La acústica es una rama de la física que se ocupa del estudio de las ondas mecánicas en gases, líquidos y sólidos, incluyendo temas como vibración , sonido , ultrasonido e infrasonido . Un científico que trabaja en el campo de la acústica es un acústico, mientras que alguien que trabaja en el campo de la tecnología acústica puede llamarse ingeniero acústico . La aplicación de la acústica está presente en casi todos los aspectos de la sociedad moderna, siendo los más obvios las industrias de control de audio y ruido .
La audición es uno de los medios más importantes de supervivencia en el mundo animal y el habla es una de las características más distintivas del desarrollo y la cultura humanos. En consecuencia, la ciencia de la acústica se extiende por muchas facetas de la sociedad humana: música, medicina, arquitectura, producción industrial, guerra y más. Asimismo, especies animales como los pájaros cantores y las ranas utilizan el sonido y el oído como un elemento clave de los rituales de apareamiento o del marcado de territorios. El arte, la artesanía, la ciencia y la tecnología se han provocado mutuamente para hacer avanzar el conjunto, como en muchos otros campos del conocimiento. "Wheel of Acoustics" de Robert Bruce Lindsay es una descripción general bien aceptada de los diversos campos de la acústica. [1]
Historia [ editar ]
Etimología [ editar ]
La palabra "acústico" se deriva de la palabra griega ἀκουστικός ( akoustikos ), que significa "de o para oír, listo para oír" [2] y que de ἀκουστός ( akoustos ), "oído, audible", [3] que a su vez deriva del verbo ἀκούω ( akouo ), "escucho". [4]
El sinónimo latino es "sonic", después de lo cual el término sonics solía ser un sinónimo de acústica [5] y más tarde una rama de la acústica. [6] Las frecuencias por encima y por debajo del rango audible se denominan " ultrasónicas " e " infrasónicas ", respectivamente.
Investigación temprana en acústica [ editar ]
En el siglo VI a.C., el antiguo filósofo griego Pitágoras quería saber por qué algunas combinaciones de sonidos musicales parecían más hermosas que otras, y encontró respuestas en términos de proporciones numéricas que representan la serie de armónicos armónicos.en una cuerda. Tiene fama de haber observado que cuando las longitudes de las cuerdas vibrantes se pueden expresar como proporciones de números enteros (por ejemplo, 2 a 3, 3 a 4), los tonos producidos serán armoniosos y cuanto más pequeños sean los números enteros, más armoniosos serán los sonidos. Por ejemplo, una cuerda de cierta longitud sonaría particularmente armoniosa con una cuerda del doble de la longitud (los demás factores son iguales). En el lenguaje moderno, si una cuerda hace sonar la nota C cuando se pulsa, una cuerda dos veces más larga sonará una C una octava más baja. En un sistema de afinación musical , los tonos intermedios vienen dados por 16: 9 para D, 8: 5 para E, 3: 2 para F, 4: 3 para G, 6: 5 para A y 16:15 para B, en orden ascendente. [7]
Aristóteles (384-322 aC) entendió que el sonido consistía en compresiones y rarefacciones de aire que "cae y golpea el aire que está junto a él ...", [8] [9] una muy buena expresión de la naturaleza de la onda. movimiento. On Things Heard , generalmente atribuido al Strato de Lampsacus , afirma que el tono está relacionado con la frecuencia de las vibraciones del aire y con la velocidad del sonido. [10]
Aproximadamente en el año 20 a. C., el arquitecto e ingeniero romano Vitruvio escribió un tratado sobre las propiedades acústicas de los teatros que incluía una discusión sobre la interferencia, los ecos y la reverberación: los inicios de la acústica arquitectónica . [11] En el libro V de su De architectura ( Los diez libros de arquitectura) Vitruvio describe el sonido como una onda comparable a una onda de agua extendida en tres dimensiones, que, cuando es interrumpida por obstrucciones, fluiría hacia atrás y se rompería después de las ondas. Describió los asientos ascendentes en los teatros antiguos como diseñados para evitar este deterioro del sonido y también recomendó que se coloquen vasijas de bronce de tamaños apropiados en los teatros para resonar con la cuarta, quinta y así sucesivamente, hasta la octava doble, a fin de resonar con las notas más deseables y armoniosas. [12] [13] [14]
Durante la edad de oro islámica , se cree que Abū Rayhān al-Bīrūnī (973-1048) postuló que la velocidad del sonido era mucho más lenta que la velocidad de la luz. [15] [16]
La comprensión física de los procesos acústicos avanzó rápidamente durante y después de la Revolución Científica . Principalmente Galileo Galilei (1564-1642), pero también Marin Mersenne (1588-1648), de forma independiente, descubrió las leyes completas de las cuerdas vibrantes (completando lo que Pitágoras y Pitágoras habían comenzado 2000 años antes). Galileo escribió "Las ondas son producidas por las vibraciones de un cuerpo sonoro, que se propagan por el aire, trayendo al tímpano del oído un estímulo que la mente interpreta como sonido", una afirmación notable que apunta a los inicios de la acústica fisiológica y psicológica. . Medidas experimentales de la velocidad del sonido.en el aire se llevaron a cabo con éxito entre 1630 y 1680 por varios investigadores, sobre todo Mersenne. Mientras tanto, Newton (1642-1727) derivó la relación para la velocidad de onda en sólidos, una piedra angular de la acústica física ( Principia , 1687).
