¿Cómo son las ondas sonoras y las ondas acústicas?

¿Cómo son las ondas sonoras y las ondas acústicas?

La Acústica es la parte de la ciencia que estudia la generación, transmisión y recepción de energía en forma de ondas vibratorias en la materia y el efecto que dicha energía pueda producir.

Una vibración es un movimiento, en general de pequeña amplitud, en el cual se produce un desplazamiento en torno a una determinada posición media de equilibrio. En este movimiento existe una fuerza, llamada recuperadora, que actúa sobre la partícula o el sistema, para llevarlo a su posición de equilibrio.

Una onda es una propagación de la variación de una determinada magnitud física a través del espacio, generada en un determinado lugar (foco emisor de la onda). Sea cual sea la magnitud cuyo cambio se propaga, toda onda propaga energía. Una onda acústica es la propagación de una vibración en un determinado medio material. El sonido es una onda acústica capaz de producir una sensación auditiva. Por tanto, hay ondas acústicas que no son sonidos (infrasonidos y ultrasonidos) y una misma onda acústica puede ser un sonido para un ser vivo pero no para otro.

La Acústica Física estudia la causa (emisor o fuente sonora, vibración) y el medio de propagación de la onda, mientras que la Acústica Fisiológica estudia el efecto (receptor, percepción por el oído, el que genera la sensación auditiva en el cerebro).

Las propiedades básicas de una onda son:

• Velocidad de propagación (m/s). Depende del tipo de onda y del medio de propagación.
• Energía (J), potencia (W = J/s) e intensidad (W/m2) transportadas. Disminuyen con el avance de la onda.
• Frecuencia (Hz).

Las ondas se pueden clasificar según:

• Dirección de variación de la magnitud física que propagan:
  • Longitudinal: la dirección de variación de la magnitud física propagada y la dirección de propagación de la onda coinciden. Caso de las ondas sonoras (figura 1).
  • Transversal: la dirección de variación de la magnitud física propagada y la dirección de propagación de la onda son perpendiculares. Caso de una cuerda al mover uno de sus extremos (figura 2).
  • Variación espacio-temporal (en toda onda hay variaciones de la magnitud física propagada):
  • Espacial: variación de un punto a otro del espacio.
  • Temporal: variación de un instante a otro.
  • Periódica: el desplazamiento se repite periódicamente con el tiempo.
  • Las armónicas (onda sinusoidal) son un tipo de ondas periódicas.
  • Compleja: El desplazamiento sigue una variación no periódica con el tiempo.
  • Frente de ondas (lugar geométrico de los puntos del espacio que tienen el mismo estado de perturbación):
  • Planas: la perturbación se propaga en una sola dirección (figura 3).
  • Esféricas: los frentes de ondas son esferas concéntricas (a gran distancia se ven como ondas planas). La perturbación se propaga por igual en todas las direcciones (figura 3).
  • Otras: los frentes no son ni planos ni esféricos. La propagación se realiza de manera diferente en cada dirección.

Una onda acústica (o un sonido) se genera al golpear un diapasón. Las partículas de aire vecinas vibran, empujando también a las de su entorno, regresando después a su posición de equilibrio ya que su movimiento se ve frenado. Se genera la propagación de la vibración original del diapasón a lo largo del medio que lo rodea. Esta propagación es la onda acústica. Cada partícula del medio realiza un desplazamiento muy pequeño en torno a su posición de equilibrio, no se propaga materia pero la onda acústica propaga energía mecánica, llamada energía acústica (figura 4).

Una onda acústica conlleva una onda de presión (y también de densidad). Cuando las partículas del medio se acumulan, se crea una zona de compresión (mayor densidad y presión), mientras que cuando se separan, se crea una zona de dilatación (menor densidad y presión). La presión de equilibrio se considera que es la atmosférica. Si una persona se queda parada en un punto del espacio y ve como pasa la onda, observa que varía la presión y la densidad en dicho punto (dependencia temporal). Si se detiene el tiempo y ve todos los puntos por los que ha pasado la onda, observa que varía la presión y la densidad de un punto a otro del espacio (dependencia espacial).

En la onda acústica hay tres variables: magnitud (presión sonora y densidad del medio), tiempo y posición. La magnitud más utilizada en acústica ambiental y arquitectónica es la presión sonora, diferencia entre la presión existente al pasar la onda y la que había antes de pasar (normalmente la presión atmosférica), siendo su valor muy pequeño:

p(x, t) = P(x, t)-P0

siendo:

-      P0: presión en el medio antes de que llegue la onda (presión atmosférica)

-      P(x, t): presión real en un punto x y un instante t, una vez que ha llegado la onda

Un ruido es un sonido que produce molestia, es decir, resulta desagradable. La diferencia entre sonido y ruido es muy subjetiva. Un mismo sonido puede resultar molesto (ruido) para una persona y agradable a otra (sonido). Por ejemplo: cuando se oye música en casa y la oye el vecino, la música para nosotros será un sonido pero para el vecino puede ser un ruido.