante, el de frecuencia más baxa ta rellacionáu cola abertura de la vocal que n'última instancia ta rellacionada cola frecuencia de les ondes estacionaries que cimblen verticalmente nel cuévanu. El segundu formante ta rellacionáu cola vibración na direición horizontal y ta rellacionáu con si la vocal ye anterior, central o posterior.

La voz masculina tien un tonu fundamental d'ente 100 y 200 Hz, ente que la voz femenina ye más aguda, típicamente ta ente 150 y 300 Hz. Les voces infantiles son aínda más agudes. Ensin el peñeráu por resonancia que produz el cuévanu buco-nasal les nueses emisiones sonores nun tendríen la claridá necesaria pa ser oyibles. Esi procesu de peñeráu ye precisamente lo que dexa xenerar los diversos formantes de cada unidá segmental de la fala.

Soníos de la fala

Les llingües humanes usen segmentos homoxéneos reconocibles d'unes decenes de milisegundos de duración, que componen los soníos de la fala, téunicamente llamaos fonos. Lingüísticamente non toles diferencies acústiques son relevantes, por casu les muyeres y los neños tienen polo xeneral tonos más agudos, polo que tolos soníos que producen tienen en permediu una frecuencia fundamental y unos harmónicos más altos ya intensos.

Los falantes competentes d'una llingua aprienden a "clasificar" distintos soníos cualitativamente asemeyaos en clases d'equivalencia de traces relevantes. Eses clases d'equivalencia reconocíes polos falantes son los constructos mentales que llamamos fonemes. La mayoría de llingües naturales tien unes poques decenes de fonemes distintivos, a pesar de que les variaciones acústiques de los fonos y soníos son enormes.

El soníu na música

El soníu, en combinación col silenciu, ye la materia primo de la música. En música los soníos califíquense en categoríes como: llargos y curtios, fuertes y débiles, agudos y graves, prestosos y desagradables. El soníu tuvo siempres presente na vida cotidiana del home. A lo llargo de la historia'l ser humanu inventó una serie de regles pa tresnalu hasta construyir dalgún tipu de llinguaxe musical.

Propiedaes

Les cuatro cualidaes básiques del soníu son l'altor, la duración, la intensidá y el timbre o color.

Cualidá	Carauterística	Rangu
Altor o tonu	Frecuencia d'onda	Agudu, mediu, grave
Intensidá	Amplitú d'onda	Fuerte, débil o nidiu
Timbre	Harmónicos d'onda o forma de la onda. Análogu a la testura	Depende de les carauterístiques de la fonte emisora del soníu (por analoxía: aspru, aterciopeláu, metálicu, etc)
Duración	Tiempu de vibración	Llargu o curtiu

Referencies

Bibliografía

• Benade, Arthur H (1976). Fundamentals of Musical Acoustics. New York: Oxford University Press. OCLC 2270137. 
• M. Crocker (editor), 1994. Encyclopedia of Acoustics (Interscience).
• Farina, Angelo; Tronchin, Lamberto (2004). Advanced techniques for measuring and reproducing spatial sound properties of auditoria. Proc. of International Symposium on Room Acoustics Design and Science (RADS), 11–13 April 2004, Kyoto, Japan. Article Archiváu 2012-11-10 en Wayback Machine
• L. Y. Kinsler, A. R. Frey, A. B. Coppens, and J. V. Sanders, 1999. Fundamentals of Acoustics, fourth edition (Wiley).
• Philip M. Morse and K. Unu Ingard, 1986. Theoretical Acoustics (Princeton University Press). ISBN 0-691-08425-4
• Allan D. Pierce, 1989. Acoustics: An Introduction to its Physical Principles and Applications (Acoustical Society of America). ISBN 0-88318-612-8
• Pompoli, Roberto; Prodi, Nicola (April de 2000). Pompoli, Roberto (April 2000). «Guidelines for Acoustical Measurements inside Historical Opera Houses: Procedures and Validation». Journal of Sound and Vibration 232 (1):  páxs. 281–301. doi:10.1006/jsvi.1999.2821. http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6WM3-45CWVW3-GD&_user=7305403&_coverDate=04%2F20%2F2000&_rdoc=1&_fmt=high&_orig=search&_sort=d&_docanchor=&view=c&_searchStrId=1415828515&_rerunOrigin=scholar.google&_acct=C000067281&_version=1&_urlVersion=0&_userid=7305403&md5=43dfea8bcd00b00e6cb8321469ec4e32. La referencia utiliza parámetros obsoletos (ayuda)
• D. R. Raichel, 2006. The Science and Applications of Acoustics, second edition (Springer). eISBN 0-387-30089-9
• Rayleigh, J. W. S. (1894). The Theory of Sound. New York: Dover. ISBN 0-8446-3028-4. 
• Y. Skudrzyk, 1971. The Foundations of Acoustics: Basic Mathematics and Basic Acoustics (Springer).
• Stephens, R. W. B.; Bate, A. Y. (1966). Acoustics and Vibrational Physics (2nd edición). London: Edward Arnold.  La referencia utiliza parámetros obsoletos (ayuda)
• Wilson, Charles Y. (2006). Noise Control (Revised edición). Malabar, FL: Krieger Publishing Company. ISBN 1-57524-237-0. OCLC 59223706. 

• Datos: Q11461
• Multimedia: Sound
• Cites famoses: Sonido