Ángel Amores Docencia

20356 · Fundamentos de Instalaciones

Acústica

Seis visualizaciones para el tema de acústica: cómo es una onda, en qué se diferencian la transversal y la longitudinal, qué mide un espectro, cuánto sonido atraviesa un muro, cuánto reverbera una sala y qué pasa cuando dos ondas se encuentran.

§1 — La onda unidimensional

Una onda armónica queda descrita por su amplitud \(A\), su longitud de onda \(\lambda\), su frecuencia \(f\) y su fase inicial \(\varphi_0\). Mueve los controles y observa qué cambia: el número de onda y la frecuencia angular se recalculan solos, y con ellos la velocidad de propagación \(v=\lambda f\).

1.0 m
2.0 m
1.0 Hz
0 rad
1.0×

Dirección de propagación

Onda armónica En vivo
t = 0.00 s
Período T
Nº de onda k
Frec. angular ω
Velocidad v

§2 — Transversal y longitudinal

En una onda transversal las partículas oscilan perpendicularmente a la dirección de propagación; en una longitudinal lo hacen en la misma dirección, formando compresiones (C) y enrarecimientos (R). El sonido en el aire es longitudinal. En ambos casos las partículas no viajan: solo oscilan alrededor de su posición de equilibrio, y lo que avanza es la perturbación.

1.0 m
3.0 m
0.8 Hz
30

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Animación

Onda transversal · oscilación ⊥
Onda longitudinal · oscilación ∥
  • Transversal
  • Longitudinal
  • Partícula destacada

§3 — Espectro de frecuencias

Todo sonido se puede descomponer en las frecuencias que lo forman. Emite un tono y observa dónde aparece su pico; cambia la forma de onda y verás los armónicos que añade. Si das permiso al micrófono, el analizador muestra el espectro de lo que suene en el aula en tiempo real.

Generador de tonos

440 Hz
50 %

Frecuencias de referencia

Rango audible humano

20 Hz2002k20 kHz
Graves: 20–250 Hz Medios: 250–4000 Hz Agudos: 4–20 kHz
Analizador de espectro Inactivo
Forma de onda (dominio temporal)

§4 — Impedancia y transmisión

Cuando el sonido llega a la frontera entre dos medios, parte se refleja y parte se transmite. Lo que decide el reparto es el contraste de impedancias acústicas \(Z=\rho v\): cuanto más distintas son, más se refleja. Por eso un muro aísla, y por eso es tan difícil que el sonido pase del aire al agua.

$$R=\left(\frac{Z_2-Z_1}{Z_2+Z_1}\right)^{2} \qquad T = 1-R$$

$$TL = -10\log_{10}(T)\;\text{[dB]}$$

Medio 1 (incidente)

Medio 2 (transmitido)

Impedancias características

Onda incidente, reflejada y transmitida
  • Incidente
  • Reflejada
  • Transmitida
Z₁
Z₂
R (reflexión)
T (transmisión)
TL (pérdida)

§5 — Absorción y reverberación

El tiempo de reverberación es lo que tarda el sonido en caer 60 dB tras callar la fuente. La fórmula de Sabine lo estima a partir del volumen del recinto y de la absorción total de sus superficies. Cambia las dimensiones y los materiales y mira cómo pasa de un estudio de grabación a una catedral.

$$T_R = 0{,}161\,\frac{V}{A} \qquad A=\sum_i \alpha_i S_i$$

Dimensiones del recinto

8.0 m
6.0 m
3.0 m

Frecuencia de análisis (Hz)

Los coeficientes α dependen de la frecuencia

Materiales por superficie

Suelo
Techo
Paredes
Vista del recinto
Volumen V
Superficie total
Absorción A
T_R (Sabine)
0,3 s estudio 0,7 s aula 1,8 s conciertos 6 s catedral

§6 — Superposición de ondas

Cuando dos ondas coinciden, sus elongaciones se suman punto a punto. De ahí salen la interferencia constructiva y la destructiva, los batidos (dos frecuencias parecidas) y las ondas estacionarias (dos ondas iguales en sentidos opuestos). Prueba los casos típicos.

$$y = A_1\sin(k_1x \pm \omega_1 t+\varphi_1) + A_2\sin(k_2x \pm \omega_2 t+\varphi_2)$$

Casos típicos

Onda 1

1.0 m
2.0 m
1.0 Hz
0 rad

Onda 2

1.0 m
3.0 m
1.2 Hz
0 rad

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1.0×
Superposición En vivo
Tipo
Δφ
A máx.
f de batido