Edad de la Ilustración y en adelante [ editar ]
Durante el siglo XVIII, Euler (1707-1783), Lagrange (1736-1813) y d'Alembert (1717-1783) lograron un progreso sustancial en acústica, apoyado en conceptos matemáticos y físicos más firmes . Durante esta era, la física del continuo, o teoría de campos, comenzó a recibir una estructura matemática definida. La ecuación de onda surgió en varios contextos, incluida la propagación del sonido en el aire. [17]
En el siglo XIX las principales figuras de la acústica matemática fueron Helmholtz en Alemania, que consolidó el campo de la acústica fisiológica, y Lord Rayleigh en Inglaterra, quien combinó los conocimientos previos con sus propias y copiosas contribuciones al campo en su monumental obra The Theory of Sound. (1877). También en el siglo XIX, Wheatstone, Ohm y Henry desarrollaron la analogía entre electricidad y acústica.
El siglo XX fue testigo de un florecimiento de las aplicaciones tecnológicas del gran cuerpo de conocimiento científico que ya existía. La primera aplicación de este tipo fue el trabajo pionero de Sabine en acústica arquitectónica, y le siguieron muchas otras. La acústica subacuática se utilizó para detectar submarinos en la Primera Guerra Mundial. La grabación de sonido y el teléfono jugaron un papel importante en la transformación global de la sociedad. La medición y el análisis del sonido alcanzaron nuevos niveles de precisión y sofisticación mediante el uso de la electrónica y la informática. El rango de frecuencia ultrasónica permitió tipos de aplicación completamente nuevos en la medicina y la industria. Se inventaron y pusieron en funcionamiento nuevos tipos de transductores (generadores y receptores de energía acústica).
Conceptos fundamentales de acústica [ editar ]
Definición [ editar ]
La acústica está definida por ANSI / ASA S1.1-2013 como "(a) Ciencia del sonido , incluida su producción, transmisión y efectos, incluidos los efectos biológicos y psicológicos. (B) Aquellas cualidades de una habitación que, en conjunto, determinan su carácter con respecto a los efectos auditivos ".
El estudio de la acústica gira en torno a la generación, propagación y recepción de ondas mecánicas y vibraciones.
Los pasos que se muestran en el diagrama anterior se pueden encontrar en cualquier evento o proceso acústico. Hay muchos tipos de causas, tanto naturales como voluntarias. Hay muchos tipos de procesos de transducción que convierten la energía de alguna otra forma en energía sónica, produciendo una onda de sonido. Hay una ecuación fundamental que describe la propagación de ondas sonoras, la ecuación de ondas acústicas , pero los fenómenos que surgen de ella son variados y, a menudo, complejos. La onda transporta energía a través del medio de propagación. Eventualmente, esta energía se transduce nuevamente a otras formas, de maneras que nuevamente pueden ser naturales y / o artificiales. El efecto final puede ser puramente físico o puede llegar muy lejos en los dominios biológicos o volitivos. Los cinco pasos básicos se encuentran igualmente bien si estamos hablando de unterremoto , un submarino que usa un sonar para localizar a su enemigo, o una banda tocando en un concierto de rock.
La etapa central del proceso acústico es la propagación de ondas. Esto cae dentro del dominio de la acústica física. En los fluidos , el sonido se propaga principalmente como una onda de presión . En los sólidos, las ondas mecánicas pueden tomar muchas formas, incluidas ondas longitudinales , ondas transversales y ondas superficiales .
La acústica mira primero los niveles de presión y las frecuencias en la onda de sonido y cómo la onda interactúa con el medio ambiente. Esta interacción puede describirse como difracción , interferencia o reflexión o una mezcla de las tres. Si están presentes varios medios , también puede producirse una refracción . Los procesos de transducción también son de especial importancia para la acústica.
