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1. IntroducciónEn este apartado vamos a ver un ejemplo practico del fenómeno de la reflexión del sonido utilizando distintas paredes reflectantes. El experimento va a constar de dos partes.
2. ¿Que necesitamos?Materiales : Cartulina, transportador de 180°, tubos de PVC u otro material de unos 25 cm de largo y unos 5 de diámetro. Trozo de madera u otro material para que haga de pared. Herramientas : Pegamento. 2.1 Nuestro montaje:
Primero hemos cogido la cartulina y hemos dibujado una raya horizontal en el centro que nos indicara la normal a la superficie de reflexión. A continuación con un medidor de ángulos, hemos marcado en una de las mitades el ángulo de 45º y en la otra mitad los ángulos de 30º, 45º y 60º con respecto a la normal. Hemos pegado uno de los tubos en la primera mitad sobre la marca de 45º y a una distancia de la superficie de reflexión de 6,4 cm (que canalizara el tono que emitiremos) y el otro tubo, le hemos dejado variar libremente entre el resto de marcas( 0º, 30º, 45º, 60º y 90º ) intentando respetar los 6,4 cm de distancia a la superficie durante el primer montaje mientras que le hemos pegado en la marca de 45º durante el segundo montaje.
La temperatura y la humedad del ambiente del día que fueron realizadas las pruebas fueron de 23º grados centígrados y 36% de humedad. Para las paredes reflectantes, hemos utilizado en el primer montaje una superficie lisa de cartón y para el segundo, hemos utilizado cristal, madera, chapa, cartón y algodón (todos ellos con una superficie lisa) además de realizar una prueba para ver la diferencia entre una superficie lisa y una rugosa. Como superficie rugosa, hemos utilizado una pared con gotelé y como superficie lisa, una pared plana. Para emitir y capturar el sonido hemos utilizado un micrófono y un altavoz conectados a un ordenador. En cuanto a software hemos usado el programa Adobe Audition 1.0 tanto para generar el tono ( hemos tomado un tono de 1KHz )como para visualizar la amplitud con respecto al tiempo y la grabadora de sonidos incluida en Windows XP para recoger las muestras sonoras. Durante todos los experimentos, hemos supuesto despreciable tanto la reverberación producida en los tubos al intentar canalizar el sonido como el sonido registrado por el micrófono que no proviniera del propio tubo 3. Ley de reflexiónPara construir el montaje que necesitamos, seguimos las siguientes instrucciones:
Al finalizar el montaje debería quedar algo como esto:
3.1 Resultados obtenidos con el primer montaje:Como ya hemos dicho al comienzo de este apartado, no hemos tenido en cuenta las propias reflexiones dentro del tubo, que posteriormente veremos reflejadas en las señales obtenidas, ni el sonido capturado por el micrófono procedente del otro extremo del tubo. Para paliar este último lo que hicimos fue tapar con la propia mano el extremo y así amortiguar bastante este factor aunque de haberlo anulado del todo los resultados serian más claros. El proceso que seguimos fue el siguiente:
Nota: Tanto los sonidos obtenidos como las imágenes correspondientes a cada uno pueden verse en la tabla de abajo, así que para una mejor comprensión id echando un vistazo mientras seguís leyendo. Si reproducimos todos los sonidos obtenidos, podemos apreciar con claridad que tanto los sonidos recogidos a 0º como los recogidos a 90º se oyen muy bajo mientras que los de 30º y 60º se oyen un poco más y el de 45º se parece mas al original. ¿A que es debido? Bien, esto es debido a que toda onda, del tipo que sea, que incide con un cierto ángulo sobre una superficie plana, o un cambio de medio, sale reflejada en sentido contrario y mismo ángulo simétrico con respecto a la normal a la superficie. (ley de la reflexión). Sin embargo, esto quiere decir que en el caso del ángulo de 45º grados, oiríamos la señal casi completa (sin la parte que se absorbe por el material) y en el resto de los ángulos no oiríamos nada. ¿Por qué sucede? Una de las características de las ondas sonoras es que son esféricas y se propagan en todas las direcciones hasta que se atenúan, bordeando obstáculos. Es decir, que aunque la mayor parte de la potencia de la señal de sonido se este emitiendo en 45º, también se esta emitiendo en el resto de direcciones pero con menos intensidad, por eso a medida que nos acercamos a 45º el sonido se escucha cada vez mas alto, y en los extremos mas bajo. Si ahora echamos un vistazo a las imágenes podemos observar estos cambios de intensidad en la amplitud de la onda, la ondas de 0º y 90º tienen poca amplitud, las de 30º y 60º un poco mas y la de 45º tiene la mayor amplitud. Sin embargo también observamos fluctuaciones en la amplitud, en cada muestra no hay una amplitud constante. ¿Por qué no tenemos amplitud constante? Eso es debido a lo que dijimos al principio, las reflexiones del tubo, no las hemos tenido en cuenta porque no las podemos suprimir, pero para este experimento son despreciables. Sin embargo se hace patente su existencia en estas fluctuaciones. Al igual que en la superficie, la onda sonora también se refleja en el interior del tubo creando ondas de la misma frecuencia* en múltiples direcciones. Como sabemos las ondas de igual frecuencia pueden interferir entre si sumándose (aumentando la amplitud) o anulándose (haciéndola cero), entonces pues dependiendo de cuando lleguen esas interferencias y de si son creativas o no, tenemos unos cambios de amplitud en la señal. Evidentemente la señal nunca se hace cero porque no todas las ondas que le llegan se anulan a la vez. Además si mantenemos quieto el tubo, estas amplitudes tendrán una cierta periodicidad. *Hemos de recordar que cuando se refleja una onda, su frecuencia no varia, por lo tanto la frecuencia en todas las imágenes es la misma, además de no ser así, no se producirían las fluctuaciones en amplitud debidas al tubo.
