ONDA ELECTROMAGNETICA

Las ondas electromagnéticas son transversales; las direcciones de los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la de propagación.

Una onda electromagnética es la forma de propagación de la radiación electromagnética a través del espacio, y sus aspectos teóricos están relacionados con la solución en forma de onda que admiten las ecuaciones de Maxwell. A diferencia de las ondas mecánicas, las ondas electromagnéticas no necesitan de un medio material para propagarse; es decir, pueden desplazarse por el vacío.

Las ondas luminosas son ondas electromagnéticas cuya frecuencia está dentro del rango de la luz visible.

POLARIZACION

La polarización electromagnética es un fenómeno que puede producirse en las ondas electromagnéticas, como la luz, por el cual el campo eléctrico oscila sólo en un plano determinado, denominado plano de polarización. Este plano puede definirse por dos vectores, uno de ellos paralelo a la dirección de propagación de la onda y otro perpendicular a esa misma dirección el cual indica la dirección del campo eléctrico.En una onda electromagnética NO polarizada, al igual que en cualquier otro tipo de onda transversal sin polarizar, el campo eléctrico oscila en todas las direcciones normales a la dirección de propagación de la onda. Las ondas longitudinales, como las ondas sonoras, no pueden ser polarizadas porque su oscilación se produce en la misma dirección que su propagación.

TIPOS DE POLARIZACION

La forma trazada sobre un plano fijo por un vector de campo eléctrico de una onda plana que pasa sobre él es una curva de Lissajous y puede utilizarse para describir el tipo de polarización de la onda. Las siguientes figuras muestran algunos ejemplos de la variación del vector de campo eléctrico (azul) con el tiempo (el eje vertical), con sus componentes X e Y (roja/izquierda y verde/derecha), y la trayectoria trazada por la punta del vector en el plano (púrpura). Cada uno de los tres ejemplos corresponde a un tipo de polarización.Polarisation rectiligne.gif Polarisation circulaire.gif Polarisation elliptique.gif
Diagrama de polarización lineal

Diagrama de polarización circular

Diagrama de polarización elíptica
Lineal Circular Elíptica
En la figura de la izquierda, la polarización es lineal y la oscilación del plano perpendicular a la dirección de propagación se produce a lo largo de una línea recta. Se puede representar cada oscilación descomponiéndola en dos ejes X e Y. La polarización lineal se produce cuando ambas componentes están en fase (con un ángulo de desfase nulo, cuando ambas componentes alcanzan sus máximos y mínimos simultáneamente) o en contrafase (con un ángulo de desfase de 180º, cuando cada una de las componentes alcanza sus máximos a la vez que la otra alcanza sus mínimos). La relación entre las amplitudes de ambas componentes determina la dirección de la oscilación, que es la dirección de la polarización lineal.

En la figura central, las dos componentes ortogonales tienen exactamente la misma amplitud y están desfasadas exactamente 90º. En este caso, una componente se anula cuando la otra componente alcanza su amplitud máxima o mínima. Existen dos relaciones posibles que satisfacen esta exigencia, de forma que la componente x puede estar 90º adelantada o retrasada respecto a la componente Y. El sentido (horario o antihorario) en el que gira el campo eléctrico depende de cuál de estas dos relaciones se dé. En este caso especial, la trayectoria trazada en el plano por la punta del vector de campo eléctrico tiene la forma de una circunferencia, por lo que en este caso se habla de polarización circular.

En la tercera figura, se representa la polarización elíptica. Este tipo de polarización corresponde a cualquier otro caso diferente a los anteriores, es decir, las dos componentes tienen distintas amplitudes y el ángulo de desfase entre ellas es diferente a 0º y a 180º (no están en fase ni en contrafase).

LONGITUD DE ONDA

La longitud de una onda es, como su propio nombre indica, una longitud. Es decir; una distancia. La longitud de una onda es la distancia que recorre la onda en el intervalo de tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos de una de sus propiedades. Por ejemplo, la distancia recorrida por la luz azul (que viaja a 300.000 km/s) durante el tiempo transcurrido entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico (o magnético) es la longitud de onda de esa luz azul. La luz roja, viaja a la misma velocidad, pero su campo eléctrico aumenta y disminuye más lentamente que en el caso de la luz azul. Por tanto, la luz roja avanzará más distancia que en el caso de la luz azul durante el intervalo de tiempo entre dos máximos consecutivos de su campo eléctrico. Por eso la longitud de onda de la luz roja es mayor que la longitud de onda de la luz azul.

