El Sonido y la
Contaminación Acústica.
Trabajo realizado por alumnos del Taller de Ciencia y tecnología. 5to. grado de la escuela "J. E. Pestalozzi"
(N°76),
Mendoza 3994, 2000, Rosario, Provincia de Santa Fe, República Argentina
para la Feria Regional de Ciencia y Tecnología,
Setiembre de 1997.
Sebastián Ríos .
Andrés Aceguinolaza.
Alejandro Bruschi.
María Alejandra Baró.
Victoria Ponce.
Nancy Sachetti
Resumen
La realización de la investigación sobre el ruido y la contaminación acústica se desarrollaron
mediante los siguientes pasos:
- Observación intuitiva sobre los sonidos y ruidos en la escuela.
- Observación intuitiva de los ruidos en el las calles de la ciudad.
- Explicación general sobre el sonido: trabajo realizado mediante una charla con
profesionales y equipos especiales medidores de intensidad de sonidos y sus componentes
espectrales.
- Explicación general sobre el ruido: trabajo realizado mediante una charla con profesionales
y equipos especiales medidores de intensidad de ruido y sus componentes espectrales.
-Utilización del Decibelímetro, Osciloscopio y Analizador de Espectro.
- Introducción simple y amena al mundo de las ondas sonoras.
- Mediciones de ruido en distintos horarios y zonas de la ciudad de Rosario en Argentina.
-Desarrollo de gráficas de intensidad y evolución del ruido en función a las mediciones
obtenidas en las distintas zonas de la ciudad.
- Búsqueda de material científico y de investigaciones oficiales sobre mediciones de ruido en
la ciudad.
- Trabajos prácticos de Observación, medición, comparación y generación de sonidos puros
y ruidos con la computadora, aprovechando su característica multimedia.
Introducción:
En la sala del laboratorio de la escuela Pestalozzi, realizamos experimentos prácticos de
física, química, electrónica, etc. Cuando toca el timbre para el recreo, salimos y notamos que
al ingresar al pasillo contíguo al laboratorio, comienza a sentirse un bullicio, que poco a
poco se transforma en un ruido, que es insoportable para los profes, pero muy divertido para
nosotros, los alumnos de 5to., 6to. y 7mo. grado.
En reiteradas ocasiones hemos oído a los profes murmurar en voz alta (tratando de
escucharse sobre ese tremendo ruido) ¡No sé como pueden soportarlo!.
Parece ser que el extenso pasillo de la escuela se transforma en una caja resonante y los
gritos mezclados de los chicos se transforman en un ruido de alto nivel.
Un día el profe trajo un medidor de ruido al que llamamos "Ruidómetro" (que en realidad se
llama Decibelímetro), y entonces desarrollamos esta idea de hacer una investigación seria
sobre el ruido ambiental: "La Contaminación Acústica".
Desarrollo:
1- El Sonido
a- Componentes físicas del sonido: ¿Cómo es el sonido?
El sonido está formado por ondas que se propagan a través de un medio que puede
ser sólido, líquido o gaseoso. Las partículas materiales que transmiten tales ondas oscilan
en la dirección de la propagación de las mismas ondas.
Si sujetamos una soga desde un extremo atada al otro y hacemos movimientos contínuos
hacia arriba y abajo lograremos hacer ondas.
Una forma de generar una onda también puede ser con botellas de plástico puestas una al
lado de otra y tumbar una. Veremos como se tumban unas tras otra generando una onda.
También se puede experimentar con las fichas de un dominó.
Las ondas a las que llamamos sonoras son las que pueden estimular al oído y al cerebro
humano dentro de ciertos límites que son aproximadamente de 20 ciclos por segundo a
cerca de 20.000 ciclos por segundo. Estos son los límites audibles, las ondas de sonido
inferiores al límite audible se llaman infrasónicas y las que superan el límite superior se
llaman ultrasónicas.
