1

Daniel MaggioloApuntes de acústicamusical

PROPAGACIÓN DEL SONIDO

Una oscilación que se propaga en un medio (con velocidad finita) recibe el nombre deonda. Dependiendo de la relación que exista entre el sentido de la oscilación y el de la propaga-ción, hablamos de ondas longitudinales, transversales, de torsión, etc. En el aire el sonido se pro-paga en forma de ondas longitudinales, es decir, el sentido de la oscilación coincide con el de lapropagación de la onda.

Medio

Podemos definir a un medio como un conjunto de osciladores capaces de entrar en vibración porla acción de una fuerza.

Cuando hablemos de un medio, y a no ser que se indique específicamente otra cosa, nos estare-mos refiriendo al aire. Esto se debe nuevamente a razones prácticas, en la medida en que el airees el medio más usual en el que se realiza la propagación del sonido en los actos comunicativospor medio de sistemas acústicos entre seres humanos, ya sea mediante el habla o la música.

Para que una onda sonora se propague en un medio, éste debe cumplir como mínimo tres condi-ciones fundamentales: ser elástico, tener masa e inercia.

Las ondas sonoras no se propagan en el vacío, pero hay otras ondas, como las electromagnéticas,que sí lo hacen.

El aire en tanto medio posee además otras características relevantes para la propagación del so-nido:

la propagación es lineal, que quiere decir que diferentes ondas sonoras (sonidos) puedenpropagarse por el mismo espacio al mismo tiempo sin afectarse mutuamente.

es un medio no dispersivo, por lo que las ondas se propagan a la misma velocidad inde-pendientemente de su frecuencia o amplitud.

es también un medio homogéneo, de manera que el sonido se propaga esféricamente, esdecir, en todas las direcciones, generando lo que se denomina un campo sonoro.

2

Propagación

Como ya mencionáramos, un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas de aire(del medio) que lo rodean. Éstas, a su vez, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas yasí sucesivamente. Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Esdecir, el desplazamiento que sufre cada molécula es pequeño. Pero el movimiento se propaga através del medio.

Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el ser humano) tenemos entoncesuna transmisión de energía pero no un traslado de materia. No son las moléculas de aire que ro-dean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, sino las que estánjunto al mismo, que fueron puestas en movimiento a medida que la onda se fue propagando en elmedio.

El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que sufren las distintas moléculas de aire genera zonasen las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación,y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rare-facción. Esas zonas de mayor o menor densidad generan una variación alterna en la presión está-tica del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora.Ver Figura 01.

FIGURA 01: La distancia entre las barras representa las zonasde mayor o menor presión sonora

Si el cuerpo que genera la oscilación realiza un movimiento armónico simple, las variaciones dela presión en al aire pueden representarse por medio de una onda sinusoidal. Por el contrario, siel cuerpo realiza un movimiento complejo, las variaciones de presión sonora deberán represen-tarse por medio de una forma de onda igual a la resultante de la proyección en el tiempo del mo-vimiento del cuerpo. Ver Figura 02.

3

FIGURA 02: Variaciones de presión en el aire (condensación y rarefacción)en el caso de un movimiento armónico simple. Los puntos representan

las moléculas de aire.

Como dijimos, en el aire el sonido se propaga esféricamente, es decir en todas direcciones. Po-demos imaginarnos al sonido propagándose como una esfera cuyo centro es la fuente sonora yque se va haciendo cada vez más grande. O, lo que es lo mismo, que va aumentando cada vez suradio. Por razones de comodidad, para estudiar el sonido podremos hacerlo desde uno de esosdos puntos de vista, a veces como una esfera creciendo, o como un radio (eventualmente todoslos radios) de la misma (rayos).

Imaginemos entonces una cadena de partículas (moléculas) entre la fuente sonora y el receptor(un rayo). Entre el instante en que la fuente sonora pone en movimiento a la partícula más cerca-na y el instante en que la primer partícula transmite su movimiento a la segunda transcurre untiempo determinado. Es decir, cuando la primer partícula entra en movimiento, la tercera -porejemplo- aún está en su posición de reposo. Recordemos también que las partículas de aire sólooscilan en torno a su posición de reposo.

Podemos decir entonces que cada partícula se encontrará en una situación distinta del movimien-to oscilatorio. Es decir, cada partícula tendrá una situación de fase (ángulo de fase) distinta. Enalgún lugar de la cadena encontraremos una partícula cuya situación de fase coincide con la de laprimera, aunque la primer partícula estará comenzando su segundo ciclo oscilatorio, mientrasque la otra recién estará comenzando su primer ciclo.

La distancia que existe entre dos partículas consecutivas en igual situación de fase se llama lon-gitud de onda ( ). También podemos definir la longitud de onda como la distancia que recorreuna onda en un período de tiempo T. La longitud de onda está relacionada con la frecuencia f

4

(inversa del período T) por medio de la velocidad de propagación del sonido (c), de manera quec = · f. Las ondas sonoras tienen longitudes de onda de entre 2 cm y 20 m aproximadamente.

No debemos confundir la velocidad de propagación de la onda con la velocidad de desplaza-miento de las partículas. Éstas realizan un movimiento oscilatorio muy rápido, cuya velocidad esdistinta a la velocidad de propagación de la onda.

La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las caracterís-ticas del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o dela fuerza que la genera. En el caso de un gas (como el aire) es directamente proporcional a sutemperatura específica y a su presión estática e inversamente proporcional a su densidad. Dadoque si varía la presión, varía también la densidad del gas, la velocidad de propagación permanececonstante ante los cambios de presión o densidad del medio.

Pero la velocidad del sonido sí varía ante los cambios de temperatura del aire (medio). Cuantomayor es la temperatura del aire mayor es la velocidad de propagación. La velocidad del sonidoen el aire aumenta 0,6 m/s por cada 1º C de aumento en la temperatura.

La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 344 m/s a 20º C de temperatura, loque equivale a unos 1.200 km/h (1.238,4 km/h, para ser precisos). Es decir que necesita unos 3 spara recorrer 1 km. (Como posible referencia recordemos que la velocidad de la luz es de300.000 km/s.)

El sonido se propaga a diferentes velocidades en medios de distinta densidad. En general, se pro-paga a mayor velocidad en líquidos y sólidos que en gases (como el aire). La velocidad de pro-pagación del sonido es, por ejemplo, de unos 1.440 m/s en el agua y de unos 5.000 m/s en el ace-ro.

http://www.eumus.edu.uy/docentes/maggiolo/acuapu/prp.html