miniatura|Representació esquemàtica de l'oïda. (Blau: ones sonores. Vermell: timpà. Groc: còclea. Verd: cèl·lules de receptors auditius. Porpra: espectre de freqüència de resposta d'oïda. Taronja: impuls del nervi.) El so és una successió de canvis de pressió (compressions i dilatacions) en un medi (sòlid, líquid o gas), provocats per una vibració que s'hi transmet en forma d'ones sonores. La vibració provoca alteracions mecàniques a les partícules del medi creant canvis de pressió que es propaguen en totes direccions a partir del punt on hi ha la vibració. Els humans, i també molts animals, podem percebre el so mitjançant el sentit de l'oïda. El rang de sons audible per les persones és típicament entre 20 Hz i 20 kHz.
Perquè es generi un so cal que vibri alguna font. Les vibracions poden ser transmeses a través de diversos mitjans elàstics, entre els més comuns es troben l'aire i l'aigua. La fonètica acústica concentra el seu interès especialment en els sons de la parla: com es generen, com es perceben, i com es poden descriure gràfica i / o quantitativament.
A diferència d'altres tipus d'energia calorífica, energia lluminosa, que poden viatjar a través del buit, el so necessita un medi material per a transmetre's. Aquesta transmissió és longitudinal en un fluid (líquid o gas) i transversal en un sòlid.
La velocitat del so (velocitat a què es desplaça el so) depèn de la densitat del medi a través del qual viatja. En l'aire, aquesta velocitat és d'uns 340 metres per segon, tot i que varia amb la temperatura i la humitat.
Les principals característiques de les ones sonores són, com en qualsevol altre tipus d'ona, la freqüència i l'amplitud.
Física del so La física del so és estudiada per l'acústica, que tracta tant de la propagació de les ones sonores en els diferents tipus de mitjans continus com la interacció d'aquestes ones sonores amb els cossos físics. Les vibracions mecàniques que poden ser interpretades com a so són capaces de viatjar a través de tots els estat de la matèria: gasos, líquids, sòlids, i plasmes. El so requereix un medi material com a suport per a ser transportat, per tant, no pot viatjar a través de buit.
Un so es pot caracteritzar físicament per un seguit de paràmetres: Freqüència de l'ona sonora Velocitat a la qual es propaga l'ona sonora Pressió sonora Intensitat sonora Potència acústica To i timbre de l'ona sonora
Freqüència La freqüència és una mesura del nombre de vegades que ocorre un esdeveniment en un temps determinat, en el cas del so indica el nombre d'oscil·lacions completes per unitat de temps, la unitat de mesura és l'hertz (Hz), que és una oscil·lació completa per segon.
Com qualsevol moviment ondulatori, el so pot representar-se com una suma de corbes sinusoides amb un factor d'amplitud, que es pot caracteritzar per les mateixes magnituds i unitats de mesura que a qualsevol ona de freqüència ben definida: longitud d'ona (λ), freqüència (, de vegades ν) o inversa del període (T) i amplitud, que indica la quantitat d'energia que conté un senyal sonor i no s'ha de confondre l'amplitud amb volum o potència acústica. Quan es considera la superposició de diferents ones també és important la fase, que representa el retard relatiu a la posició d'una ona respecte a una altra.
No obstant això, un so complex qualsevol no està caracteritzat pels paràmetres anteriors, ja que en general un so qualsevol és una combinació d'ones sonores que difereixen en els paràmetres anteriors. La caracterització d'un so arbitràriament complex implica analitzar tant l'energia transmesa com la distribució d'aquesta energia entre les diverses ones components.
L'espectre de freqüències d'una ona sonora permet diferenciar els sons dels instrument (espectre a ratlles, característic de les oscil·lacions periòdiques) del soroll (espectre continu, característic d'oscil·lacions no periòdiques).
