Intuición para las ondas sonoras

¡Tu libro de texto no parece muy comprensible! Esto podría ayudar:

En primer lugar, las ondas sonoras en el aire consisten en pequeñas cantidades de movimiento de aire de un lado a otro acompañadas de una pequeña cantidad de presión de aire que sube y baja . Las características del aire (su masa por unidad de volumen y su elasticidad) hacen que un cambio de presión resulte en movimiento de aire, y que el movimiento de aire produzca un cambio de presión, de tal manera que hace que el movimiento/perturbación de presión se propague a través del aire como un onda de sonido con una cierta velocidad característica.

Cuando una onda de sonido en el aire golpea un detector, un oído o algún objeto sólido, la energía que transporta la onda se "apila" contra ese objeto y, al hacerlo, la onda misma se detiene y ejerce presión contra ese objeto. . En ese mismo instante, se podría decir que la onda sonora "no existe", pero no es cierto: su avance se ha convertido en un aumento de presión.

Ahora, un instante después, esa acumulación de presión empuja el aire cercano lejos del objeto y la onda se reforma, yendo ahora en la dirección opuesta: se ha reflejado .

Los detectores de sonido más comunes (incluido el oído) son transductores que convierten los cambios de presión del aire en cambios de voltaje. La cantidad de movimiento de aire real involucrado en la detección de los cambios de presión es extremadamente pequeña y algunos micrófonos (llamados micrófonos de zona de presión ) están diseñados deliberadamente para usar la acumulación de presión justo al lado de un objeto para detectar la onda entrante.

Hay muchas animaciones excelentes de propagación de ondas longitudinales en la web y creo que verlas también sería de ayuda. Si puede, busque un libro de texto diferente sobre acústica; uno con el nombre del autor Beranek sería particularmente bueno.

Consideremos primero un "detector de luz". Un fotodetector mide la intensidad de la luz, que es proporcional al cuadrado del campo eléctrico,$I \propto |E|^2$. Por tanto, si el campo eléctrico es máximo, obtenemos una señal "grande" y si es mínimo, obtenemos una señal "pequeña".

Ahora, consideremos un detector de sonido. Si estamos parados en una "montaña alta", nuestros oídos están sujetos a una presión de aire "baja". En cambio, si nos sumergimos bajo el agua, la presión sobre nuestros oídos es "superior" a 1 bar. Sin embargo, en ninguno de los dos casos escuchamos un sonido. Por lo tanto, concluimos que nuestros oídos no están detectando la presión en sí. En cambio, nuestros oídos detectan el cambio de presión.

Ciertamente no soy un experto en el principio de funcionamiento de nuestros oídos, sin embargo, así es como me imagino que funciona:

• La frecuencia de la variación de presión (= cambio de presión con el tiempo) es responsable del tono que estamos escuchando. Si la frecuencia es "rápida", el tono es alto. Si la frecuencia es "lenta" el tono es profundo. Calculo que el tímpano comienza a vibrar en un cierto patrón, que depende de la frecuencia del tono.
• Por el contrario, la amplitud de la vibración del tímpano es responsable del volumen del tono. Por lo tanto, si la presión está dada por $$P(t) = P_0 + P_1 \sin(\omega t)$$ el desplazamiento constante$P_0$es irrelevante para la "sonoridad". Todo lo que importa es la amplitud.$P_1$del término variable en el tiempo.

No comento tu último párrafo, porque considero que es simplemente el resultado del malentendido conceptual mencionado anteriormente.