Los perros son sencibles a frecuencias de hasta 30.000 ciclos por segundos y los
murciélagos a frecuencias de hasta 100.000, es decir que estos animales escuchan sonidos
ultrasónicos.
b- Medio de propagación del sonido: ¿Cómo llega el sonido hasta nuestros oídos?
Cuando arrojamos una piedra al agua la misma genera una serie de ondulaciones en la
superficie que se dispersan y propagan hacia todas direcciones. Esto sucede porque las
partículas del agua oscilan y transmiten su movimiento a las partículas contiguas
sucesivamente en todo el volúmen de agua. Luego de cierta longitud desde el impacto las
ondulaciones se atenúan hasta desaparecer.
El sonido llega a nuestros oídos gracias a que las partículas que componen el aire vibran y
transmiten su oscilación.
c- El sonido en el espacio: ¿Hay sonido en el espacio?
Como el sonido necesita un medio transmisor compuesto de partículas que se empujan unas
tras otras podemos deducir que en el espacio interestelar no puede existir sonido ya que no
se compone de ningún elemento material que pueda propagar ondas. En el espacio hay
vacío y sólo se pueden propagar las ondas de luz y de radio. Los astronautas deben
comunicarse a través de radiotransmisores porque no podrían escucharse estando muy
cerca ni aún gritando fuertemente.
d- La velocidad del sonido. ¿Cuánto tarda mi voz para llegar a la otra esquina?
Según el medio donde se transmita el sonido será más lento o más rápido.
El sonido viaja en el aire a 331,3 metros por segundo y en el agua a 1.450 metros por
segundo. La transmisión del sonido es más rapida en el agua porque sus partículas están
mas juntas y propagan antes la vibración.
Si gritamos desde una esquina el sonido tardará hasta llegar a la otra:
X = 0,301 seg. (O sea, la tercera parte de 1 segundo).
Se necesitarán 3 cuadras de 100 metros para que nuestro grito tarde aproximadamente 1
segundo en llegar.
Si fuésemos ballenas sumergidas en agua, nuestro grito tardaría en cubrir 3 cuadras:
X= 0,207 seg. (Menos de la cuarta parte de 1 segundo).
En el agua el sonido es más rápido que en el aire!!!
e- Las ondas: frecuencia y longitud de onda. ¿Qué forma tiene el sonido?
Como dijimos antes el sonido es una onda que viaja a través de un medio que puede ser el
aire, pero existen muchos tipòs de ondas, entre ellas las que producen sonidos agudos y
sonidos graves. Los primeros se componen de ondas que están muy juntas entre sí, y las
segundas por ondas más separadas.
En un sonido agudo existen más ondas en una fracción de tiempo que en un sonido grave.
Al número de ondas que caben en un tiempo determinado se lo llama frecuencia, y se lo
mide en Hertz, la unidad de frecuencia. Un Hertz es una onda de una sola ondulación que
se produce durante un segundo.
La medida del espacio que existe entre una onda y la siguiente se llama longitud de onda,
entonces cuanto más alta es la frecuencia menor es la longitud entre las ondas en un mismo
tiempo.
La altura que alcanza las ondas se llama amplitud y determina el volúmen o nivel sonoro.
Cuando escuchamos música a bajo volúmen la amplitud de las ondas sonoras no es
perjudicial para el oído, pero al escuchar música a muy alto volúmen los niveles de amplitud
son tan altos que pueden dañar el tímpano del oído.
f- El sonido puro. ¿Cómo es la onda del sonido de una flauta?
Un sonido puro es aquel que está compuesto por ondas que poseen una frecuencia y
longitud de onda iguales en el transcurso del tiempo, es decir, que es constante. Por
ejemplo, la flauta dulce, el silbato, una cuerda de guitarra, una nota en la escala musical, un
silbido, etc., pueden emitir ondas puras.
g- Generadores de sonido. Construyendo un instrumento musical.