Propagación de ondas: niveles de presión [ editar ]
En fluidos como el aire y el agua, las ondas sonoras se propagan como perturbaciones en el nivel de presión ambiental. Si bien esta alteración suele ser pequeña, aún es perceptible para el oído humano. El sonido más pequeño que una persona puede oír, conocido como umbral de audición , es nueve órdenes de magnitud más pequeño que la presión ambiental. El volumen de estas perturbaciones está relacionado con el nivel de presión sonora (SPL) que se mide en una escala logarítmica en decibelios.
Propagación de ondas: frecuencia [ editar ]
Los físicos e ingenieros acústicos tienden a discutir los niveles de presión sonora en términos de frecuencias, en parte porque así es como nuestros oídos interpretan el sonido. Lo que experimentamos como sonidos de "tono más alto" o "tono más bajo" son vibraciones de presión que tienen un número mayor o menor de ciclos por segundo. En una técnica común de medición acústica, las señales acústicas se muestrean en el tiempo y luego se presentan en formas más significativas, como bandas de octavas o diagramas de frecuencia de tiempo. Ambos métodos populares se utilizan para analizar el sonido y comprender mejor el fenómeno acústico.
El espectro completo se puede dividir en tres secciones: audio, ultrasónico e infrasónico. El rango de audio cae entre 20 Hz y 20.000 Hz. Este rango es importante porque sus frecuencias pueden ser detectadas por el oído humano. Esta gama tiene una serie de aplicaciones, incluida la comunicación por voz y la música. El rango ultrasónico se refiere a las frecuencias muy altas: 20.000 Hz y más. Este rango tiene longitudes de onda más cortas que permiten una mejor resolución en tecnologías de imágenes. Las aplicaciones médicas como la ecografía y la elastografía se basan en el rango de frecuencia ultrasónica. En el otro extremo del espectro, las frecuencias más bajas se conocen como rango infrasónico. Estas frecuencias se pueden utilizar para estudiar fenómenos geológicos como los terremotos.
Los instrumentos analíticos como el analizador de espectro facilitan la visualización y medición de señales acústicas y sus propiedades. El espectrograma producido por tal instrumento es una representación gráfica del nivel de presión variable en el tiempo y los perfiles de frecuencia que dan a una señal acústica específica su carácter definitorio.
Transducción en acústica [ editar ]
Un transductor es un dispositivo para convertir una forma de energía en otra. En un contexto electroacústico, esto significa convertir la energía del sonido en energía eléctrica (o viceversa). Los transductores electroacústicos incluyen altavoces , micrófonos , sensores de velocidad de partículas , hidrófonos y proyectores de sonar . Estos dispositivos convierten una onda de sonido ao desde una señal eléctrica. Los principios de transducción más utilizados son el electromagnetismo , la electrostática y la piezoelectricidad .
Los transductores en los altavoces más comunes (por ejemplo, woofers y tweeters ), son dispositivos electromagnéticos que generan ondas usando un diafragma suspendido impulsado por una bobina de voz electromagnética , enviando ondas de presión. Los micrófonos electret y los micrófonos de condensador emplean electrostática: cuando la onda de sonido golpea el diafragma del micrófono, se mueve e induce un cambio de voltaje. Los sistemas ultrasónicos utilizados en la ecografía médica emplean transductores piezoeléctricos. Estos están hechos de cerámicas especiales en las que las vibraciones mecánicas y los campos eléctricos están interconectados a través de una propiedad del propio material.
Acústica [ editar ]
Un acústico es un experto en la ciencia del sonido. [18]
Educación [ editar ]
Hay muchos tipos de acústicos, pero generalmente tienen una licenciatura o una calificación superior. Algunos poseen un título en acústica, mientras que otros ingresan a la disciplina a través de estudios en campos como la física o la ingeniería . Gran parte del trabajo en acústica requiere una buena base en matemáticas y ciencias . Muchos científicos acústicos trabajan en investigación y desarrollo. Algunos realizan investigaciones básicas para avanzar en nuestro conocimiento de la percepción (por ejemplo , audición , psicoacústica o neurofisiología ) del habla , la música y el ruido.. Otros científicos acústicos avanzan en la comprensión de cómo se ve afectado el sonido a medida que se mueve a través de los entornos, por ejemplo , acústica submarina , acústica arquitectónica o acústica estructural . Otras áreas de trabajo se enumeran a continuación en las subdisciplinas. Los científicos acústicos trabajan en laboratorios gubernamentales, universitarios y de la industria privada. Muchos continúan trabajando en Ingeniería Acústica . Algunas posiciones, como la facultad (personal académico) requieren un doctorado en filosofía .
