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OSCILACIONES Y ACÚSTICA
Ondas Las ondas o movimientos oscilatorios son
fundamentalmente de dos clases: Mecánicas y electromagnéticas. Las ondas mecánicas necesitan un medio material para propagarse, las electromagnéticas no, pues se propagan también por el vacío. La mayoría de animales obtienen información del medio ambiente que les rodea detectando algunos tipos de ondas. Por ejemplo detectar el sonido con los oídos.
Movimiento oscilatorio armónico
El movimiento oscilatorio armónico se puede expresar graficamente representando la elongación (ordenadas) en función del tiempo (abscisas), como se muestra en la figura, en la cual el diametro AB se ha dispuesto verticalmente.
ω es la velocidad angular del punto que describe el movimiento circular, de modo que viene dada por:
ω = 2π / t
2π es el angulo correspondiente a una vuelta completa y t, el tiempo que tarda el punto P en cumplirla. Por supuesto, este tiempo es el mismo que transcurre entre dos pasajes sucesivos por el mismo punto y con la misma velocidad del móvil que realiza el mov. Oscilatorio armónico. Dicho tiempo, que se halla representado en la figura, recibe el nombre de periodo.
El movimiento circular sirve para definir el movimiento oscilatorio armónico, pero este puede existir sin aquel, como el caso de la oscilación de un cuerpo suspendido de un resorte. En tal caso, ω no es una velocidad angular, sino un parametro propio del movimiento oscilatorio, que recibe el nombre de pulsación.
Se llama frecuencia de un movimiento oscilatorio armónico al numero de oscilaciones dobles completas que efectua el móvil por unidad de tiempo. Como el tiempo transcurrido en una oscilación doble completa es el periodo t, la frecuencia f estara dada por:
f = 1 / t.
La unidad de frecuencia es el hertz, y equivale a 1 ciclo por segundo. Se la representa con el simbolo Hz.
Propagación Un movimiento oscilatorio
armónico puede propagarse a lo largo de una cuerda, si de hace oscilar uno de sus extremos. En tal caso avanza por la cuerda una serie de ondas, manteniendo constante la distancia entre dos puntos sucesivos que oscilan en igual fase. Esta distancia se llama longitud de onda (λ).
Se comprende que el movimiento avanza a lo largo de la cuerda a razón de una longitud de onda λ por cada periodo t, de modo que la velocidad de propagación aparece dada por: v=λ/t
Teniendo en cuenta la ecuación anterior: v=λ.f
Sonido El sonido es un movimiento oscilatorio,
armónico o no, que se propaga por diferentes medios materiales (para nuestro interes, en general, el aire) y que se halla dentro de un rango de frecuencias que puede ser captado por el oido del hombre (entre 30 Hz y 20 kHz aproximadamente). Estos limites de frecuencia sólo se basan en una propiedad del organismo humano. Las vibraciones de frecuencia mayores que las audibles por el hombre reciben el nombre de ultrasonidos.
Clasificación
Las oscilaciones del sonido pueden ser periódicas (a y b) o aperiódicas (c). En el primer caso reciben el nombre de sonidos propiamente dichos, mientras que en el segundo se llaman ruidos. S e comprende que no es posible establecer una delimitación precisa entre los sonidos propiamente dichos y los ruidos..
Entre los primeros, es decir, periódicos, existen dos categorias: si al vibrar las particulas describen un movimiento oscilatorio armónico, se dice que el sonido es puro (a).
Si el movimiento no es armónico pero si periódico (b), puede descomponerse en varios movimientos oscilatorios armónicos, por lo cual se le conoce como compuesto
Propagación Las vibraciones del sonido en el aire son
longitudinales, se propagan en la misma dirección del rayo, dando lugar a zonas de compresión y de depresión.
La distancia entre dos puntos en igual fase de compresión o depresión es la longitud de onda λ.
En un medio homogeneo infinito, estas zonas de compresión y de depresión se propagan a partir de la fuente sonora F en forma de ondas esfericas concentricas.