Todo lo que es capaz de producir ondas que estimulan al oído es un generador de sonido.
La caja de cilindros de un auto donde se produce explosiones, las cuerdas vocales, el roce
entre materiales y cualquier efecto que produzca vibraciones audibles es un generador de
sonidos.
Si a una caja de zapatos le hacemos un agujero en el centro, le colocamos alrededor una
bandita de goma, la estiramos soltándola luego rápidamente lograremos dentro de la caja
hacer resonar el sonido de golpe producido por la bandita, generando una onda pura. La
resonancia es el fenómeno que producen las ondas dentro de un volúmen de detreminadas
dimensiones. Casi todos los instrumentos musicales poseen su caja de resonancia. Por
ejemplo la boca es una cavidad resonante; cuando acercamos una caracol al oído y
creemos escuchar el ruido del mar, en realidad es el ruido del ambiente resonando dentro
del caracol.
h- Generando sonidos con la computadora.
Los sonidos pueden generarse también electrónicamente a través de un parlante e impulsos
eléctricos que lo exiten. Por un parlante se pueden reproducir toda la gama de frecuencias
audibles y aún más. Con la ayuda de una computadora podemos generar impulsos
eléctricos cuyas ondas pueden ser tratadas, aumentando o disminuyendo su frecuencia,
amplitud, sumando ondas, anulando, etc.
Podríamos generar un programa capaz de emitir
todo tipo de sonidos y ruidos y automáticamente graficar sus ondas. También cabría la
posibilidad de registrar sonidos y analizarlos gráficamente, convirtiendo a la computadora en
un osciloscopio o analizador de espectro. La computadora multimedia nos permite en la
actualidad realizar todas estas posibilidades.
Ejemplo de un programa de computadora que permite editar, registrar, amplificar, invertir,
etc., sonido.
2- El Ruido.
a- El Ruido: ¿Ruido o Sonido?
El ruido es un sonido o conjunto de sonidos mezclados y desordenados. Si vemos las ondas
de un ruido observaremos que no poseen una longitud de onda, frecuencia, ni amplitud
constantes y que se distribuyen aleatoriamente unas sobre otras.
En un sonido musical las ondas de distintas frecuencias se superponen ordenadamente
siguiendo una estructura armónica en función del tiempo. Por estas causas un ruido es
desagradable para el oído y una pieza musical puede resulatar placentera.
La música es el arte de combinar los sonidos formando melodías y armonías, todo lo
contrario al ruido.
b- Ruidos de colores: Rosa, Blanco, Marrón.
Un sonido agudo como un Piiiiiiiii nos puede recordar a un color claro. Un sonido grave
como un Buuuuuu nos puede recordar a un color oscuro.
Existen tres tipos de ruidos básicos: el ruido blanco que se compone de todas las
frecuencias audibles a la misma amplitud y es parecido a un Shshshshsh también producido
por el televisor cuando se corta la recepción. El ruido rosa que se compone principalmente
por frecuencias graves y agudas, medias atenuadas, parecidas a un Fsfsfsfsfsfs
(pronunciando la "f" y la "s" al mismo tiempo). El ruido marrón compuesto principalmente por
ondas graves y medias, parecidas a un Jfjfjfjfjfjfjfjfjf (pronunciando la "j" y la "f" al mismo
tiempo).
c- Medidores de nivel sonoro.
Para tal caso se utilizan medidores llamados decibelímetros que generalmente constan de
un micrófono patrón, extremadamente calibrado y que responde a todas las frecuencias
audibles por igual y una pantalla gráfica analógica (con aguja móvil) o digital (luces o
displays de cristal líquido), y una llave selectora de sensibilidad.
También existen los analizadores de espectros, que pueden graficar las frecuencias que
componen un ruido determinado, pero estos equipos tan especializados sólo se utilizan para
mediciones críticas y desarrollos e investigaciones especializadas.
d- Contaminación acústica. El ruido de la ciudad.
