El Sonido Y Las Ondas Sonoras

El sonido y las ondas sonoras El sonido es la percepción de nuestro cerebro (C) de las vibraciones mecánicas que producen los cuerpos (A) y que llegan a nuestro oído a través de un medio (B).

Imaginemos una cuerda tensada entre dos puntos a la que pulsamos con un dedo. La cuerda comenzará a producir un movimiento ondulatorio desplazándose de un lado a otro hasta llegar a alcanzar de nuevo el punto de reposo inicial.

Todos esos movimientos son vibraciones. Como esos movimientos no los realizará en el vacío sino en el aire (aunque también podría hacerlo dentro del agua), se producirá el desplazamiento de las moléculas empujándose unas a otras en forma de ondas. Estas ondas sonoras se desplazarán hasta llegar a nuestro oído, de ahí pasarán a nuestro cerebro que se encargará de reconocer e interpretar la vibración percibida. El efecto de propagación de la onda se manifiesta en comprensiones y expansiones de las partículas del aire, que es precisamente lo que los oídos perciben como sonido. Se trata de una oscilación de estados de presión, esto es, una onda. Cuando el vaivén de la vibración es uniforme se dice que la oscilación es “armónica”. La velocidad con la que tiene lugar esta fluctuación entre los dos estados se denomina “frecuencia”, la cual se mide en cantidad de oscilaciones por segundo. Cuanto mayor es la frecuencia, mayor es la altura del sonido percibido. Una oscilación sonora parte de una situación de reposo y va creciendo gradualmente hasta alcanzar su máxima elongación(A), momento en el que comienza a acercarse al estado de reposo para desde allí comenzar la oscilación en la dirección contraria hasta una nueva elongación máxima (-A). Al regresar al punto de reposo habrá cumplido un ciclo completo (λ). En este punto, la pendiente de la curva es la misma que en el punto inicial. Matemáticamente, la oscilación sonora pura se representa con la función seno:

A

-A

Cada una de las variables de esta función se asocia a alguna de las cualidades del sonido, a saber: altura, intensidad y timbre.

La altura: Depende de la frecuencia, que es el número de vibraciones por segundo. A más vibraciones por segundo, el sonido es más agudo; y a menos vibraciones por segundo, el sonido es más grave. Cuanto más corta, fina y tensa esté una cuerda, más agudo será el sonido que produzca y viceversa. La forma en que es percibido el tono es lo que se conoce como altura del sonido, que determina cuán bajo o alto es ese sonido. Gráficamente, la diferencia entre un sonido agudo y un sonido grave podría representarse:

La unidad de medida de frecuencia es el hercio (Hz), que es equivalente a una vibración por segundo. El ser humano no percibe todas las frecuencias. El rango de audición va de los 20 Hz hasta los 20000 Hz. El espectro de frecuencias que el oído humano puede detectar varía según cada persona y en función a la edad, pero en general, abarca un total de once octavas. Por encima de estas frecuencias se producen los ultrasonidos los cuales no podemos percibir. Las alturas que son capaces de producir los instrumentos musicales, excepto los electrónicos, no llegan a utilizar todo el rango de audición humano. De hecho, la mayoría de los instrumentos maneja una extensión limitada dentro de ese rango. Las notas que son capaces de reproducir (su tesitura) suelen situarse en la zona grave, intermedia o aguda de ese rango posible de audición. La intensidad o volumen: Está en relación a la fuerza con la que hemos pulsado la cuerda. Su unidad de medida es el decibelio (dB). Cada incremento de 10 dB es percibido por nuestro oído con el doble de intensidad. A partir de 120 dB entramos en el umbral del dolor. En la representación gráfica de un sonido fuerte observamos que posee una mayor amplitud que un sonido débil.

No todos los instrumentos musicales tienen las mismas posibilidades de potencia sonora. Esta realidad se reconoce claramente en la disposición de los instrumentos dentro de la orquesta, donde los instrumentos con mayor potencia sonora son colocados atrás. Sin embargo, hoy en día y gracias a los avances de la tecnología de amplificación

del sonido, los posibles desequilibrios se pueden compensar con una adecuada utilización de los micrófonos y la mesa de mezclas. La intensidad, es decir, la energía acústica que desarrolla una onda longitudinal por unidad de tiempo, depende de su amplitud: a mayor volumen, mayor amplitud de la onda. Es interesante mencionar que el umbral de audición se da para una presión de intensidad acústica de 2x10-4 bar; en tanto que la tolerancia máxima, es decir, el umbral del dolor, se sitúa en torno a los 200 bar. La utilidad de la medida de la potencia acústica es el belio, aunque en las prácticas se utiliza el decibelio (dB), que es la décima parte de un belio.

Tono puro y tono real. Un tono puro corresponde a una onda senoidal, es decir, una función del siguiente tipo: Donde A es la amplitud, t es el tiempo y f la frecuencia.

En el mundo real no existen tonos puros, pero cualquier onda periódica se puede expresar como suma de tonos puros de distintas frecuencias. Algunos sonidos puros son: el que genera un diapasón, el silbido, o el producido al frotar el borde de una copa de cristal con el dedo humedecido.

Pero el sonido de una cuerda de guitarra, una campana, o soplar una flauta, genera un sonido complejo que está formado por una vibración principal que va acompañada por un conjunto de ondas de menor intensidad y mayor frecuencia. Estas ondas asociadas se denominan hipertonos o armónicos. Todo sonido no puro es, en definitiva, un conjunto de sonidos simultáneos.

El timbre: Es la cualidad que nos permite distinguir entre los distintos sonidos de los instrumentos o de las voces, aunque interpreten exactamente la misma melodía. El timbre de los distintos instrumentos se compone de un sonido fundamental, que es el que predomina (siendo su frecuencia la que determina la altura del sonido), más toda una serie de sonidos que se conocen con el nombre de armónicos. Sonido fundamental

Sonido complejo

El timbre otorga personalidad al sonido. Es la cualidad que, por ejemplo, permite identificar la voz de determinada persona. El timbre también permite discriminar sonidos emitidos por instrumentos diferentes, aunque este tenga la misma intensidad.