La velocidad del sonido, su frecuencia y la longitud de onda se relacionan asi:
c=λ.f y f=c/λ
C = velocidad del sonido
S
ES
TR
UC
TU
RA
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BIOFISICA DEL SONIDO
OIDO EXTERNO
El oído externo está formado por el pabellón auricular u oreja, los
músculos auriculares y el conducto auditivo externo (CAE). Cumple la
función de conducir las ondas sonoras del medio ambiente hacia la
membrana timpánica, estructura que separa el oído externo del oído
medio. El conducto auditivo externo (CAE) es una estructura óseo-
cartilaginoso que se extiende hasta la membrana timpánica, con una
dirección variable dependiendo de la especie. En caninos, felinos y
equinos la dirección es rostro-ventro-medial, en bovinos es recta en
sentido medial.
En caninos el CAE tiene forma de “L” con una longitud variable entre 5-10 cm. La porción vertical, de aproximadamente 0.5-1 cm de diámetro, contenida en el cartílago auricular, se curva en dirección medial en ángulo de 90° en razas de orejas erguidas y en ángulo obtuso en orejas péndulas, para formar la porción horizontal que continua hasta la membrana timpánica. La porción horizontal está constituida en la mayor parte por el cartílago anular. La luz del CAE es sinuosa con el fin de evitar la resonancia, presenta numerosos pelos gruesos y largos en la abertura del canal que disminuyen hacia su interior y glándulas sebáceas y ceruminosas que son más numerosas en el fondo del conducto. Carece de glándulas sudoríparas. Tanto las glándulas como los pelos, evitan la penetración de polvo y partículas extranas. La combinación de la secreción oleosa de las glándulas sebáceas junto al cerumen de las glándulas ceruminosas constituyen el sebo, que junto a los detritos epidérmicos forman la secreción normal del oído. El cerumen es un componente normal del oído sano, considerándoselo patológico cuando es excesivo.
OIDO MEDIO
El oido medio, caja del timpano o cavidad timpanica, es un area estrecha con contenido aereo situada dentro de la porción petrosa del hueso temporal. Se extiende desde la membrana timpanica hasta las membranas que cubren las ventanas oval y redonda (limite con oido interno). En la superficie del timpano se presentan dos porciones: pars flaccida y pars tensa. En el interior del oido medio se halla una cadena de tres huesecillos: martillo, yunque y estribo. Las ondas sonoras golpean sobre la membrana timpanica causando su vibración la cual se transmite a traves de los huesecillos al oido interno. Ademas, el oido medio esta comunicado con la nasofaringe por el tubo auditivo (Trompa de Eustaquio), que se mantiene cerrado y sólo se abre en el momento de la deglución y el bostezo. Su función es mantener el equilibrio de presiones a cada lado de la membrana timpanica. En esta misma zona discurren los nervios trigemino (V par craneano) y facial (VII par craneano). La porción ventral del oido medio es una estructura ósea ocupada por aire. En el equino, la trompa de Eustaquio se dilata y forma la bolsa gutural.
OIDO INTERNO
El oido interno se divide en dos porciones segun las funciones que
desempeña: la porción coclear es la encargada de recibir las
ondas auditivas donde se origina el nervio coclear y la porción
vestibular esta relacionada con el equilibrio y da origen al nervio
vestibular explorable neurológicamente; ambos nervios
constituyen el IIX par craneano o vestibulococlear. Ambas
porciones se halan dentro del hueso petroso temporal. La
vibración del sonido se transmite al oido interno y en la cóclea
transforma las ondas sonoras en estimulos nerviosos (audición)
que se transmiten por el nervio coclear al lóbulo temporal del
cerebro.
MECANISMO DE LA AUDICIÓN
1. Recepción
La onda sonora incide sobre el pabellón auditivo, el
cual los transmite.
Orientación auditiva.