Si representamos esa propiedad (el campo eléctrico en el ejemplo mencionado) en una gráfica entonces podemos decir que la longitud de onda la representamos en esa misma gráfica como la distancia entre dos máximos consecutivas. En otras palabras, describe lo larga que es la onda. Las ondas de agua en el océano, las ondas de aire, y las ondas de radiación electromagnética tienen sus correspondientes longitudes de onda.

La longitud de onda es una distancia real recorrida por la onda (que no es necesariamente la distancia recorrida por las partículas o el medio que propaga la onda, como en el caso de las olas del mar, en las que la onda avanza horizontalmente y las partículas se mueven verticalmente). La longitud de onda no es la distancia entre dos crestas de un sinusoide pintado en un papel. La longitud de onda se puede representar como la distancia entre dos crestas de un sinusoide pintado en un papel, que no es lo mismo.
La letra griega λ (lambda) se utiliza para representar la longitud de onda en ecuaciones. La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda. Una longitud de onda larga corresponde a una frecuencia baja, mientras que una longitud de onda corta corresponde a una frecuencia alta.

La longitud de onda de las ondas de sonido, en el intervalo que los seres humanos pueden escuchar, oscila entre menos de 2 cm y aproximadamente 17 metros. Las ondas de radiación electromagnética que forman la luz visible tienen longitudes de onda entre 400 nanómetros (luz violeta) y 700 nanómetros (luz roja).

En el Sistema Internacional, la unidad de medida de la longitud de onda es el metro, como la de cualquier otra distancia. Dados los órdenes de magnitud de las longitudes de ondas más comunes, por comodidad se suele recurrir a submúltiplos como el milímetro (mm), el micrómetro (μm) y el nanómetro (nm).

ESPECTRO ELECTROMAGNETICO

Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas. Referido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro a la radiación electromagnética que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Dicha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. Los espectros se pueden observar mediante espectroscopios que, además de permitir observar el espectro, permiten realizar medidas sobre éste, como la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de la radiación.

El espectro electromagnético se extiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayos gamma y los rayos X, pasando por la luz ultravioleta, la luz visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondas electromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree que el límite para la longitud de onda más pequeña posible es la longitud de Planck mientras que el límite máximo sería el tamaño del Universo (véase Cosmología física) aunque formalmente el espectro
ONDAS DE RADIO

Las ondas de radio son un tipo de radiación electromagnética . Una onda de radio tiene una longitud de onda mayor que la luz visible . Las ondas de radio se usan extensamente en las comunicaciones.
Las ondas de radio tienen longitudes que van de tan sólo unos cuantos milímetros (décimas de pulgadas), y pueden llegar a ser tan extensas que alcanzan cientos de kilómetros (cientos de millas). En comparación, la luz visible tiene longitudes de onda en el rango de 400 a 700 nanómetros, aproximadamente 5 000 menos que la longitud de onda de las ondas de radio. Las ondas de radio oscilan en frecuencias entre unos cuantos kilohertz (kHz o miles de hertz) y unos cuantos terahertz (THz or 1012 hertz). La radiación "infrarroja lejana" , sigue las ondas de radio en el espectro electromagnético, los IR lejanos tienen un poco más de energía y menor longitud de onda que las de radio.

Las microondas, que usamos para cocinar y en las comunicaciones, son longitudes de onda de radio cortas, desde unos cuantos milímetros a cientos de milímetros (décimas a decenas de pulgadas).

Varias frecuencias de ondas de radio se usan para la televisión y emisiones de radio FM y AM, comunicaciones militares, teléfonos celulares, radioaficionados, redes inalámbricas de computadoras, y otras numerosas aplicaciones de comunicaciones.