Subdisciplinas [ editar ]
Estas subdisciplinas son una lista ligeramente modificada de la codificación PACS ( Esquema de clasificación de física y astronomía ) utilizada por la Sociedad de Acústica de América . [19]
Arqueoacústica [ editar ]
La arqueoacústica , también conocida como arqueología del sonido, es una de las únicas formas de experimentar el pasado con otros sentidos además de los ojos. [20] La arqueoacústica se estudia probando las propiedades acústicas de los sitios prehistóricos, incluidas las cuevas. Iegor Rezkinoff, un arqueólogo de sonido, estudia las propiedades acústicas de las cuevas a través de sonidos naturales como zumbidos y silbidos. [21] Las teorías arqueológicas de la acústica se centran en los propósitos rituales, así como en una forma de ecolocalización en las cuevas. En arqueología, los sonidos acústicos y los rituales se correlacionan directamente, ya que los sonidos específicos estaban destinados a acercar a los participantes del ritual a un despertar espiritual. [20]También se pueden establecer paralelos entre las pinturas murales de la cueva y las propiedades acústicas de la cueva; ambos son dinámicos. [21] Debido a que la arqueoacústica es un tema arqueológico bastante nuevo, el sonido acústico todavía se está probando en estos sitios prehistóricos en la actualidad.
Aeroacústica [ editar ]
La aeroacústica es el estudio del ruido generado por el movimiento del aire, por ejemplo, a través de la turbulencia, y el movimiento del sonido a través del aire fluido. Este conocimiento se aplica en ingeniería acústica para estudiar cómo silenciar las aeronaves . La aeroacústica es importante para comprender cómo funcionan los instrumentos musicales de viento . [22]
Procesamiento de señales acústicas [ editar ]
El procesamiento de señales acústicas es la manipulación electrónica de señales acústicas. Las aplicaciones incluyen: control activo de ruido ; diseño para audífonos o implantes cocleares ; cancelación de eco ; recuperación de información musical y codificación perceptual (por ejemplo, MP3 u Opus ). [23]
Acústica arquitectónica [ editar ]
La acústica arquitectónica (también conocida como acústica de edificios) implica la comprensión científica de cómo lograr un buen sonido dentro de un edificio. [24] Por lo general, implica el estudio de la inteligibilidad del habla, la privacidad del habla, la calidad de la música y la reducción de la vibración en el entorno construido. [25]
Bioacústica [ editar ]
La bioacústica es el estudio científico de la audición y las llamadas de los animales, así como de cómo los animales se ven afectados por la acústica y los sonidos de su hábitat. [26]
Electroacústica [ editar ]
Esta subdisciplina se ocupa de la grabación, manipulación y reproducción de audio mediante electrónica. [27] Esto podría incluir productos como teléfonos móviles , sistemas de megafonía a gran escala o sistemas de realidad virtual en laboratorios de investigación.
Ruido ambiental y paisajes sonoros [ editar ]
La acústica ambiental se ocupa del ruido y las vibraciones causadas por los ferrocarriles, [28] el tráfico por carretera, los aviones, el equipo industrial y las actividades recreativas. [29] El principal objetivo de estos estudios es reducir los niveles de ruido y vibraciones ambientales. El trabajo de investigación ahora también se centra en el uso positivo del sonido en entornos urbanos: paisajes sonoros y tranquilidad . [30]
Acústica musical [ editar ]
La acústica musical es el estudio de la física de los instrumentos acústicos; el procesamiento de señales de audio utilizado en música electrónica; el análisis informático de la música y la composición, y la percepción y neurociencia cognitiva de la música . [31]
Psicoacústica [ editar ]
Se han realizado muchos estudios para identificar la relación entre acústica y cognición, o más comúnmente conocida como psicoacústica , en la que lo que uno escucha es una combinación de percepción y aspectos biológicos. [32] La información interceptada por el paso de las ondas sonoras a través del oído se comprende e interpreta a través del cerebro, enfatizando la conexión entre la mente y la acústica. Los cambios psicológicos se han visto en la forma en que las ondas cerebrales se ralentizan o aceleran como resultado de diversos estímulos auditivos que, a su vez, pueden afectar la forma en que uno piensa, siente o incluso se comporta. [33]Esta correlación se puede ver en situaciones cotidianas normales en las que escuchar una canción animada o animada puede hacer que el pie comience a hacer tapping o una canción más lenta puede dejar a uno sintiéndose tranquilo y sereno. En una mirada biológica más profunda al fenómeno de la psicoacústica, se descubrió que el sistema nervioso central es activado por características acústicas básicas de la música. [34] Al observar cómo el sistema nervioso central, que incluye el cerebro y la columna vertebral, está influenciado por la acústica, se hace evidente la vía en la que la acústica afecta a la mente y, esencialmente, al cuerpo. [34]