Su función en la orientación depende de tres factores:
la intensidad del sonido, la fase de las ondas y el
tiempo que tarda la onda en llegar al cerebro.
El fenómeno de la audición normal en los seres
humanos da lugar a un efecto de difracción de las
ondas sonoras.
Si las ondas sonoras son de gran
frecuencia, o la longitud de onda
pequeña frente a las dimensiones de la
cabeza aparece una diferencia de
intensidad entre los sonidos percibidos
por cada oído
Sí éstos son de baja frecuencia lo que
se observa es una diferencia de fase,
es decir, cierta diferencia de tiempo
entre los oídos.
BIOFISICA DEL SONIDO
MECANISMO DE LA AUDICIÓN
2. Transmisión
La transmisión del oído se efectúa en primer lugar a través de la cadena de huesecillos
La onda sonora pasa de un medio aéreo a otro líquido, por lo que es necesario un sistema adaptador, constituido por la cadena ósea.
Nos permite evaluar las pérdidas que sufre la onda sonora al pasar de un medio a otro.
La cadena ósea tiene una función protectora,
dado que los músculos del martillo y del
estribo reducen la amplitud de las
oscilaciones y protegen al oído interno frente
a los sonidos intensos de baja frecuencia.
La presión en el tímpano se transmite a la
superficie del tímpano y la del estribo a la
ventana oval, lo que originan las vibraciones
en los líquidos del oído interno, que a su vez
estimula las células sensoriales.
3. Percepción
Es el resultado de los procesos psicológicos que tienen lugar en el sistema auditivo central y permiten interpretar los sonidos recibidos.
La cóclea cumple una función importante en el sentido del oído: transforma los sonidos en mensajes nerviosos y los envía al cerebro. Allí, los pequeños pelos que recubren la cóclea se mueven y agitan. De esta manera, le avisan al cerebro que oyes un sonido.
Intensidad acústica subjetiva
El oído posee un rango de frecuencia de 20 Hz a 20 Khz
O la intensidad de la onda sonora se define como la energía transportada por segundo en la unidad de área
O la unidad de intensidad del sonido vatio/cm2.
Umbral de la audición
El umbral de la audición U se define como el sonido más débil que puede ser oído por un sujeto
unidad es el Bel y se le define como el logaritmo del cociente entre la intensidad de un sonido dado I y el umbral de la audición:
Bel= 1g x I/U
Resonancia
Cuando una onda incide en un medio con una frecuencia igual a la frecuencia natural del medio, se produce un refuerzo de la vibración que se llama resonancia
Consiste en la magnificación de la amplitud.
Audiometría
Agudeza auditiva: es la capacidad del oído de detectar sonidos de pequeña intensidad.
Se utiliza un instrumento capaz de emitir tonos puros entre las frecuencias de 100 a 12000 ciclos/seg o hertz denominado audiómetro.
Este aparato consta de un oscilador productor de ondas sinusoidales puras, conectado a un atenuador. estas ondas pasan a el sujeto por medio de unos audífonos.
Audiometría Para la via ósea se pone en contacto con la apófisis
mastoides un vibrador conveniente.
Estos datos se grafican en coordenadas cartesianas.
Existe una grafica normal del sujeto tipo y sobre estos parametros se puede determinar la normalidad de audiograma.
Ultrasonido Las frecuencias audibles comprende de 20
a 20000 Hz
Un individuo normal tiene dificultades para oír sonidos mas altos de 20000 Hz, y son denominados ultrasonidos.
Producción de ultrasonidos
Magnetostricción:
Cuando se hace actuar un campo magnético intenso sobre una varilla de hierro dulce produce una contracción y dilatación periódica
Esta vibración de la varilla puede generar ultrasonidos de elevada frecuencia.
Producción de ultrasonidos
Piezoelectricidad:
Fue descubierta por los esposos Curie en 1880 y consiste básicamente en la producción de potenciales eléctricos por la compresión brusca de cristales tales como el cuarzo y el tartrato doble de sodio y potasio.