La mayoría de las ondas de radio pasan libremente a través de la atmósfera de la Tierra. Sin embargo, algunas frecuencias pueden ser reflejadas o absorbidas por las partículas cargadas de la ionosfera.

AMPLIFICADOR DE AUDIO

Un amplificador es todo dispositivo que, mediante la utilización de energía, magnifica la amplitud de un fenómeno. Aunque el término se aplica principalmente al ámbito de los amplificadores electrónicos, también existen otros tipos de amplificadores, como los mecánicos, neumáticos, e hidráulicos, como los gatos mecánicos y los boosters usados en los frenos de potencia de los automóviles. Amplificar es agrandar la intensidad de algo, por lo general sonido. También podría ser luz o magnetismo, etc. En términos generales, "amplificador", es un aparato al que se le conecta un dispositivo de sonido y aumenta la magnitud del volumen. Se usan de manera obligada en las guitarras eléctricas, pues esas no tienen caja de resonancia, la señal se obtiene porque las cuerdas, siempre metálicas y ferrosas, vibran sobre una cápsula electromagnética, y esa señal no es audible, pero amplificada por un amplificador suena con el sonido característico de las guitarras eléctricas. En una interfaz se le puede agregar distintos efectos, como tremolo, distorsiones o reverb entre otros. Las radios y los televisores tienen un amplificador incorporado, que se maneja con la perilla o telecomando del volumen y permite que varie la intensidad sonora.

Recta de carga estática del transistor bipolar

En la figura 1.8.b se muestra la representación gráfica del punto de trabajo Q del transistor, especificado a través de tres parámetros: ICQ, IBQ y la VCEQ.

Este punto se encuentra localizado dentro de una recta denominada recta de carga estática: si Q se encuentra en el límite superior de la recta el transistor estará saturado, en el límite inferior en corte y en los puntos intermedios en la región lineal.

Esta recta se obtiene a través de la ecuación del circuito que relaciona la IC con la VCE que, representada en las curvas características del transistor de la figura 1.8.b, corresponde a una recta.

La tercera ecuación de (1.17) define la recta de carga obtenida al aplicar KVL al circuito de polarización, de forma que

Para dibujar esta recta de una manera sencilla en el plano (VCE, IC) del transistor se selecciona dos puntos: a) VCE=0, entonces IC=VCC/RC; b) IC=0, entonces VCE=VCC. Estos puntos se pueden identificar en la figura1.8.b y representan los cortes de la recta de carga estática con los ejes de coordenadas.

Una de las primeras decisiones relacionadas con la polarización de un transistor es seleccionar la situación del punto Q. La selección más práctica es situarle en la mitad de la recta de carga estática para que la corriente de colector sea la mitad de su valor máximo, condición conocida como excursión máxima simétrica.

Evidentemente esta es una condición de diseño que asegurará el máximo margen del punto Q a incrementos de cualquier signo de la intensidad de colector. Sin embargo, hay muchas otras condiciones de operación del transistor que exige un desplazamiento de Q en uno u otro sentido. En estos casos la situación del punto Q estará definida por las diferentes restricciones.

Recta de Carga Dinámica

Configuración de Emisor Común

La corriente de Colector ahora resulta de la suma del valor de C.C. y el debido a la señal alterna de entrada (Vi)



Rd es la resistencia dinámica, es decir la que ve la salida del transistor




luego como




Y esto define una Recta  con pendiente

Onda sonora

Una onda sonora es una onda longitudinal por donde viaja el sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasiperiódica.

Propagación

Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a la de su vecina, provocando un movimiento en cadena. Esos movimientos coordinados de millones de moléculas producen las denominadas ondas sonoras, que producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.

Modo de propagación

El sonido (las ondas sonoras) son ondas mecánicas elásticas longitudinales u ondas de compresión. Eso significa que:

Para propagarse precisan de un medio (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos, aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga). Es el propio medio el que produce y propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.
Además, los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación o lo largo de la dirección de propagación. Así los gradientes de presión que acompañan a la propagación de una onda sonora se producen en la misma dirección de propagación de la onda, siendo por tanto éstas un tipo de ondas longitudinales (en los sólidos también pueden propagarse ondas elásticas transversales).

