Definició de so i les seves propietats


1. MOVIMENT ONDULATORI

 

Es defineix moviment ondulatori (ones) com la propagació d'una pertorbació (oscil·lació) en un medi.

 

Aquesta oscil·lació es produeix com a conseqüència de les successives compressions i expansions que tenen lloc, és a dir, de les vibracions que es generen en ell.

Les ones depenen del medi de propagació i poden ser de dos tipus:

 

1. Mecàniques: necessiten un medi material per a poder propagar-se (ex: les ones que es produeixen a la superfície de l'aigua quan llancem una pedra, es propaguen a través de l'aigua.)

 

L'energia es propaga a través de la vibració de la materia. El so es pot propagar a través de l'aire, l'aigua, els metalls, etc.  

 

 

2. Electromagnètiques: No necessiten d'un medi material per a la seva propagació, es propaguen en el buit (ex: les ones de radio i TV, la llum, etc.)

 

En aquestes l'energia es propaga a través de la vibració dels camps elèctrics i magnètics.

 

 

Tenint en compte d'altres aspectes, les ones poden ser:

 

1. Periòdiques: quan la font que les produeix varia periòdicament en el temps (ex: ones que es propaguen periòdicament dins l'aigua).

 

 

2. No periòdiques: quan no es compleix la condició anterior. 

 

 

3. Longitudinals: si les partícul·les del medi a través del qual es propaguen es desplaçen paral·lelament a l'energia associada a l'ona (ex: el so o les ones que es produeixen en les elongacions d'una motlle, a on la pertorbació del medi té la mateixa direcció de propagació de l'ona.

 

4. Transversals: quan la direcció de propagació de l'energia és perpendicular als desplaçaments associats a l'ona (ex: en el cas de les ones que es produeixen en la supefície de l'aigua, les partícules de l'aigua es mouen de dalt a baix, no obstant, el moviment ondulatori es propaga perpendicularment. El mateix passa amb les cordes quan són colpejades, doncs la pertorbació del medi és perpendicular a la direcció de propagació.

 

 

5. Progressives: quan el medi de propagació, el qual transporta energia, es considera sense límits (ex: les ones produïdes per un instrument de corda fregada). Aquestes ones es propaguen a una velocitat la qual depèn exclusivament de les propietats del medi. 

6. Estacionaries: en la seva transmissió sols intercanvien energia. El medi té límits (ex: fer ondular una corda lligada pels dos extrems). Així, en les oscil·lacions que es produeixen en la corda, no s'observa una propagació de la pertorbació relament, sinó que es produeix un estat estacionari en el que tots els punts entre nodes vibren amb la mateixa freqüència, tot i que amb diferents amplituds. 

 

Les ones estacionaries es caracteritzen per l'aparició de punts de repòs (nodes) i punts que oscil·len amb una amplitut màxima (ventre).

 

 

Quan una partícula, en el seu moviment oscil·latori, es mou entre els dos punts extrems, passant dos vegades per la posició corresponent d'equilibri diem que s'ha produït una oscila·lació complerta.

 

Si no s'aplica cap força externa, l'amplitut de l'oscil·lació anirá decreixent, és a dir, tindrem un moviment oscil·latori decreixent i amorteit. 

No obstant, si l'excitació és periòdica, es a dir, es repeteix a intervals iguals de temps, i els impulsos aplicats compensen les pèrdues d'amplitut, tindrem un moviment periòdic com el de la figura, a on A és l'amplitut, Tés el període i f la freqüència.

 

 

L'amplitud (A) determina la màxima desviació desde la posició d'equilibri (màxima elongació).

 

El període (T) és el temps invertit en produïr-se una oscil·lació complerta.

 

La freqüència (f) és el número d'oscil·lacions complertes (cicles) que es produeixen en la unitat de temps (1s). La seva unitat de mesura és Hz.

 

Per la seva definició, aquesta es troba relacionada amb el període:

 

                               f = 1/T

 

És a dir, la freqüència és l'inversa del període.

 

Es denomina longitut d'ona a l'espai que recorre una ona durant una oscil·lació complerta. Tenint en compte que: 

 

espai = velocitat x temps   

 

Tenint en compte això, obtenim la fòrmula la qual trobem a la part dreta.

 

 

 

Per exemple, en els casos de les ones que es produeixen en la superfície de l'aigua, la longitut de l'ona es mesura com la distància entre dos crestes o dos valls sonsecutius.

 

2. LA NATURALESA DEL SO

 

El so és la oscil·lació d'un medi material, bé sigui gaseos, líquid o sòlid.

 

Les ones sonores són ones mecàniques (necessiten d'un medi per a la seva transmissió) què tenen la virtut d'estimular l'orella humana i generar la sensació sonora. 

 

Físicament, el so o les ones acústiques, són moviments ondulatoris que comparteixen totes les característiques físiques de les ones, no obstant, desde el punt de vista fisiològic, existirà so només quan l'orella sigui capaç de percebre'l.

 

La ciència que estudia la formació de les ones sonores i la seva propagació, així com també les seves propietats i aplicacions es denomina acústica.

 

3. SO FÍSIC I SENSACIÓ SONORA

 

D'acord amb lo dit anteriorment, des de el punt de vista fisiològic no totes les ones sonores poden ser percebudes per l'orella humana.