*Para ver las imágenes obtenidas, pinchar sobre los vínculos de la columna "muestra". Para descargar las muestras obtenidas, pinchar en la palabra "descargar" de la columna "Archivo descargable". 4. Capacidad reflectora de los materialesPara realizar este experimento podemos realizar el montaje de antes pero esta vez además necesitaremos trozos de metal, vidrio azulejos, cartones, maderas, etc
Observación : ya que el tono generado va a ser el mismo en todos los casos, claramente se distinguen materiales que reflejan muy bien el sonido, como el azulejo, los metales, etc, y otros que lo absorben, como el género, algodón, etc.
4.1 Resultados obtenidos en el segundo montajePara esta experiencia hemos seguimos en las mismas condiciones que en la anterior. El proceso que seguimos fue el siguiente:
Nota: Tanto los sonidos obtenidos como las imágenes correspondientes a cada uno pueden verse en la tabla de abajo, así que para una mejor comprensión id echando un vistazo mientras seguís leyendo. Si observamos con detenimiento las imágenes podemos observar el efecto que produce la absorción de los materiales. Con los materiales con mayor coeficiente de absorción (y por lo tanto, menor coeficiente de reflexión) reflejaran unas ondas muy tenues, unas muestras con poca amplitud, mientras que los materiales con menor coeficientes de absorción reflejaran una mayor energía de la onda original, todos los materiales absorben algo aunque sea poco. En nuestro caso, el cristal y la chapa, muestran una onda casi igual, bastante potente, esto es debido a que son materiales con coeficientes de reflexión altos, apenas absorben. Luego le seguiría el cartón, en el que se ve una onda más tenue, luego la madera, que es algo más absorbente, pero muy poco, casi no se nota, y por ultimo en el que se ve clarísimo, el cojín (estaríamos hablando del algodón). El algodón es un material muy absorbente, se puede hacer muy fácilmente la prueba de coger un cojín, ponértelo en la boca e intentar gritar, veras como en comparación con el grito que pegarías sin cojín, apenas oyes nada. De todas formas, en ninguno de los materiales ya sean mas o menos absorbentes hemos obtenido el 50% de la señal original. Esto es debido a las numerosas pérdidas por atenuación (ya que estamos hablando de una onda de 1KHz, que ya empieza a ser una frecuencia alta y se atenua mas que las bajas), en las reflexiones de los tubos y el propio sistema de recepción. Así que teóricamente, en orden de mayor a menor absorción, tendríamos el algodón, la madera, el cartón, y la chapa junto con el cristal por igual. A partir de las imágenes y fijándonos en las amplitudes hemos podido elaborar la siguiente tabla con la que nos podemos hacer una idea de la capacidad de reflexión en tanto por ciento (%)
Aparecen las mismas fluctuaciones en amplitud que en la experiencia anterior, que como ya explicamos son debidas a las reflexiones dentro de los tubos. Y evidentemente en cuanto a frecuencia, sigue siendo la de 1KHz puesto que no varía al reflejarse. Por ultimo, queríamos comprobar que pasaría si en vez de una superficie lisa, tuviéramos una superficie rugosa, así que probamos sobre una pared lisa, y una pared con gotelé, como era de esperar al no ser la superficie lisa, las ondas de mayor intensidad, las que coinciden con el ángulo incidente, salen reflejadas en todas direcciones, por lo tanto no se concentran en el tubo desde el que recogemos la señal, y por eso recogemos una onda mas tenue, porque no estamos captando todas las ondas que captaríamos si fuese una superficie lisa.
*Para ver las imágenes obtenidas, pinchar sobre los vínculos de la columna "muestra". Para descargar las muestras obtenidas, pinchar en la palabra "descargar" de la columna "Archivo descargable". |
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En nuestro caso para realizar el montaje hemos utilizado una cartulina tamaño Din A3 dos tubos de PVC de 21,6 cm de largo y 2,6 cm de diámetro.