La contaminación acústica es el conjunto de sonidos y ruidos que circulan a nivel aéreo por
las calles de una población. Como generalmente las ciudades poseen gran cantidad de
elementos generadores de ruido, como ser el tránsito e industrias, se produce en conjunto
un alto nivel sonoro que puede llegar a perjudicar la integridad física y psíquica del habitante
urbano.
El oído humano sólo puede soportar ciertos niveles máximos de ruido, sin embargo el nivel
que se acumula en las regiones centrales de la ciudad en reiteradas ocasiones supera ese
máximo. Algunos ruidos de la ciudad se encuentran por encima del "Umbral del dolor". (por
encima de los 120 dB.)
Estos ruidos pasan a formar parte de la contaminación acústica de una ciudad y deben ser
restringidos y controlados por las autoridades para mantener la salud de los ciudadanos que
circulan por las calles. De acuerdo a las mediciones obtenidas con los alumnos hemos
registrado niveles sonoros picos en el centro de la ciudad y se detallan en el item de
experiencias en la calle.
EXPERIENCIAS
1- Experimentos con sonidos y ruidos.
- Entendimos la diferencia entre oir y escuchar realizando prácticas al respecto.
- Escuchamos un sonido puro y luego un ruido.
- Intentamos describir la diferencia entre lo escuchado.
- Salimos a la vereda de la escuela y escuchamos el ruido de la ciudad.
2- Charla divulgativa con especialista.
- Charlamos con un especialista en el tema. Le hicimos muchas preguntas.
- Observamos el movimiento de un altavoz o parlante cuando se generaba una onda de
sonido muy grave. Observamos que el parlante se mueve hacia atrás y hacia adelante
rápidamente moviendo el aire y provocando un sonido muy bajo, sintiendo también
vibración, como el que se escucha de los barcos que están en el puerto de Rosario a más
de 30 cuadras de la escuela. El sonido era algo parecido a un Buuuuuuuuu....
-Observamos que el parlante dejaba de moverse al hacer el sonido más agudo. Esto era
porque el altavoz se movía tan rápido que no podíamos verlo y el sonido que salía del
mismo era algo así como un Piiiiiiiiiiiiii.....
- Entendimos que el sonido era una vibración que se producía a través de un medio: el aire.
- Comprendimos que sin aire no hay sonido, entonces en el espacio, donde no hay aire, no
existe el sonido.
3- Experiencias con instrumentos especiales: osciloscopio.
- Observamos los mismos sonidos generados en el parlante pero con un aparato llamado
Osciloscopio. Allí logramos "ver" las ondas, que eran parecidas a las que se forman cuando
tiramos una piedra al agua.
- Observamos como las ondas se acercaban más unas a otras, es decir se comprimían
cuando el sonido se hacia cada vez más agudo.
- Comprendimos que en un sonido grave las ondas se encuentran más separadas que en un
sonído agudo y viceversa.
- Comprobamos también que el parlante se movía sincronizadamente con la forma de las
ondas que mostraba el osciloscopio.
- Observamos un ruido por el osciloscopio y vimos que no se componía de ina onda sinó de
un montón de rayas parecidas a las ondas pero todas desordenadas.
- Observamos la música por el osciloscopio y comprendimos que se compone por la mezcla
de muchos sonidos puros y ordenados. Diferente al ruido desordenado.
4- Experiencias con instrumentos especiales: analizador de espectro, generador de
ondas.
- Observamos el sonido y el ruido con un "analizador de espectro".
- Vimos que un sonido puro contenía solo una frecuencia auditiva, que podía ser grave,
media o aguda.
- Las graves estaban en la zona izquierda del aparato, las medias se veían en la mitad y las
agudas en la zona derecha.
- Generamos ruido y lo observamos en el analizador de espectro.
