Física del Sonido y Onda Sonora

Biofísica de los Sentidos: Audición

• La audición implica la transducción de variaciones en la presión de la endolinfa.
• Las células transductoras se localizan en la rampa coclear del oído interno.
• Las variaciones periódicas de presión en la endolinfa provienen de ondas mecánicas que golpean el tímpano y se transmiten a través de los huesecillos del oído medio.

Acústica

• La acústica estudia la generación de ondas mecánicas y su transmisión por diferentes medios, así como sus efectos sobre distintos materiales.

Sonido

• El sonido es una onda mecánica que se propaga a través de un medio elástico y que excita las estructuras auditivas.
• Para ser percibido por el oído humano, las ondas mecánicas transmitidas en el aire deben tener frecuencias entre 20 y 20.000 ciclos por segundo.

Frecuencias: Infrasonidos, Sonidos audibles y Ultrasonidos

• Los infrasonidos tienen frecuencias inferiores a 20 Hz.
• Los sonidos audibles tienen frecuencias entre 20 Hz y 20.000 Hz (20 kHz).
• Los ultrasonidos tienen frecuencias superiores a 20.000 Hz (20 kHz).

Velocidad del Sonido

• La velocidad del sonido en el aire a 0°C y 1 atmósfera de presión es de 331,5 m/s.
• La velocidad del sonido es mayor en medios sólidos que en el aire.

Período de una Onda Sonora (T)

• El período (T) es el tiempo que tarda una onda en completar un ciclo completo de vibración.
• La fórmula que relaciona el período con la frecuencia es T = 1/f, donde f es la frecuencia en hercios (Hz).

Ciclo de vibración de una Onda Sonora

• Un ciclo de vibración de una onda sonora describe el movimiento completo de las partículas de un medio elástico (como el aire) desde una posición de equilibrio hasta una máxima compresión, luego a una máxima rarefacción y, finalmente, de vuelta a la posición de equilibrio.
• Este ciclo se describe en términos de una onda sinusoidal.

Frecuencia de una Onda Sonora

• La frecuencia (f) representa el número de oscilaciones por unidad de tiempo. Se mide en hercios (Hz).
• A una frecuencia alta corresponde un tono agudo, mientras que a una frecuencia baja corresponde un tono grave.
• La frecuencia y el período se relacionan mediante la fórmula: f = 1/T.

Longitud de Onda

• La longitud de onda (λ) es la distancia entre dos puntos equivalentes en ciclos consecutivos de una onda (como de cresta a cresta o de valle a valle).
• Se mide en metros (m).
• A mayor frecuencia, menor es la longitud de onda y viceversa.
• La fórmula que relaciona la longitud de onda, la velocidad del sonido (v) y la frecuencia (f) es: λ = v/f

Intensidad del Sonido

• La intensidad del sonido (I) se asocia con la amplitud de la onda sonora y se relaciona con la cantidad de energía que transporta una onda sonora.
• La intensidad es proporcional al cuadrado de la amplitud, al cuadrado de la frecuencia y a la densidad del medio y disminuye en proporción al cuadrado de la distancia a la fuente de emisión.
• Se define como la cantidad de energía por unidad de tiempo que atraviesa una unidad de área. Se mide en W/m2.

Medición de la Intensidad del Sonido

• La escala utilizada para medir la intensidad del sonido es una escala logarítmica, que permite comparar grandes rangos de valores.
• Se utiliza el decibel (dB) como unidad de medida, el bel (B) es la unidad básica para medir la intensidad de sonido; un bel representa una diferencia de 10 veces en potencia de dos sonidos.

Altura del sonido

• La altura de un sonido, también llamada tono, corresponde a la frecuencia de la vibración. Se mide en hercios (Hz).
• A mayor frecuencia, más agudo es el sonido; a menor frecuencia, más grave es el sonido.

Efecto Doppler

• El efecto Doppler describe cómo cambia la frecuencia percibida (o el tono) de una onda (como una onda sonora) cuando hay movimiento relativo entre la fuente de la onda y el observador.

Timbre

• El timbre es una propiedad del sonido que permite diferenciar dos sonidos de igual altura e intensidad producidos por fuentes distintas o con la misma música interpretada por instrumentos diferentes; esto se debe a la presencia y proporción de armónicos.