Propagación en medios

Las ondas sonoras se desplazan también en tres dimensiones y sus frentes de onda en medios isótropos son esferas concéntricas que salen desde el foco de la perturbación en todas las direcciones. Por esto son ondas esféricas. Los cambios de presión p que tienen lugar al paso de una onda sonora tridimensional de frecuencia ν y longitud de onda λ en un medio isótropo y en reposo vienen dados por la ecuación diferencial:

Ondas sonoras generadas por un avión que posee una velocidad menor e igual a la del sonido.

$\frac{1}{r^2} \frac{\partial}{\partial r}\left(r^2\frac{\partial p(r,t)}{\partial r} \right)-\frac{1}{c^2}\frac{\partial^2 p(r,t)}{\partial t^2}=0$

donde r es la distancia al centro emisor de la onda, y c=ν•λ es la velocidad de propagación de la onda. La solución de la ecuación, a grandes distancias de la fuente emisora se puede escribir como:

$p(r,t)=p_0 + \frac{\Delta p}{r} \sin \left(2\pi\nu t - 2\pi\frac{r}{\lambda}+ \phi_0 \right)$

Donde $p_0, \Delta p\,$ son respectivamente la presión de inicial del fluido y la sobrepresión máxima que ocasiona el paso de la onda.

En el caso de las ondas sonoras ordinarias, casi siempre son la superposición de ondas de diferentes frecuencias y longitudes de onda, y forman pulsos de duración finita. Para estas ondas sonoras la velocidad de fase no coincide con la velocidad de grupo o velocidad de propagación del pulso. La velocidad de fase es diferente para cada frecuencia y depende al igual que antes de la relación c=ν•λ. El hecho de que la velocidad de fase sea diferente para cada frecuencia, es responsable de la distorsión del sonido a grandes distancias.

Percepción humana de las ondas sonoras

El hercio (Hz) es la unidad que expresa la cantidad de vibraciones que emite una fuente sonora por unidad de tiempo (frecuencia). Se considera que el oído humano puede percibir ondas sonoras de frecuencias entre los 20 y los 20.000 Hz, si bien también se consideran rangos entre 16 Hz (aproximadamente la nota más grave de un órgano de iglesia: do₀ = 16,25 Hz) y 16.000 Hz (o 16 kHz). Las ondas que poseen una frecuencia inferior a la audible se denominan infrasónicas y las superiores ultrasónicas.

La sensación de sonoridad es la percepción sonora que el hombre tiene de la intensidad de un sonido. La sonoridad se mide mediante una magnitud llamada fonio, que utiliza una escala arbitraria cuyo cero (el llamado umbral de audición) corresponde a I₀=1 × 10^-12 W/m² a 1 kHz.

Tono

El tono es la propiedad de los sonidos que los caracteriza como más agudos o más graves, en función de su frecuencia.

Un tono puro corresponde a una onda senoidal, es decir, una función del tipo f(t) = A sen(2 π f t), donde A es la amplitud, t es el tiempo y f la frecuencia. En el mundo real no existen tonos puros, pero cualquier onda periódica se puede expresar como suma de tonos puros de distintas frecuencias. Existiría una frecuencia fundamental y varias frecuencias múltiplos de la fundamental, llamados armónicos. Las frecuencias de estos armónicos son un múltiplo entero de la principal.

Cuando a un tono se le aplica el análisis de Fourier, se obtiene una serie de componentes llamados parciales armónicos (o armónicos, a secas), de los cuales el primero o fundamental y los que tienen un número de orden que es una potencia de 2 (2, 4, 8...) tienen alguna similar sensación de tono que el primero por sí solo (ya que al estar a distancia de octava, el oído humano suele percibirlas como "las mismas notas pero más agudas"). El resto de parciales armónicos se perciben como otros sonidos distintos del fundamental, lo que enriquece el sonido. De esta forma, los sonidos cuyos armónicos potencias de 2 son algo más sonoros que el resto, son percibidos como sonidos con un timbre más nasal, hueco o brillante, mientras que los sonidos donde son algo más sonoros otros parciales armónicos, son percibidos como sonidos con un timbre más lleno o completo, redondo u oscuro. Todos los parciales armónicos, en su conjunto determinan el timbre musical.

