¿El sonido?

 sonido es la sensación producida en el órgano del oído por el cambio de presión generado por el movimiento vibratorio de los cuerpos sonoros, transmitido por un medio elástico en forma de ondas. La función del medio transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vacío (necesita un medio material para su propagación, a través de las vibraciones de las partículas que lo constituyen). La velocidad de propagación del sonido en el aire (en condiciones normales) es de 334 metros por segundo, y a una temperatura de unos 15ºC, 340ms-1.

La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de mecánica de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.

Propagación del sonido

Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la comprensibilidad (1/TTKTT) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad (p), a igualdad de todo lo demás, tanto menor es la velocidad de la propagación del sonido.

En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia suele ser la temperatura misma. Para que el sonido se transmita se necesita que las moléculas vibren en torno a sus posiciones de equilibrio. En algunas zonas de las moléculas de aire, al vibrar se juntan (zonas de compresión) y en otras zonas se alejan (zonas de rarefacción), esta alteración de las moléculas de aire es lo que produce el sonido.

Magnitudes físicas del sonido

Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (Js.), frecuencia (f) o inversa del periodo (T), amplitud (que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda con respecto a otra. Sin embargo, un sonido complejo cualquiera no está caracterizado por los parámetros anteriores, ya que en general un sonido cualquiera es una combinación de ondas sonoras que difieren en los cinco parámetros anteriores. La caracterización de un sonido arbitrariamente complejo implica analizar tanto la energía transmitida como la distribución de dicha energía entre las diversas ondas componentes, para ello resulta útil lo investigado.

• Potencia acústica: El nivel de potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.
• Espectro de frecuencias: que permite conocer en qué frecuencias se transmite la mayor parte de la energía.

Velocidad del sonido

• El sonido tiene una velocidad de 331,5m/s cuando: la temperatura es de 0°C, la presión atmosférica es de 1 atm (nivel del mar) y se presenta una humedad relativa del aire de 0 % (aire seco). Aunque depende muy poco de la presión del aire.
• La velocidad del sonido depende del tipo de material. Cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos, y en los líquidos es más veloz que en los gases. Esto se debe a que las partículas en los sólidos están más cercanas.

Reverberación

La reverberación es la suma total de las reflexiones del sonido que llegan al lugar del oyente en diferentes momentos del tiempo. Auditivamente se caracteriza por una prolongación, a modo de "colasonora", que se añade al sonido original. La duración y la coloración tímbrica de esta cola dependen de: La distancia entre el oyente y la fuente sonora; la naturaleza de las superficies que reflejan el sonido. En situaciones naturales hablamos de sonido directo para referirnos al sonido que se transmite directamente desde la fuente sonora hasta nosotros (o hasta el mecanismo de captación que tengamos). Por otra parte, el sonido reflejado es el que percibimos después de que haya rebotado e las superficies que delimitan el recinto acústico, o en los objetos que se encuentren en su trayectoria Evidentemente, la trayectoria del sonido reflejado siempre será más larga que la del sonido directo, de manera que -temporalmente- escuchamos primero el sonido directo, y unos instantes más tarde escucharemos las primeras reflexiones; a medida que transcurre el tiempo las reflexiones que nos llegan son cada vez de menor intensidad, hasta que desparecen. Nuestra sensación, no obstante, no es la de escuchar sonidos separados, ya que el cerebro los integra en un único precepto, siempre que las reflexiones lleguen con una separación menor de unos 50 milisegundos. Esto es lo que se denomina efecto Haas o efecto de precedencia.

¡Como lo percibimos?

Los animales utilizan los sonidos percibidos como fuente de información de los sucesos circundantes. Algunos de ellos pueden emitir un conjunto limitado de señales en la forma de gritos, cantos o llamadas, que buscan modificar el comportamiento de sus congéneres, presas o predadores. No obstante, el ser humano es el único animal que emite sonidos de manera combinatoria (Lenguaje o Música), ampliando así ilimitadamente la capacidad semántica de sus mensajes. Para los humanos, el aire es el medio transmisor por excelencia.

En cualquier sonido podemos distinguir cuatro parámetros o elementos

• Altura o tono: es la cualidad que nos permite distinguir desde sonidos agudos (mucha altura, o tono alto) a graves (poca altura, tono bajo). La altura del sonido depende de la frecuencia de la vibración: a mayor frecuencia, mayor altura (agudos), y menor frecuencia, menor altura (graves). El sonido se encuentra entre los 16Hz y los 18000Hz, variando según la capacidad auditiva del oyente. Fuera de estos límites la vibración es inaudible, y hablamos de infrasonidos y ultrasonidos.

• Intensidad: es la cualidad que distingue la "fuerza" del sonido. La intensidad del sonido depende de la amplitud de la vibración. Una mayor amplitud de onda nos produce la sensación de sonido fuerte; menor amplitud nos da un sonido débil. No existe una medida exacta de la intensidad del sonido. En su lugar se emplea una escala logarítmica basada en la sensibilidad media del oído humano (decibelios).

• Duración: como su nombre indica, es el tiempo que permanece la sensación auditiva. Mientras el estímulo vibratorio pueda excitar el oído, así durará la sensación de sonido.

• Timbre: es la cualidad del sonido que permite diferenciar la fuente origen del sonido; así podemos distinguir voces, ruidos, instrumentos, etc. La sensación de timbre se debe a la diversa combinación de frecuencias de cada onda sonora, a los armónicos que forman el sonido. Si hay una única frecuencia presente, se habla de «sonido puro». Si, en cambio, la variación de frecuencias es aleatoria, se está en presencia de ruido.

El aparato auditivo

Los sonidos son percibidos a través del aparato auditivo que recibe las ondas sonoras, que son convertidas en movimientos de los osteocillos óticos y percibidas en el oído interno que a su vez las transmite mediante el sistema nervioso al cerebro. Esta habilidad se tiene incluso antes de nacer.

La voz humana

La voz humana se produce por la vibración de las cuerdas vocales, lo cual genera una onda sonora que es combinación de varias frecuencias y sus correspondientes armónicos. La cavidad buco-nasal sirve para crear cuasi estacionarias por lo que ciertas frecuencias denominadas formantes. Cada segmento de sonido del habla viene caracterizado por un cierto espectro de frecuencias o distribución de la energía sonora en las diferentes frecuencias. El oído humano es capaz de identificar diferentes formantes de dicho sonido y percibir cada sonido con formantes diferentes como cualitativamente diferentes, eso es lo que permite por ejemplo distinguir dos vocales. Típicamente el primer formante, el de frecuencia más baja está relacionado con la abertura de la vocal que en última instancia está relacionada con la frecuencia de las ondas estacionarias que vibran verticalmente en la cavidad. El segundo formante está relacionado con la vibración en la dirección horizontal y está relacionado con si la vocal es anterior, central o posterior. La voz masculina tiene un tono fundamental de entre 100 y 200 Hz, mientras que la voz femenina es más aguda, típicamente está entre 150 y 300 Hz. Las voces infantiles son aún más agudas. Sin el filtrado por resonancia que produce la cavidad buco nasal nuestras emisiones sonoras no tendrían la claridad necesaria para ser audibles. Ese proceso de filtrado es precisamente lo que permite generar los diversos formantes de cada unidad segmental del habla.