Acústica: Definición, tipos e importancia

¿Qué es la acústica?

El significado más común de acústica es las cualidades de un área o un material que refleja o absorbe ondas sonoras. La acústica se considera y manipula en muchas industrias para promover los efectos positivos del sonido y disminuir los efectos negativos del sonido. Acústica también describe instrumentos musicales que producen sonidos que no se modifican electrónicamente.

Un significado más general de acústica es el estudio de ondas mecánicas a través de sólidos, líquidos y gases. Esta rama de la física a menudo se ocupa de las ondas sonoras, pero también incluye ondas que son más bajas y más altas que el sonido audible (longitudes de onda de 20 a 20 000 Hz). El estudio de las ondas acústicas en física es fundamental para su aplicación en campos tan variados como el sonar submarino, la tecnología de ultrasonido, la arquitectura, la producción musical, la geología, las comunicaciones y las ciencias atmosféricas.

Comprensión de la acústica: definición y etimología

La acústica se ocupa de:

• Generación de ondas sónicas.
• Propagación de ondas sónicas.
• Transducción de ondas sónicas (el proceso de convertir un tipo de energía en otra forma)
• Efectos de las ondas sónicas.

Cómo los procesos producen estas ondas mecánicas, cómo los materiales y los medios transmiten estas ondas, cómo otras formas de energía se transducen en ondas sonoras y cómo estas ondas sónicas causan efectos, todo ello está dentro de la definición de acústica.

Los filósofos griegos antiguos utilizaron por primera vez el término akoustikos, que significa “perteneciente al oído”. Esto proviene del verbo akouein, que significa “escuchar”, y también está relacionado con la raíz verbal kous-, que significa “escuchar”. En griego, el prefijo a- expresa unión o juntos, lo cual es significativo en el concepto de sonido armónico.

Historia de la acústica

Al filósofo griego Pitágoras en el siglo VI a. C. se le atribuye generalmente el mérito de ser uno de los primeros en desarrollar la ciencia de la acústica. Se dio cuenta de la relación entre la longitud de dos cuerdas o tubos y la relación armónica entre las notas producidas por las proporciones cuantificables de tamaño de las dos. En su “Tratado sobre el sonido y la audición” del siglo IV a. C., Aristóteles proclamó que los cambios de presión en el aire son los que causan la propagación del sonido.

Vitruvio fue un ingeniero arquitectónico romano del siglo I a. C. que escribió un tratado sobre arquitectura. Usó sus conocimientos de acústica arquitectónica para perfeccionar y aplicar principios acústicos en teatros y otros edificios públicos romanos. Boecio, filósofo romano del siglo VI d.C., también escribió sobre el sonido en “La mecánica del sonido y el tono”. Describió el sonido como una percusión del aire y que el movimiento de una cuerda provoca que viaje un pulso que empuja el aire.

Durante el Siglo de las Luces, Galileo Galilei, un erudito italiano (1564-1642), conectó el sonido con vibraciones que producían ondas. Determinó experimentalmente las relaciones entre el tono del sonido y la frecuencia de las ondas mecánicas que se generaron inicialmente. El científico irlandés Robert Boyle también ayudó a determinar que el sonido es una onda. Concluyó correctamente que se necesitaba algún medio para transmitir ondas sonoras, a pesar de que su campana en un experimento de vacío solía llegar a esta conclusión era defectuosa y sus conclusiones incorrectas para el experimento.

Una vez que se supo que el sonido viajaba en ondas, Isaac Newton de Inglaterra (1643-1727), junto con otros científicos, comenzó a calcular la velocidad del sonido. Newton también desarrolló los principios generales del cálculo, al igual que Gottfried Wilhelm Leibniz de Alemania, otro erudito (1646-1716), de forma independiente. El uso del cálculo permitió a matemáticos y físicos calcular las propiedades de las ondas, lo que aceleró el estudio y la aplicación de la acústica. Jean Le Rond d’Alembert, matemático y científico francés, desarrolló la ecuación del cálculo general de ondas en la década de 1740.

Se dice que el desarrollo del campo de la acústica moderna comienza con la publicación de “La teoría del sonido” en 1877 por John William Strutt, tercer barón Rayleigh. Aún hoy ampliamente citado, el científico inglés observó cómo las ondas sónicas se mueven a través de diferentes medios y descubrió las ecuaciones correspondientes. Lord Rayleigh se inspiró en la lectura de otro tratado clásico sobre acústica, “Sobre la sensación del tono como base fisiológica para la teoría de la música”, publicado en 1863 por Hermann von Helmholtz. En un momento dado, von Helmholtz desarrolló un método que podía analizar varios tonos en un sonido particular o crear combinaciones de tonos para recrear un sonido vocal o un sonido de la naturaleza. Sus descubrimientos tuvieron mucho que ver con el reconocimiento de la mecánica de la audición humana. “Sobre la sensación del tono” también inspiró a Georg von Békésy, un físico húngaro-estadounidense. Estudió el oído y la audición y finalmente escribió un libro en 1960, “Experimentos en audición”, que todavía se utiliza en la actualidad.