 

Es diu que l'orella humana és sensible únicament a aquelles ones sonores la freqüència de les quals es troba compresa entre els 20 Hz i els 20.000 Hz.

 

A les ones sonores les quals es troben per sota de 20 Hz es denominen infrasons i les que es troben per sobre de 20.000 Hz ultrasons.

 

 

No obstant, el marge auditiu no és el mateix per a totes les persones, inclús per a una mateixa persona el marge disminueix amb l'edat i d'altres factors.

 

L'adult amb una orella sana és més sensible a les ones sonores que es troben en el rang de freqüències comprès entre els 500 i els 8000 Hz, que es correspon amb el marge de freqüències dels sons de la parla.

 

Els animals tenen marges auditius molt diferents, per exemple, els gossos i les rates són capaços d'escoltar freqüències molt més altes que les persones, dins del marge dels ultrasons.

 

4. QUALITATS DEL SO

 

L'orella humana és capaç de distingir els diferents sons perque és sensible a les diferències que poden existir entre ells respecte a alguna de les tres propietats que caracateritzen tot so: la intensitat, el to i el timbre.

 

a. INTENSITAT

 

La intensitat del so o intensitat acústica és la propietat que fa que aquest es capti com fort o dèbil, i es troba relacionat amb la intensitat de l'ona acústica corresponent.

 

Aquesta intensitat acústica és una magnitut la qual es troba relacionada amb la quantitat d'energia que flueix pel medi com a conseqüència de la propagació de l'ona sonora.

 

La intensitat acústica es defineix com l'energia que travessa l'unitat de superfície, disposada perpendicularment a la direcció de propagació del so, en l'unitat de temps

 

 

Així, la intensitat acústica s'expressa en unitats de: W/m2, és a dir, correspon a potència (W) per unitat d'ària (m2).

 

La intensitat acústica es proporcional al quadrat de l'amplitud de l'ona (A2) i al quadrat de la seva freqüència (f2), i inversament proporcional a la distància del centre emissor o focus.

 

És a dir, per a sons de la mateixa freqüència un increment de l'amplitud es correspon amb un increment de l'intensitat acústica. De la mateixa manera, per a sons de la mateixa amplitut un increment de la freqüència determina també un increment de l'intensitat acústica.

 

D'això pot deduir-se què, sons amb intensitats acústiques iguals però de diferents freqüències, poden donar lloc a sensacions sonores diferents.

 

b. TO

 

El to és la propietat del so que permet distingir entre els sons greus i aguts.

 

La magnitud física la qual es troba associada al to és la freqüència mesurada en Hz.

 

Els sons greus es corresponen amb les baixes freqüències i, per el contrari, els sons aguts amb les altes freqüències.

 

 

c. TIMBRE

 

El timbre és la propietat del so que permet distingir els sons procedents de diferents fontstot i que posseeixin iguals valors d'intensitat i freqüència.

 

Aquesta propietat és la que ens permet reconèixer a una persona gràcies a la seva veu, la qual és una característica pròpia de cada individu.

 

El timbre es relaciona amb la major o menor complexitat de les ones sonores.

 

Els sons, en general, posseeixen formes d'ona molt complexes.

 

 

No obstant, Jean Fourier va demostrar en 1808 que qualsevol senyal periòdica pot ésser representada com la suma de les oscil·alcions sinusoidals de diferents amplituts: la component fonamental o harmònic principal, que té la mateixa freqüència que el senyal original, i els harmònics superiors que tenen freqüències què són múltiples sencers de la freqüència de la fonamental o principal.

 

La quantitat d'ones a sumar i les amplituts de cada una d'aquestes depèn de lo complexa que sigui la forma de l'ona que es desitgi obtenir.

 

Així, l'ona complexa de freqüència f pot considerar-se composta per una sèrie de components harmòniques simples d'una freqüència i d'una amplitut determinades, a on cadascuna d'elles, considerada per separat, donaria lloc a un so diferent.

 

Segons s'observa en la figura, la freqüència dels harmònics és un múltiple de la freqüència (f) de l'ona original anomenada freqüència fonamental o primer harmònic. 

 

 

Aquesta barreja de tons diferents, amb les seves corresponents amplituts, és característica de cada instrument i de cada persona i defineix el seu timbre.

 

Així, la forma d'ona, és a dir, el seu contingut en harmònics, ens permetrà distingir una nota de la mateixa freqüència i intensitat produïda per instruments musicals diferents.

 

Per tant, podríem dir que el timbre es troba format per la freqüència fonamental de l'instrument més la seva composició harmònica, a on els tons harmònics superiors posseeixen amplituts decreixents conforme augmenta l'ordre dels mateixos.

 

La freqüència fonamental de dos instruments diferents pot ser la mateixa, però la seva composició harmònica és diferent i això és el que fa que els poguem diferenciar.

 

Per exemple: Si es genera una freqüència de 440 Hz amb un clarinet i la mateixa amb una trompeta, tot i ser la mateixa freqüència de vibració i per tan la mateixa nota, cadascú sonarà diferent. Això és degut a que cada instrument genera un conjunt d'harmònics diferents segons la construcció del pròpi instrument.

 


Bibliografia