La forma en que es percibido el tono es lo que se conoce como altura del sonido, que determina cómo de bajo o alto es ese sonido, aunque es normal que se utilice tono como sinónimo de altura.

Amplitud

Onda sinusoide:
1 = Amplitud,
2 = Amplitud de pico a pico,
3 = Media cuadrática,
4 = Periodo.

En física la amplitud de un movimiento oscilatorio, ondulatorio o señal electromagnética es una medida de la variación máxima del desplazamiento u otra magnitud física que varía periódica o cuasiperiódicamente en el tiempo. Es la distancia máxima entre el punto mas alejado de una onda y el punto de equilibrio o medio.

Amplitud de una onda

Una perturbación física que se propaga en el espacio como una onda armónica puede modelizarse matemáticamente como una magnitud física $\psi\,$ cuyo valor varía con el tiempo y de un punto a otro del espacio según una ecuación como:

$\frac{\part^2 \psi}{\part x^2} + \frac{\part^2 \psi}{\part y^2} + \frac{\part^2 \psi}{\part z^2} = \frac{1}{v_p^2}\frac{\part^2 \psi}{\part t^2}$

Donde $v_p\,$ es la velocidad de propagación de la perturbación. Para una onda plana que se propaga en dirección x la solución de la ecuación anterior es:

$\psi(x,y,z,t) = f(x-v_pt) + g(x+v_pt)\,$

Y en ese caso la amplitud se define como:

$A_\psi = \max_{t\in\R} |f(x-v_pt) + g(x+v_pt)|$

Usualmente la intensidad de una onda es una magnitud proporcional al promedio del cuadrado de la amplitud:

$I_\psi \propto \langle A_\psi^2 \rangle$

Para una onda periódica de período T:

$I_\psi \propto \frac{1}{T} \int_0^T |\psi(\mathbf{x},t)|^2\ dt$

Amplitud en acústica

En acústica la amplitud normalmente se mide en decibelios SPL ( $d B S P L$ ):

Los decibelios representan la relación entre dos señales y se basa en un logaritmo de base 10 del cociente entre dos amplitudes sonoras o presiones.
Las siglas SPL hacen referencia a la presión sonora (Sound Pressure Level).

Si una onda sonora que ocasiona una sobrepresión máxima $\Delta p\,$ a su paso por un punto del espacio, su amplitud medida en decibelios SPL es:

$A_s = \log \left(\frac{\Delta p}{p_0}\right)$

Donde $p_0\,$ es la presión sonora de referencia.

Atenuación del sonido

Las ondas van "debilitándose en amplitud" conforme van alejándose de su punto de origen: es lo que se conoce como atenuación de la onda. Aunque la amplitud de las ondas decrece, su longitud de onda y su frecuencia permanecen invariables, ya que éstas dependen sólo del foco emisor.

La disminución de amplitud de una onda sonora se debe a dos razones:

La ampliación del frente de onda, que da lugar a una disminución de la amplitud viene cuantificada por la Ley cuadrática inversa.
La absorción de la vibración, que es un proceso disipativo por el cual parte de la potencia sonora es absorbida por algún material que sea un aislante acústico.

Unidades de la amplitud

Las unidades de la amplitud dependen del fenómeno:

En corriente alterna es usual usar la amplitud cuadrática media medida en voltios o amperios, según el aspecto de dicha corriente que se esté estudiando.
En una onda electromagnética la amplitud está relacionada con la raíz cuadrada de la intensidad radiante y resulta estar relacionada con el campo eléctrico de dicha onda. En una onda luminosa importa además de la intensidad radiante la intensidad luminosa que usualmente se mide en candelas.
En una onda sonora la amplitud es la sobrepresión atmosférica y por tanto las unidades para la amplitud de una onda sonora pueden ser el pascal, el milibar o cualquier otra unidad de presión.
Para una onda mecánica o una vibración la amplitud es un desplazamiento y tiene unidades de longitud.

