Son

miniatura|230px|Transmisión do son nun fluído. Prodúcese unha onda de presión por compresión que fai que o resto das partículas se compriman entre elas. miniatura|Un tambor produce son por medio da vibración da súa membrana. O son é a sensación producida no órgano do oído pola mudanza de presión atmosférica xerada polo movemento vibratorio dos corpos, transmitido por un medio elástico. Está producido por ondas de compresión do medio (lonxitudinais). A función do medio transmisor é fundamental, pois o son, como vibración mecánica, non se propaga no baleiro (onde non hai materia que se poida mover). O ar é para nós o medio transmisor natural do son. A velocidade de propagación do son no ar é de aproximadamente 340 m.s−1 a 15ºC de temperatura.

O son defínese como a compresión mecánica ou ondas lonxitudinais que se propagan nun medio (sólido, líquido ou gasoso). A gran maioría dos sons son combinacións de sinais, pero un son teoricamente puro pode ser descrito a través dunha determinada velocidade de oscilación (ou frecuencia) medida en Hertz (Hz) e amplitude (ou a súa relacionada enerxía) a través de medidas como o nivel de decibeis. O rango do son audible ao ouvido humano está aproximadamente entre 20 Hz e 20 kHz a amplitudes típicas con variacións longas en curvas de resposta. Enriba e abaixo deste rango están os ultrasóns e os infrasóns, respectivamente.

O ser humano e moitos animais perciben o son a través do sentido da audición polos oídos, pero os sons de baixa frecuencia tamén poden ser sentidos por outras partes do corpo. Os sons son utilizados de diversos modos, especialmente para comunicación a través da fala ou, por exemplo, música. A percepción do son tamén pode ser usada para adquirir información acerca do ambiente circundante en relación a propiedades como características espaciais e presenza doutros animais ou obxectos. Por exemplo, os morcegos usan un tipo de localización por eco en canto voan. Os navíos e os submarinos usan o sonar. Os seres humanos adquiren e usan a información espacial percibida nos sons.

A "cantidade" percibida de son (enerxía de onda de presión) defínese como intensidade sonora e mídese en sons. O ouvido humano é moi sensible ao son que se atopa no medio da escala de frecuencias audibles. A amplitude dunha onda sonora mídese en pascal e a intensidade dun son mídese en decibeis en relación á escala citada. A intensidade sonora mínima audible ó longo de todas as frecuencias audibles defínese como Limiar Absoluto de Audición (ATH).

Os estudos científicos do son atópanse xeralmente encadrados no campo da acústica. A percepción dos sons, i.e. audición, estúdase na psicoacústica, que tamén implica unha relación estreita entre a percepción e a psicoloxía. O modelo psicoacústico procura sistematizar os sons que poden ser ouvidos (deixando fora os que son inaudibles). Ademais, a clase de técnicas e métodos que envolven o procesamento do son chámanse xeralmente métodos de procesamento dixital de son.

O rango auditivo varía entre diferentes animais: os morcegos teñen un rango moito máis amplo que o normal, mentres as ras o teñen máis curto. A continuación lístanse frecuencias típicas (en hertzs):

Morcego: 100 - 100 000 Hz Can: 10 - 35 000 Hz Elefante: 1 - 20 000 Hz Ra: 100 - 2 500 Hz Home: 20 - 20 000 Hz

miniatura|dereita|300px|Representación esquemática do oído e da propagación do son. Azul: ondas sonoras. Vermello: tímpano. Amarelo: Cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuencia de resposta do oído. Laranxa: impulso do nervio.

Física do son miniatura|Compresión esférica (longitudinais) ondas. A física do son é estudada pola acústica, que trata tanto da propagación das ondas sonoras nos diferentes tipos de medios continuos como a interacción destas ondas sonoras cos corpos físicos.

miniatura|dereita|260px|onda sinusoidal; Variación de frecuencia; Abaixo podemos ver as frecuencias máis altas. O eixo horizontal representa o tempo.

Propagación do son Certas características dos fluídos e dos sólidos inflúen na onda de son. É por iso que o son se propaga nos sólidos e nos líquidos con maior rapidez que nos gases. En xeral canto maior sexa a compresibilidade (1/K) do medio tanto menor é a velocidade do son. Tamén a densidade é un factor importante na velocidade de propagación, en xeral canto menor sexa a densidade (ρ), a igualdade de todo o demais, maior é a velocidade da propagación do son. A velocidade do son relaciónase con esas magnitudes mediante:

Nos gases, a temperatura inflúe tanto a compresibilidade como a densidade, de tal maneira que un factor de suma importancia é a temperatura do medio de propagación.

A propagación do son está suxeita a algúns condicionantes. Así a transmisión de son require a existencia dun medio material onde a vibración das moléculas é percibida como unha onda sonora. Na propagación en medios compresibeis como o aire, a propagación implica que nalgunhas zonas as moléculas de aire, ao vibrar xúntanse (zonas de compresión) e noutras zonas afástanse (zonas de rarefacción), esta alteración de distancias entre as moléculas de aire é o que produce o son. En fluídos altamente incompresibeis, como os líquidos, as distancias vense moi pouco afectadas pero maniféstase en forma de ondas de presión. A velocidade de propagación das ondas sonoras nun medio depende da distancia media entre as partículas de devandito medio, polo tanto, é en xeral maior nos sólidos que nos líquidos e nestes, á súa vez, que nos gases. No baleiro non pode propagarse o son, nótese que polo tanto as explosións realmente non son audibles no espazo exterior.