Se abrió un nuevo campo que utiliza la acústica cuando un científico estadounidense, John LeConte, observó que existían ondas de ultrasonido o de alta frecuencia. En la década de 1850, desarrolló un método utilizando una llama de gas para observar estas ondas que existen en una frecuencia demasiado alta para escucharlas.

Las aplicaciones de las diversas áreas de la acústica se dispararon a finales del siglo XIX y principios del XX, particularmente con el desarrollo de métodos electrónicos para generar, propagar y transducir ondas. Las muchas aplicaciones incluyen:

• La invención del teléfono en 1875 por Alexander Graham Bell.
• Trabajo de Wallace Clement Sabine (1868-1919) para desarrollar y cuantificar la acústica arquitectónica.
• Uso de sonar submarino implementado por el ejército y la exploración petrolera del fondo marino.
• La utilización del ultrasonido en el campo médico y otras aplicaciones.
• Capacidades de grabación de sonido desde el gramófono hasta el disco compacto.
• Detección de terremotos y avalanchas mediante infrasonidos, ondas sonoras que tienen una frecuencia inferior a 20 Hz y son demasiado bajas para escucharse.

Tipos de acústica

Robert Bruce Lindsay publicó un artículo en 1964 detallando las ramas de estudio relacionadas con la acústica. En ese artículo, creó lo que ahora se conoce como la Rueda de la Acústica de Lindsay. Definió los cuatro campos principales de estudio en los que se utiliza la acústica: Ciencias de la Tierra, Ingeniería, Ciencias de la Vida y Artes. Luego detalló áreas de estudio específicas que utilizan la acústica, así como campos de tecnología o industria a los que conduce el estudio de la acústica.

De manera similar, la Acoustical Society of America se centra en 13 áreas principales de la acústica dentro de estos cuatro campos generales:

• Oceanografía acústica
• Bioacústica Animal
• Acústica Arquitectónica
• Ultrasonido Biomédico/Biorespuesta a la Vibración
• Ingeniería Acústica
• Acústica musical
• Ruido
• Acústica Física
• Acústica Psicológica y Fisiológica
• Procesamiento de señales en acústica
• comunicación de voz
• Acústica Estructural y Vibración
• Acústica submarina

Resumen de la lección

La acústica es el estudio de las ondas sonoras, o también puede definirse como las cualidades particulares del sonido de un objeto o de un espacio. Muchas industrias se preocupan por cómo aumentar las cualidades positivas del sonido y, al mismo tiempo, disminuir los efectos negativos del sonido. Otra definición de acústico describe instrumentos musicales cuyo sonido no se modifica electrónicamente. Desde una perspectiva más general, la acústica es el estudio de la generación, propagación y transducción, o conversión de energía, de ondas mecánicas así como sus efectos. Las ondas mecánicas ocurren en todos los estados de la materia, tanto sólidos, líquidos como gaseosos, y se han realizado muchas observaciones para cuantificar cómo se comportan las ondas sonoras en diversos materiales, entornos y diseños o configuraciones, sin mencionar a diversas temperaturas y presiones atmosféricas.

Desde filósofos griegos como Pitágoras hasta el presente, el campo de la acústica se ha desarrollado desde la observación de que el sonido se mueve en forma de onda hasta las numerosas aplicaciones que se utilizan en la actualidad. Desde las observaciones griegas y romanas de las propiedades del sonido audible hasta las áreas más recientemente desarrolladas de investigación y tecnología de ultrasonido e infrasonido, ha habido 13 áreas principales en las que se utilizan los principios y aplicaciones de la acústica, como se detalla por separado en la Rueda de Lindsay. Acústica y Sociedad Estadounidense de Acústica: oceanografía acústica, bioacústica animal, acústica arquitectónica, ultrasonido biomédico o biorespuestas a vibraciones, ingeniería acústica, acústica musical, ruido, acústica física, acústica psicológica y fisiológica, procesamiento de señales en acústica, comunicación del habla, acústica estructural. y vibración, y acústica submarina. En campos tan variados como la arquitectura, la medicina, la guerra, la producción de energía y las comunicaciones, esta área de la física afecta y contribuye a gran parte del mundo moderno que nos rodea.