Semi-amplitud

Semi-amplitud significa la mitad de la amplitud del pico a pico. Es la medida más ampliamente utilizada de amplitud orbital en astronomía y la medición de pequeñas semi-amplitudes en las estrellas cercanas es importante en la búsqueda de exoplanetas. Para una onda sinusoidal, la amplitud de pico y semi-amplitud son los mismos.

Algunos científicos usan la "amplitud" o "pico de amplitud" para significar semi-amplitud, es decir, la mitad de la amplitud pico a pico.

Intensidad de sonido

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La intensidad de sonido se define como la potencia acústica transferida por una onda sonora por unidad de área normal a la dirección de propagación.

$I={P \over A}$ ;

donde I es la intensidad de sonido, P es la potencia acústica y A es el área normal a la dirección de propagación.

Intensidad de sonido de una onda esférica

En el caso de una onda esférica que se transmite desde una fuente puntual en el espacio libre (sin obstáculos), cada frente de onda es una esfera de radio r. En este caso, la intensidad acústica es inversamente proporcional al área del frente de onda (A), que a su vez es directamente proporcional al circulo de la distancia a la fuente sonora.

$I= {P \over A} = {P \over 4\pi r^2}$

I=P/A.

Unidades

La unidad derivada utilizada por el Sistema Internacional de Unidades es el vatio por metro cuadrado (W/m²).

El oído humano tiene la capacidad de escuchar sonidos a partir de una intensidad de 10^-12 W/m². Esta intensidad se conoce como umbral de audición. Cuando la intensidad supera 1 W/m², la sensación se vuelve dolorosa.

Dado que en el rango de intensidades que el oído humano puede detectar sin dolor hay grandes difernencias en el número de cifras empleadas en una escala lineal, es habitual utilizar una escala logarítmica. Por convención, en dicha escala logarítmica se emplea como nivel de referencia el umbral de audición. La unidad más empleada en la escala logarítmica es el decibelio.

$I_{dB}= 10 log {I\over I_0}$ ;

donde I_dB es la intensidad acústica en decibelios, I es la intensidad acústica en la escala lineal (W/m² en el SI) e I₀ es el umbral del audición (10^-12 W/m²).

Factores que determinan la intensidad del sonido

También depende de la superficie de dicha fuente sonora. El sonido producido por un diapasón se refuerza cuando éste se coloca sobre una mesa o sobre una caja de paredes delgadas que entran en vibración. El aumento de la amplitud de la fuente y el de la superficie vibrante hacen que aumente simultáneamente la energía cinética de la masa de aire que está en contacto con ella; esta energía cinética aumenta, en efecto, con la masa de aire que se pone en vibración y con su velocidad media (que es proporcional al cuadrado de la amplitud).
La intensidad de percepción de un sonido por el oído depende también de su distancia a la fuente sonora. La energía vibratoria emitida por la fuente se distribuye uniformemente en ondas esféricas cuya superficie aumenta proporcionalmente al cuadrado de sus radios; la energía que recibe el oído es, por consiguiente, una fracción de la energía total emitida por la fuente, tanto menor cuanto más alejado está el oído. Esta intensidad disminuye 6dB cada vez que se duplica la distancia a la que se encuentra la fuente sonora (ley de la inversa del cuadrado). Para evitar este debilitamiento, se canalizan las ondas por medio de un "tubo acústico" (portavoz) y se aumenta la superficie receptora aplicando al oído una "trompeta acústica".
Finalmente, la intensidad depende también de la naturaleza del medio elástico interpuesto entre la fuente y el oído. Los medios no elásticos, como la lana, el fieltro, etc., debilitan considerablemente los sonidos.

La intensidad del sonido que se percibe subjetivamente que es lo que se denomina sonoridad y permite ordenar sonidos en una escala del más fuerte al más débil.

Timbre (acústica)

El timbre es una de las cuatro cualidades esenciales del sonido articulado, junto con el tono, la duración y la intensidad. Se trata del matiz característico de un sonido, que puede ser agudo o grave según la altura de la nota que corresponde a su resonador predominante.