As ondas sonoras prodúcense cando un corpo vibra rapidamente. A frecuencia é o número de vibracións ou oscilacións completas que efectúan por segundo. Os sons producidos son audibles por un ser humano medio se a frecuencia de oscilación está comprendida entre 20 Hz e 20000 Hz. Por encima desta última frecuencia tense un ultrasón non audible polos seres humanos, aínda que algúns animais si poden ouvilos. A intensidade dun son está relacionada co cadrado da amplitude de presión da onda sonora. Un son grave corresponde a unha onda sonora con frecuencia baixa mentres que os sons agudos correspóndense con frecuencias máis altas.

Magnitudes físicas do son Como todo movemento ondulatorio, o son pode representarse mediante a Transformada de Fourier como unha suma de curvas sinusoides, tons puros, cun factor de amplitude, que se poden caracterizar polas mesmas magnitudes e unidades de medida que a calquera onda de frecuencia ben definida: Lonxitude de onda (λ), frecuencia (f) ou inversa do período (T), amplitude (relacionada co volume e a potencia acústica) e fase. Esta descomposición simplifica o estudo de sons complexos xa que permite estudar cada compoñente de frecuencia independentemente e combinar os resultados aplicando o principio de superposición, que se cumpre porque a alteración que provoca un ton non modifica significativamente as propiedades do medio.

A caracterización dun son arbitrariamente complexo implica analizar: Potencia acústica: O nivel de potencia acústica (PWL Power Wattage Level) é a cantidade de enerxía radiada ao medio en forma de ondas por unidade de tempo por unha fonte determinada. A unidade en que se mide é o watt e o seu símbolo W. A potencia acústica depende da amplitude. Espectro de frecuencias: a distribución da devandita enerxía entre as diversas ondas compoñentes.

Velocidade do son miniatura|Avión F / A-18 da mariña de guerra dos Estados Unidos achegándose á barreira do son. O halo branco está formado por pingas de auga condensada que se cre que son o resultado dunha caída na presión de aire ao redor da aeronave (Singularidade de Prandtl-Glauert). No aire, o son ten unha velocidade de 331,5 m/s cando: a temperatura é de 0 °C, a presión atmosférica é de 1 atm (nivel do mar) e preséntase unha humidade relativa do aire de 0 % (aire seco). Aínda que depende moi pouco da presión do aire. A velocidade do son depende do tipo de material. Cando o son se despraza nos sólidos ten maior velocidade que nos líquidos, e nos líquidos é máis veloz que nos gases. Isto débese a que as partículas nos sólidos están máis próximas.

miniatura|Comportamento das ondas de son a diferentes velocidades.

A velocidade do son no aire pódese calcular en relación á temperatura da seguinte maneira:

Onde:

, é a temperatura en graos Celsius.

Se a temperatura ambiente é de 15 °C, a velocidade de propagación do son é 340 m/s (1224 km/h ). Este valor corresponde a 1 MACH.

Reverberación A reverberación é a suma total das reflexións do son que chegan ao lugar do receptor en diferentes momentos do tempo. Auditivamente caracterízase por unha prolongación, a modo de "cola sonora", que se engade ao son orixinal. A duración e a coloración tímbrica desta cola dependen de: A distancia entre o oínte e a fonte sonora, e a natureza das superficies que reflicten o son. En situacións naturais falamos de son directo para referirnos ao son que se transmite directamente desde a fonte sonora até nós (ou até o mecanismo de captación que teñamos). Por outra banda, o son reflectido é o que percibimos despois de que haxa rebotado nas superficies que delimitan o recinto acústico, ou nos obxectos que se atopen na súa traxectoria. Evidentemente, a traxectoria do son reflectido sempre será máis longa que a do son directo, de maneira que -temporalmente- escoitamos primeiro o son directo, e uns instantes máis tarde escoitaremos as primeiras reflexións; a medida que transcorre o tempo as reflexións que nos chegan son cada vez de menor intensidade, ata que desaparecen. A nosa sensación, no entanto, non é a de escoitar sons separados, xa que o cerebro intégraos nun único precepto, sempre que as reflexións cheguen cunha separación menor duns 50 milisegundos. Isto é o que se denomina efecto Haas ou efecto de precedencia.

Resonancia É o fenómeno que se produce cando dous corpos teñen a mesma frecuencia de vibración, un dos cales empeza a vibrar ao recibir as ondas sonoras emitidas polo outro.

Para entender o fenómeno da resonancia existe un exemplo moi sinxelo. Supóñase que se ten un tubo con auga e moi preto del (sen entrar en contacto) temos un diapasón, se golpeamos o diapasón cun metal, mentres botan auga no tubo, cando a auga alcance determinada altura o son será máis forte; isto débese a que a columna de auga contida no tubo ponse a vibrar coa mesma frecuencia que a que ten o diapasón, o que evidencia por que as frecuencias refórzanse e en consecuencia aumenta a intensidade do son.

Un exemplo é o efecto de afinar as cordas da guitarra, posto que ao afinar, o que se fai é igualar as frecuencias, é dicir pór en resonancia o son das cordas.

Fisioloxía do son

O aparello auditivo

Os sons son percibidos a través do aparello auditivo que recibe as ondas sonoras, que son convertidas en movementos dos osiños óticos e percibidas no oído interno que á súa vez as transmite mediante o sistema nervioso ao cerebro. Esta habilidade tense mesmo antes de nacer.

A voz humana miniatura|dereita|300px|A espectrografía da voz humana revela o seu rico contido harmónico.