- Observamos que el ruido se componía tanto de sonidos graves como de medios y agudos.
- Generamos ruido llamado "blanco" y vimos que contenía graves, medios y agudos, todos
por igual, todos casi a la misma intensidad.
- Generamos ruido llamado "rosa"y vimos que contiene medis y agudos.
- Generamos ruido llamado "marrón" y vimos que contenía sonidos graves y medios.
5- Experiencias en la calle: mediciones de nivel sonoro en distintos puntos de la
ciudad.
- Con un decibelímetro medimos el nivel de ruido entre las calles Corrientes y San Luis,
donde hay mucho tránsito y tomamos ese punto como centro geográfico de la investigación.
- Nos alejamos cinco cuadras de ese punto y vovimos a medir. Luego diez cuadras, luego
quince, veinte, veinticinco, treinta, y cuarenta cuadras alejados del primer punto de
medición.
- Anotamos en tablas y realizamos gráficas de ruido en función de la distancia al centro de la
ciudad.
6- Experiencias en la calle: mediciones de nivel sonoro en un sitio a diferentes
horarios.
- Con el decibelímetro medimos intensidad de riuido durante todo un día en la esquina de
Corrientes y San Luis de la ciudad de Rosario, Argentina.
- Medimos a las 8 hs, y luego a las 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, y 21hs.
- Anotamos los resultados en tablas y realizamos gráficas de intensidad de ruido en función
de la hora del día.
- El profe midió el nivel de ruido en una confitería bailable durante su función.
7- Búsqueda de información en Secretaría Municipal de Medio Ambiente de la Ciudad
de Rosario. La circular nº 332 del 5 de diciembre de 1972.
8- Desarrollo de un programa por computadora que muestra ruidos y sonidos puros.
A través del lenguaje de programación Visual Basic se desarrolló un programa multimedia
capaz de reproducir sonidos puros y ruidos previamente registrados. Los archivos de ondas
se guardaron en formato WAV, 16 bits de resolución, 44 KHz. de velocidad de muestreo.
El programa posee botones que al activarlo se reproduce un sonido característico por los
parlantes de la computadora y una breve explicación de lo que puede oirse. La salida de
parlantes está conectada también a un osciloscopio que permite graficar las ondas
generadas por la computadora y así poder comparar las formas de las ondas de los distintos
sonidos que el programa permite reproducir. Por ejemplo, haciendo "click" con el ratón el el
botón voz humana se podrá escuchar a una persona cantar y a la vez observar sus ondas
en el osciloscopio. Lo mismo sucederá con el botón guitarra, marcianos, fritura, etc. Se
adiciona también la posibilidad de observar y comparar las ondas de sonidos graves, medios
y agudos y los ruidos blanco, rosa y marrón. Todos los efectos sonoros generados por la
computadora podrán ser observados en el osciloscopio.
9- Investigación para el futuro.
Durante el transcurso del trabajo propusimos una nueva investigación: "Efectos del ruido
sobre la gente". Realizaremos un análisis entre las edades y capacidades auditivas así
como también costumbres y lugares de trabajo relacionados con la falta de audición.
Por falta de tiempo realizaremos este trabajo en las ferias de ciencias donde nos
presentemos y le realizaremos test auditivos a las personas que se acerquen a nuestro
stand. Así lograremos una gran cantidad de mediciones para realizar una estadística.
CONCLUSIONES
La investigación sobre contaminación acústica.
La investigación realizada con los alumnos de la escuela Pestalozzi, de Rosario, Argentina,
constituye una importante contribución para el mejoramiento de la calidad de vida urbana.
Para analizar y desarrollar trabajos sobre "Contaminación Acústica" era necesario introducir
a los investigadores (alumnos) en un conocimiento general acerca del sonido, el ruido y sus
componentes físicas, al nivel requerido para una escuela primaria. Por tal motivo se optó por
"VER, OBSERVAR, COMPARAR y CONCLUIR" sin términos técnicos, gráficamente e
intuitivamente entendible.