Resonancia

• La resonancia es un fenómeno que ocurre cuando la frecuencia de un sonido es similar a la frecuencia de vibración fundamental de un cuerpo sólido, lo que genera una mayor transferencia de energía y vibración en el cuerpo.

Ultrasonidos

• Los ultrasonidos son ondas mecánicas con frecuencias superiores a 20.000 Hz (20 kHz), que no pueden ser percibidas por el oído humano.
• En medicina, se utilizan para obtener imágenes internas del cuerpo, llamadas ecografías.
• Los ultrasonidos se utilizan en ecografías para obtener imágenes del interior del cuerpo.

Mecanismo de Generación US (Ecografía)

• Un transductor emite pulsos ultrasónicos que viajan a través del cuerpo.
• Las ondas reflejadas (ecos) por estructuras internas son detectadas por el transductor.
• La computadora procesa la información y genera imágenes del interior del cuerpo en tiempo real.

Imágenes Ecográficas

• Las imágenes ecográficas muestran las estructuras internas del cuerpo o objeto en estudio.
• Las imágenes se interpretan por la forma en que cada estructura refleja las ondas ultrasónicas. Cada tipo de tejido presenta un tono distinto, lo que permite discernir su composición.
• El tono de las zonas reflejantes permite distinguir el tipo de tejido (ej: líquido (anecoico), tejido (isoecoico), hueso (hiperecoico)).

Modos Ecográficos

• Modo A (Amplitud): Muestra la intensidad de los ecos.
• Modo B (Brillo): Imagen bidimensional en tiempo real, con diferentes niveles de brillo.
• Modo M (Movimiento): Permite analizar el movimiento de tejidos y estructuras en una sola línea (ej. movimiento cardiaco).
• Doppler: Mide la velocidad y dirección del flujo sanguíneo a través de los vasos.

Audiometría:

• Consiste en determinar los umbrales de sensibilidad auditiva de un individuo para diferentes frecuencias del espectro audible a través de distintas técnicas (ejemplo: prueba de Weber y prueba de Rinne).
• Los resultados se expresan en decibeles (dB) para cada frecuencia.

Conducción del Sonido

• El sonido se conduce a través del conducto auditivo externo, la membrana timpánica, los huesecillos y la cóclea.
• Una cadena compuesta de martillo, yunque y estribo interconecta la membrana timpánica con la ventana oval. La resonancia acústica juega un papel fundamental en la transmisión de las ondas mecánicas.

Oído Externo

• El pabellón auricular (o pinna) y el conducto auditivo externo (CAE) reciben las ondas sonoras y las encaminan hacia el tímpano.
• La membrana timpánica vibra en respuesta a las ondas sonoras.

Oído Medio

• El oído medio está formado por el tímpano, los huesecillos (martillo, yunque y estribo) y la trompa de Eustaquio.
• Transforma las ondas mecánicas en vibraciones mecánicas y las transmite a la cóclea.
• Los huesecillos amplifican las vibraciones del tímpano al enviarlas a la ventana oval.
• Las vibraciones son amplificadas más de 20 veces.

Oído Interno

• La cóclea, formada por tres rampas.
• La rampa vestibular y timpánica contienen perilinfa, mientras que en la rampa media se encuentra la endolinfa.
• El órgano de Corti, ubicado en la rampa media, contiene células ciliadas y despolariza las células que envían la señal al nervio auditivo.
• En la cóclea, la distribución tonotópica de las vibraciones se puede observar en la membrana basilar; las frecuencias altas generan vibraciones proximales y las frecuencias bajas distales.

Hipoacusia y Sordera

• La hipoacusia es la pérdida parcial de la audición.
• La sordera es la pérdida total de la audición.
• Pueden ser congénitas o adquiridas.
• Según la extensión pueden ser unilaterales o bilaterales.

Sordera de Conducción y de Percepción

• La sordera de conducción afecta las vías de conducción del sonido (OE u OM).
• La sordera de percepción afecta el oído interno o las vías nerviosas de transmisión.

Pruebas de Rinne y Weber

• Las pruebas de Rinne y Weber evalúan la conducción aérea y ósea del sonido para diagnosticar la naturaleza de la pérdida auditiva.

Este cuestionario evalúa tus conocimientos sobre la frecuencia, longitud de onda, intensidad y otros conceptos fundamentales relacionados con el sonido. Se explorarán temas como la presión acústica y el efecto Doppler. Responde las preguntas para poner a prueba tu comprensión de la física del sonido.