Propagació del so Certes característiques dels fluids i dels sòlids influeixen en les ones sonores, per aquesta raó el so es propaga en els sòlids i en els líquids amb una major rapidesa que en els gasos. En general, com més gran sigui la compressibilitat (1/K) del medi, menor serà la velocitat del so. La densitat també és un factor important que influeix en la velocitat de propagació. En general, com més gran sigui la densitat (ρ), en igualtat de tots els altres paràmetres, major serà la velocitat de propagació del so. La velocitat del so es relaciona amb aquestes magnituds mitjançant l'equació:
En els gasos, la temperatura influeix tant en la comprensibilitat com en la densitat, de tal manera que el factor a considerar acostuma a ser la mateixa temperatura.
Perquè el so es transmeti es necessita que les molècules vibrin entorn de les seves posicions d'equilibri.
En algunes zones de les molècules d'aire, al vibrar s'ajunten (zones de compressió) i en altres zones s'allunyen (zones de rarefacció), aquesta alteració de les molècules d'aire és el que produeix el so.
Les ones sonores necessiten un medi en el qual propagar-se, per tant, són ones mecàniques. Es propaguen en la mateixa direcció que tenen lloc les compressions i dilatacions del medi: són ones longitudinals.
La velocitat de propagació de les ones sonores depèn de la distància entre les partícules del medi; per tant, és en general major en els sòlids que en els líquids i major en els líquids que en els gasos.
Ones longitudinals i transversals miniatura|Ones sinusoidals de diferents freqüències; les ones que són a la part inferior tenen freqüències més altes que les que són a la part superior. L'eix horitzontal representa el temps.
El so es transmet a través dels gasos, el plasma i els líquids en forma d'ones longitudinals, també anomenades ones de compressió. En canvi, a través de sòlids es pot transmetre tant en forma d'ones longitudinals com d'ones transversals. Les ones longitudinals són ones on hi ha una alternança de variacions de pressió respecte a la pressió d'equilibri, causant regions locals de compressió i rarefacció, mentre que les ones transversals (en sòlids) són ones d'alternança de la tensió de cisallament en angle recte amb la direcció de propagació.
La matèria que hi ha al medi és desplaçada periòdicament per una ona sonora i, per tant, oscil·la. L'energia transportada per l'ona sonora, l'energia potencial procedent de la compressió (en el cas de les ones longitudinals) o de la deformació lateral (en el cas de les ones transversals) de la matèria i l'energia cinètica de les oscil·lacions del medi, es converteixen l'una en l'altra.
Velocitat de propagació del so La velocitat del so depèn del medi que travessen les ones, en general, la velocitat del so és proporcional a l'arrel quadrada del quocient entre la rigidesa del medi i la seva densitat. Les propietats físiques i la velocitat del so canvien amb les condicions ambientals, per exemple, als gasos la velocitat depèn de la temperatura.
En general, la velocitat del so c vindrà donada per:
on C és els coeficient de rigidesa (el coeficient d'elasticitat en el cas dels gasos, el mòdul elàstic en el cas dels sòlids), és la densitat
A l'aire es pot calcular una velocitat aproximada (en m/s) mitjançant la fórmula següent:
on és la temperatura en graus Celsius; .
Velocitat del so a l'aire miniatura|Un avió F/A-18 de la marina nord-americana trencant la barrera del so. El núvol blanc es forma és un fenomen conegut com a singularitat de Prandtl-Glauert, es pensa que la variació extrema de la pressió al voltant de l'avió pot produir la condensació del vapor d'aigua que hi ha a l'aire. El so té una velocitat de 331,5 m/s quan la temperatura és de 0 °C, la pressió atmosfèrica és d'1 atm (nivell del mar) i es presenta una humitat relativa de l'aire de 0% (aire sec). La velocitat del so anirà augmentant a mesura que la temperatura augmenti en una relació de 1 °C = 0.6 m/s. És a dir, que si tenim una temperatura de 10 °C, la velocitat del so serà: 331,5 m/s + 10 * 0,6 m/s = 337,5 m/s.