Composición de los sonidos

Los sonidos que escuchamos son complejos, es decir, están compuestos por varias ondas simultáneas, pero que nosotros percibimos como uno. El timbre depende de la cantidad de armónicos que tenga un sonido y de la intensidad de cada uno de ellos.

En el movimiento vibratorio generador del sonido intervienen, simultáneamente, de una parte, un movimiento vibratorio principal, y de otra, uno o más movimientos vibratorios secundarios. En el lenguaje, el tono fundamental de cada sonido es el que producen las vibraciones de las cuerdas vocales y los tonos secundarios resultan de las resonancias que aquel produce en las cavidades formadas en el canal vocal de acuerdo con la posición de los órganos articuladores. A cada cavidad o resonador, según su forma y volumen, le corresponde una nota de una altura determinada. En este conjunto sonoro de tono fundamental y tonos secundarios, el resonador predominante es el que determina el timbre o matiz característico de cada sonido. Se habla de Timbre en función de aquella cualidad que nos permite diferenciar un sonido de otro, sea este musical o no. Algunas definiciones se refieren al timbre como una cualidad o parámetro más del sonido, equiparable a la frecuencia (tono), amplitud (intensidad) y duración. Pero en realidad no se trata de un parámetro en sí mismo sino de la combinación de varios, entre los que podemos mencionar como determinantes a:

Espectro: Distribución de la energía en función de los parciales (armónicos o inarmónicos) de un sonido complejo

Envolvente de amplitud: Variación de la Amplitud en el Tiempo.

Formante: Es el pico de intensidad o concentración energética en una determinada frecuencia en el espectro de un sonido.

Velocidad del sonido

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F18 de la Armada de los Estados Unidos rompiendo la barrera del sonido.

La velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas sonoras. En la atmósfera terrestre es de 343 m/s (a 20 °C de temperatura). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite.

La velocidad de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.

Medios de propagación

La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.

La definición termodinámica de la velocidad del sonido, para cualquier medio, es a²=(dp/dρ)s es decir la derivada parcial de la presión con respecto de la densidad a entropía constante.

La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración, y este aumento de actividad hace aumentar la velocidad.

Por ejemplo, sobre una superficie nevada el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es un medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad.

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/s. Si deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarla mediante la siguiente conversión física:

Velocidad del sonido en el aire [km/h) = (343m/1s)*(3600s/1h)*(1km/1000m) Velocidad del sonido en el aire = 1.234,8 km/h.

En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331 m/s y si sube en 1 °C la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s.
En el agua (a 25 °C) es de 1.493 m/s.
En la madera es de 3.900 m/s.
En el hormigón es de 4.000 m/s.
En el acero es de 5.100 m/s.
En el aluminio es de 6.400 m/s.

Velocidad del sonido en los gases

En los gases la ecuación de la velocidad del sonido es la siguiente:

$v=\sqrt{(\gamma{R}{T})/M}$

Siendo γ el coeficiente de dilatación adiabática, R la constante universal de los gases, T la temperatura en kelvin aguas arriba de la perturbación y M la masa molar del gas. Los valores típicos para la atmósfera estándar a nivel del mar son los siguientes:

γ = 1,4 []

R=8.314 [J/Mol.K]=8.314 [kg.m²/mol.K.s²]

T=293,15 [K] (20 °C)

M=29 [g/mol] para el aire

Velocidad del sonido en los sólidos

En sólidos la velocidad del sonido está dada por:

$c = \sqrt{\frac{E}{\rho}}$

donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero, que es aproximadamente de 5.146 m/s.

Velocidad del sonido en los líquidos

La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1.500 m/s y en agua dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían principalmente según la presión, temperatura y salinidad.

La velocidad del sonido (v) es igual a la raíz cuadrada del Módulo de compresibilidad (K) entre densidad (ρ).