El aprovechamiento de instrumentos como el Osciloscopio que permite ver las ondas del
sonido, el analizador de espectro, un interesantísimo instrumento capaz de visualizar las
componentes espectrales del sonido en forma gráfica y la inseparable computadora con
multimedia que ejemplificaba cada paso, nos abrió la porsibilidad de la interpretación y
entendimiento directo, sin demasiada teoría.
La intuición actuó ante todo y luego de la instrucción práctico-teórica con los instrumentos y
comprendiendo globalmente en qué consiste el ruido, nos atrevimos a comenzar con el
corazón de la investigación: la medición del ruido en la ciudad.
Conclusiones generales.
- La realización de mediciones del ruido en la ciudad lanzaron datos sorprendentes que
seguramente interesarán también a las autoridades que controlan el medio ambiente de la
ciudad.
El aporte de los chicos en el presente trabajo es enorme, porque no sólo instruye a la gente
de uno de los problemas ambientales de la ciudad y sus consecuencias perjudiciales para la
salud, sinó también que concientizan y educan a sus compañeros alumnos, para que en el
futuro se intenteresen en proyectarse hacia un mundo de construcción y desarrollo con
armonía y procurando limpiar y mantener puros los ambientes que la naturaleza brindó.
Conclusión técnica final.
- La principal conclusión del trabajo es que el ruido en el centro de la ciudad es muy alto y
supera los niveles establecidos oficialmente como máximos.
- La principal actividad productora del ruido es el tránsito, primeramente los medios de
transporte como los autobuses (superan los 100 dB), segundo los automóviles con motores
en mal estado o sin silenciador en el tubo de escape, tercero las motocicletas siempre
ruidosas y por último el automóvil en buen estado.
- Las aceleradas de los ómnibus generalmente superan el umbral permitido de nivel de
ruido, llegando en ocasiones a superar los 120 decibeles.
- Los picos máximos de ruido se registraron los días de semana laborables (de lunes a
viernes) entre las 11 y 13 hs. y entre las 17 y 19 hs. (Promedios máximos de 90 a 100 dB).
- Los sábados se percibe ruido sólo por la mañana debido a la actividad comercial y por la
noche. Los domingos se percibe un bajo nivel general de ruido. (Promedios máximos de 70
a 80 dB).
- En la ciudad de Rosario existe un alto nivel de ruido general por lo que indica un alto grado
de contaminación acústica.
Bibliografía consultada:
- ¿Qué quieres saber de la Ciencia?. El ruido. Tomo 2, pág. 64. Editorial Océano, 1982.
- FISICA , Resnick-Halliday, C.E.C.S.A.
- COSMOS, Carl Sagan. Ed. Planeta, 7ma. edición, 1983. Bibliografía referida al ruido en los
océanos y la imposibilidad de la comunicación sonora de las ballenas. Pág. 271, línea 6
hasta pág. 272, línea 36.
- LA CIENCIA DE LA BIOLOGIA, Weisz, Paul. Ed. Omega.
Agradecimientos:
- Dr. Rubén D. Piacentini, Observatorio Astronómico Municipal de Rosario y Grupo de
Energía Solar (IFIR-CONICET-U. N. Rosario), por sus consejos y observación general del
trabajo.
- Tec. Javier Perez, CENIT COMUNICACIONES, por la colaboración de su equipamiento
electrónico (generador de onda, osciloscopio, y analizador de espectro) y charla divulgativa.
- Cristina Pesce por su colaboración didáctica y diseño gráfico.
- Nestor E. Gallardo por su colaboración en la recopilación y toma de datos.
- Directivos de la Escuela J. E. Pestalozzi por su apoyo moral y económico para que este
trabajo se concluyera.
- Museo Experimental de Ciencias de Rosario, por la colaboración del decibelímetro
profesional.
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