A continuació, tenim la fórmula anteriorment esmentada per a calcular la velocitat del so:
On:
, és la temperatura en graus Celsius.
Si la temperatura ambient és de 15 °C, la velocitat de propagació del so és 340 m/s (1224 km/h). Aquest valor correspon a 1 MACH.
Velocitat del so a l'aigua A l'aigua, la velocitat del so és més elevada que en l'aire, no obstant, hem de distingir entre l'aigua dolça i l'aigua salada. A l'aigua dolça, la velocitat del so arriba aproximadament als 1435 m/s mentre que a l'aigua salada, en ser aquesta més densa, arriba fins als 1500 m/s. Tot i això, aquestes velocitats es poden veure modificades a causa de la pressió, temperatura i salinitat de les aigües.
Velocitat del so als sòlids La velocitat del so depèn del tipus de material. Quan més dens és el material, major serà la velocitat que podrà assolir el so a través d'ell. Per exemple, a través de: Fusta → 3900 m/s Formigó → 4000 m/s Metall → 5100 m/s
Pressió sonora La pressió sonora és la variació de la pressió en un punt respecte a la posició de repòs a conseqüència de la propagació d'una ona sonora a través del medi. La unitat de mesura és el pascal (Pa) i es pot mesurar amb un micròfon (a l'aire) o amb un hidròfon (a l'aigua). La pressió sonora eficaç és la mitjana quadràtica de la pressió sonora instantània (el canvi de pressió causat per una ona en un moment i punt determinat) durant un període:
on T és el període considerat i p(t) és la pressió instantània a un moment t.
Intensitat sonora La intensitat sonoraSound Power, Sound Intensity, and the difference between the two Indiana University's High Energy Physics Department es defineix com la quantitat d'energia sonora que travessa per una superfície (perpendicular a la direcció de propagació) en una unitat de temps o, cosa que és el mateix, la relació entre la potència sonora d'una ona sonora i l'àrea que travessa. Es mesura en watts per m² (W/m²). La intensitat mitjana vindrà donada per:
on pinst(t) és la pressió sonora instantània, v(t) és el vector velocitat i T és l'interval de temps considerat.
Per ones planes seria vàlida l'equació:
on p és la pressió sonora,:ρ és la densitat del medi i c és la velocitat de propagació.
La intensitat del so que es percep subjectivament es denomina sonoritat i permet ordenar sons en una escala del més fort al més dèbil.
Potència acústica La potència acústicaTutorial on Sound Intensity, Georgia State University Physics Department és la quantitat d'energia sonora per unitat de temps radiada per una font sonora o, cosa que és el mateix, la intensitat sonora per unitat d'àrea i al Sistema Internacional es mesura en watts (W).
on I és la intensitat sonora i A l'àrea travessada.
To i timbre El to i el timbre són dos atributs que ens permeten diferenciar els sons. El to depèn de la vibració i de la freqüència de l'ona sonora i, per exemple, ens permet diferenciar entre:
Tons greus (freqüències baixes, de 20 a 300 Hz). Tons mitjans (freqüències mitjanes, de 300 a 2.000 Hz). Tons aguts (freqüències altes, de 2.000 fins a 20.000 Hz).
El timbre és una qualitat que ens permet diferenciar dos sons que tinguin el mateix to, la mateixa durada i la mateixa intensitat sonora. El timbre és conferit a un so en virtut de la diferent quantitat i intensitat dels harmònics que el componen així com de la forma de l'ona, i en concret l'atac, la caiguda i la ressonància.
Acústica i el soroll L'estudi científic de la propagació, absorció i reflexió de les ones de so es diu l'acústica. Soroll és un terme comunament utilitzat per referir-se a un so no desitjat. En la ciència i l'enginyeria, el soroll és un component indesitjable que amaga un senyal desitjat.
La percepció del so