$v = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$

Reproducción y grabación de sonido

La reproducción y grabación de sonido es la inscripción eléctrica o mecánica y la recreación de las ondas de sonido, como la voz, el canto, la música instrumental, o efectos sonoros. Las dos clases principales de tecnologías de grabación de sonido son la grabación analógica y la grabación digital. La grabación analógica acústica se logra con un pequeño micrófono de diafragma que puede detectar cambios en la presión atmosférica (ondas de sonido acústicas) y grabarlas como ondas de sónido gráficas en un medio como un fonógrafo (en el que un estilete hace surcos helicoidales sobre un cilindro de fonógrafo) o una cinta magnética (en la que la corriente eléctrica del micrófono es convertidas a fluctuaciones electromagnéticas que modulan una señal eléctrica). La reproducción de sonido analógico es el proceso inverso, en el que un altavoz de diafragma de mayor tamaño causa cambios en la presión atmosférica para formar ondas de sonido acústicas. Las ondas de sonido generadas por electricidad también pueden ser grabadas directamente mediante dispositivos como los micrófonos de una guitarra eléctrica o un sintetizador, sin el uso de acústica en el proceso de grabación, más que la necesidad de los músicos de escuchar que tan bien están tocando durante las sesiones de grabación.

La reproducción y grabación digital usa las mismas tecnologías analógicas, con el añadido de la digitalización de los datos y señales sonográficas, permitiendo que éstos sean almacenados y transmitidos en una mayor variedad de medios. Los datos numéricos binarios digitales son una representación de los puntos de vector periódicos en los datos analógicos a una frecuencia de muestreo la mayoría de las veces demasiado frecuente para que el oído humano distinga diferencias en la calidad. Las grabaciones digitales no tienen que estar necesariamente a una frecuencia de muestreo mayor, pero en general se las considera de mayor calidad por su menor interferencia por polvo o interferencia electromagnética en la reproducción y un menor deterioro mecánico por corrosión o mal manejo del medio de almacenamiento.

COAXIALES

Son los más buscados, son como si dijéramos varios parlantes dentro de uno, con sus correspondientes filtrajes incorporados: los hay de dos, tres e incluso cuatro vías, el parlante principal hace la función de woofer para graves que luego incorporan un tweeter de agudos; los de dos vías y un pequeño parlante de medios, los de tres vías te permiten instalar un buen sistema sin modificar demasiado el coche, pero su limpieza de sonido no es tan definida como los de vías separadas.

VIAS SEPARADAS

Son los mejores. Constan de un parlante por separado para cada frecuencia a reproducir, con lo que el control del sonido es más preciso. Puedes encontrar tres vías separadas, woofer , midrange + tweeter y la separación de frecuencias se realiza bien con una caja de filtros (bobinas, condensadores) pasivos o bien con filtros activos, que cortan la señal de entrada a los herzios deseados antes de entrar en la potencia que los va a mover. Es lo mejor, pero por supuesto lo más caro.

TWEETER

Parlante preparado para reproducir altas frecuencias; suelen ser pequeños y se pueden instalar fácilmente, es importante insistir con ellos en la parte delantera del coche, porque como sabes, para lograr un buen sonido, este tiene que dar la sensación de venir de delante, así mismo es el parlante más direccional de todos, con lo que conviene que esté bien enfocado hacia el oyente.

Mas insformación sobre la instalación de tweeters puede ser encontrada aqui: Los tweeters en tu instalacion de audio

MEDIO / WOOFER

Encargado de reproducir frecuencias medias y bajas suaves. No conviene forzarlos en el corte para que saque grave bajo, de eso ya es encargara el subwoofer, lo ideal es sobre 300 Hz en adelante; ( voces, guitarras, teclado etc...).

SUBWOOFER

Alma del equipo, rellena las frecuencias de subgraves y da sensación de potencia y profundidad al equipo. Su misión real es: desplazar el mayor volumen de aire posible, por lo que a mayor diámetro, mayor presión de graves; hay de 8", 10", 12" y luego los salvajes de 15" y 16", pero no te engañes, con estos no tendrás tanto golpe, si no más presión, pues el aire que desplazan en según que equipos, puede ser excesivo. La potencia que necesitas para tener un buen grave es al menos de doble que para el resto de los parlantes. Se pueden instalar ( en el baúl, pues el sonido no el direccional ) en luneta o respaldo (aire libre) o en cajones cerrados.

Mantenimiento

lunes, 2 de agosto de 2010

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