EL SONIDO Y LAS ONDAS
Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en
un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de
las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un
comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente
en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación. Los conceptos
generales sobre ondas sirven para describir el sonido, pero, inversamente, los
fenómenos sonoros permiten comprender mejor algunas de las características del
comportamiento ondulatorio.
El sonido y su propagación
Las ondas que se propagan a lo largo de un muelle como
consecuencia de una compresión longitudinal del mismo constituyen un modelo de
ondas mecánicas que se asemeja bastante a la forma en la que el sonido se
genera y se propaga. Las ondas sonoras se producen también como consecuencia de
una compresión del medio a lo largo de la dirección de propagación. Son, por
tanto, ondas longitudinales.
CUALIDADES DEL SONIDO
El oído es capaz de distinguir unos sonidos de otros porque
es sensible a las diferencias que puedan existir entre ellos en lo que concierne
a alguna de las tres cualidades que caracterizan todo sonido y que son la
intensidad, el tono y el timbre. Aun cuando todas ellas se refieren al sonido
fisiológico, están relacionadas con diferentes propiedades de las ondas
sonoras.
La intensidad del sonido percibido, o propiedad que hace que
éste se capte como fuerte o como débil, está relacionada con la intensidad de
la onda sonora correspondiente, también llamada intensidad acústica. La
intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de energía que
está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.
Se define como la energía que atraviesa por segundo una
superficie unidad dispuesta perpendicularmente a la dirección de propagación.
Equivale a una potencia por unidad de superficie y se expresa en W/m2.
La intensidad de una onda sonora es proporcional al cuadrado de su frecuencia y
al cuadrado de su amplitud y disminuye con la distancia al foco.
La magnitud de la sensación sonora depende de la intensidad
acústica, pero también depende de la sensibilidad del oído. El intervalo de
intensidades acústicas que va desde el umbral de audibilidad, o valor mínimo
perceptible, hasta el umbral del dolor
La intensidad fisiológica o sensación sonora de un sonido se mide en
decibelios (dB). Por ejemplo, el umbral de la audición está en 0 dB, la
intensidad fisiológica de un susurro corresponde a unos 10 dB y el ruido de las
olas en la costa a unos 40 dB. La escala de sensación sonora es logarítmica,
lo que significa que un aumento de 10 dB corresponde a una intensidad 10 veces
mayor por ejemplo, el ruido de las olas en la costa es 1.000 veces más intenso
que un susurro, lo que equivale a un aumento de 30 dB.
Debido a la extensión de este intervalo de audibilidad, para
expresar intensidades sonoras se emplea una escala cuyas divisiones son
potencias de diez y cuya unidad de medida es el decibelio (dB).
La conversión entre
intensidad y decibelios sigue esta ecuación:
donde I0 =10-12 W/m2
y corresponde a un nivel de 0 decibelios por tanto. El umbral del dolor
corresponde a una intensidad de 1 W/m2 o 120 dB.
Ello significa
que una intensidad acústica de 10 decibelios corresponde a una energía diez
veces mayor que una intensidad de cero decibelios; una intensidad de 20 dB
representa una energía 100 veces mayor que la que corresponde a 0 decibelios y
así sucesivamente.
Si un espectador de un partido de
baloncesto puede animar a su equipo oyéndose su sonido en el centro de la pista
a 80 dB, ¿Qué marcará un sonómetro en un encuentro con 15.350 hinchas
(Estudiantes-Barsa, 2004, final de la liga).
Tono
El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el
oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto,
distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud física que está asociada
al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves corresponden a
frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas. Así
el sonido más grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4 Hz y
el más agudo a 698,5 hertzs.
No todas las ondas sonoras pueden ser percibidas por el oído
humano, el cual es sensible únicamente a aquellas cuya frecuencia está
comprendida entre los 20 y los 20 000 Hz. En el aire dichos valores extremos
corresponden a longitudes de onda que van desde 16 metros hasta 1,6 centímetros
respectivamente. El timbre es la cualidad del sonido que permite
distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando posean
igual tono e intensidad. Debido a esta misma cualidad es posible reconocer a una
persona por su voz, que resulta característica de cada individuo.
Pocas veces las ondas sonoras corresponden a
sonidos puros, sólo los diapasones generan este tipo de sonidos, que son
debidos a una sola frecuencia y representados por una onda armónica. Los
instrumentos musicales, por el contrario, dan lugar a un sonido más rico que
resulta de vibraciones complejas. Cada vibración compleja puede considerarse
compuesta por una serie de vibraciones armónico simples de una frecuencia y de
una amplitud determinadas, cada una de las cuales, si se considerara
separadamente, daría lugar a un sonido puro. Esta mezcla de tonos parciales es
característica de cada instrumento y define su timbre.