Discurso [ editar ]
Los acústicos estudian la producción, el procesamiento y la percepción del habla. El reconocimiento de voz y la síntesis de voz son dos áreas importantes del procesamiento de voz con computadoras. El tema también se superpone con las disciplinas de física , fisiología , psicología y lingüística . [35]
Ultrasonidos [ editar ]
Los ultrasonidos tratan con sonidos en frecuencias demasiado altas para ser escuchadas por humanos. Las especialidades incluyen ultrasonidos médicos (incluida la ecografía médica ), sonoquímica , pruebas ultrasónicas , caracterización de materiales y acústica subacuática ( Sonar ). [36]
Acústica submarina [ editar ]
La acústica subacuática es el estudio científico de los sonidos naturales y artificiales bajo el agua. Las aplicaciones incluyen sonar para localizar submarinos , comunicación submarina por ballenas, monitoreo del cambio climático midiendo acústicamente la temperatura del mar, armas sónicas [37] y bioacústica marina . [38]
Vibración y dinámica [ editar ]
Este es el estudio de cómo los sistemas mecánicos vibran e interactúan con su entorno. Las aplicaciones pueden incluir: vibraciones del suelo de los ferrocarriles; aislamiento de vibraciones para reducir las vibraciones en quirófanos; estudiar cómo la vibración puede dañar la salud ( vibración dedo blanco ); control de vibraciones para proteger un edificio de terremotos , o medir cómo el sonido transmitido por la estructura se mueve a través de los edificios. [39]
Sociedades profesionales [ editar ]
- La Sociedad Acústica de América (ASA)
- Sociedad Australiana de Acústica (AAS)
- La Asociación Europea de Acústica (EAA)
- Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE)
- Instituto de Acústica (IoA Reino Unido)
- La Sociedad de Ingeniería de Audio (AES)
- Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos, División de Acústica y Control de Ruido (ASME-NCAD)
- Comisión Internacional de Acústica (ICA)
- Instituto Americano de Aeronáutica y Astronáutica, Aeroacústica (AIAA)
- Asociación Internacional de Música por Computadora (ICMA)
Revistas académicas [ editar ]
- Acta Acustica se une a Acustica
- Acústica aplicada
- Revista de la Sociedad Americana de Acústica (JASA)
- Revista de la Sociedad Acústica de América, Express Letters (JASA-EL)
- Revista de la Sociedad de Ingeniería de Audio
- Revista de sonido y vibración (JSV)
- Revista de Vibración y Acústica Sociedad Estadounidense de Ingenieros Mecánicos
- Ultrasonidos (diario)
Ver también [ editar ]
- Esquema de acústica
- Atenuación acústica
- Emisión acústica
- Ingeniería acústica
- Impedancia acústica
- Levitación acústica
- Ubicación acústica
- Fonética acustica
- Streaming acústico
- Etiquetas acústicas
- Termometría acústica
- Onda acústica
- Audiología
- Ilusión auditiva
- Difracción
- efecto Doppler
- Acústica pesquera
- Heliosismología
- Ola de cordero
- Elasticidad lineal
- The Little Red Book of Acoustics (en el Reino Unido)
- Onda longitudinal
- Terapia musical
- La contaminación acústica
- Phonon
- Ultrasonidos de picosegundos
- Onda de Rayleigh
- Onda de choque
- Sismología
- Sonificación
- Sonoquímica
- Insonorización
- Paisaje sonoro
- estampido supersónico
- Sonoluminiscencia
- Onda acústica de superficie
- Termoacústica
- Onda transversal
- Ecuación de onda
Referencias [ editar ]
- ^ "¿Qué es la acústica?" , Grupo de Investigación Acústica , Universidad Brigham Young
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Lectura adicional [ editar ]
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Enlaces externos [ editar ]
 | Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la acústica . |
 | Wikisource tiene texto original relacionado con este artículo: Acústica |
 | Wikilibros tiene un libro sobre el tema: Acústica |
- Comisión Internacional de Acústica
- Asociación Europea de Acústica
- Sociedad Acústica de América
- Instituto de ingenieros de control de ruido
- Consejo Nacional de Consultores Acústicos
- Instituto de Acústica en Reino Unido
- Sociedad Australiana de Acústica (AAS)
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