l sonido
es un fenómeno físico que incita el sentido del oído, asimismo es acreditado
como la modo específico de sonar que posee una definitiva cosa. Las
oscilaciones que producen las entidades materiales al ser apaleados o rozados
se transfieren por un medio elástico, donde se propagan en representación de
ondas y al conseguir llegar a nuestros oídos, provocan la estimulación sonora.
Un sonido se contrasta de otro por sus particularidades de percepción, las
cuales son su intensidad (fuerza con que se percibe), puede ser enérgico o
débil; su tono (marca la frecuencia o cifra de oscilaciones por segundo que
origina el organismo que vibra), puede ser grave y agudo; y por último, su
timbre (condición que nos permite diferenciar entre dos o más sonidos emanados
por diferentes nacimientos sonoros).
El
sonido se transmite con facilidad a través del aire, pero se transmite mejor a
través de los sólidos y los líquidos. En el vacío, no se transmite el sonido,
ya que es necesario un medio material para la propagación de las vibraciones
producidas. El hombre con su tecnología ha logrado la transmisión del sonido a
grandes distancias, convirtiendo las ondas sonoras en ondas de radio que se
desplazan por el espacio a la velocidad de la luz y convirtiéndolas luego en sonido
(sonidos de la radio y la televisión). Igualmente ha convertido el sonido en
impulsos eléctricos, que son conducidos por cables hasta un aparato que los
vuelve a transformar en sonidos (por ejemplo, el teléfono).
La
velocidad de propagación del sonido depende del medio por donde se transmita.
En el aire recorre 340 metros por segundo (menor a la de la luz), en el agua es
de 1500 y en los sólidos va desde 2500 hasta 6000 metros por segundos. En otras
palabras, en los sólidos se percibe mejor el sonido. Desde el lugar en donde se
produce, las ondas sonoras se transmiten en todas direcciones en línea recta,
al chocar con algún obstáculo en su camino se reflejan cambiando de dirección.
La reflexión del sonido origina la resonancia y el eco. La primera se produce
cuando el sonido se refleja en un obstáculo que se encuentre a menos de 17
metros, y la segunda se refiere a la repetición de un sonido reflejada por una
superficie dura, la reflexión ocurre a más de 17 metros.
Propiedades del Sonido
2. Fuentes de sonidos
musicales
Las
primeras fuentes de sonido musical que vienen a la mente son las diferentes
familias de instrumentos musicales, sin embargo existen muchas otras fuentes de
sonido sensibles al oído humano. Las características de la audición humana desarrollada
desde tiempos prehistóricos, imponen límites naturales que determinan la extensión
de volumen, altura y registro de los instrumentos musicales y las voces. Es de
suponer que los primeros instrumentos musicales hayan sido simples objetos
percusivos como bloques de madera o troncos ahuecados, precursores de la actual
familia de percusiones. Las pieles tensas y los metales ampliaron la variedad
instrumental introduciendo notas de afinación determinada. Los primeros instrumentos
de viento, ancestros de las flautas de pico y traveseras, carecieron de
lengüetas, por lo que la columna de aire vibra con el aire que penetra por el extremo
abierto de un tubo de bambú o de cualquier otro material. Las perforaciones
practicadas en el tubo ampliaron el panorama musical pues, al taparse con los
dedos, la longitud real de la columna de aire se modifica y produce notas de
alturas distintas. Una simple hoja de árbol puesta a vibrar con los labios
quizá haya conducido al desarrollo de los instrumentos de lengüeta; en éstos,
la fuente sonora es la caña que vibra con el aliento del ejecutante, mientras
que la columna de aire actúa como un resonador; las dimensiones de la columna
de aire determinan la altura de la nota producida. En los instrumentos de
metal, como la trompeta y el corno, el aire a presión pasa a través de los
labios del ejecutante colocados contra la boquilla circular del instrumento; en
este caso, los labios en vibración actúan como fuente sonora y, nuevamente, la
longitud real de la columna de aire es lo que determina la altura. El
comportamiento de la voz humana es similar, pero el aire es expulsado a través
del orificio que forman las cuerdas vocales, y los resonadores son el pecho, la
boca y las cavidades de la garganta.
3. ruido
La
distinción tradicional entre la música como un sonido “agradable” y el ruido
como uno “indeseable”, seguirá disipándose conforme los compositores continúen trabajando
con sonidos producidos por una amplia variedad de fuentes sonoras. Una
definición de música más correcta podría ser “sonido organizado”, en la
que el ingenio humano interviene en la
creación de patrones sonoros capaces de entretener y sorprender al escucha.
En
esta organización pueden combinarse multitud de recursos, desde sonidos disonantes
y consonantes, elementos aleatorios, compases y formas estrictas hasta cintas
magnetofónicas, medios digitales e infinidad de fuentes productoras de sonido,
como máquinas de vapor o el tráfico vehicular. A la vez que la música ha cambiado
en aspectos significativos, como el volumen amplificado de los conciertos en
vivo de música pop o la proliferación del “estéreo portátil”, transgrediendo
límites y contaminando el espacio sonoro con “música de fondo” constante, el
ruido también ha aumentado. Los sonidos del transporte mecanizado en nuestras
ciudades han afectado negativamente la calidad de vida de muchas personas. A
pesar de la sobreposición entre “música” y “ruido”, la música occidental se
rige aún por la voz y los instrumentos tradicionales
de orquesta, siendo el ritmo y la escala de tonos interválicos su principal
característica.
4. Altura del sonido
La
altura de una nota en una escala musical está directamente relacionada con la
frecuencia de vibración. Si aumentamos la velocidad de una sierra circular, el
número de vibraciones o impulsos sonoros por segundo (provocados por los
dientes individuales al golpear la madera) aumenta al igual que la altura. La
más baja frecuencia vibratoria que produce una nota musical, más que una sucesión
de pulsos separados de sonido, es aproximadamente de 20 vibraciones por
segundo. El límite audible de la región aguda del tono es cercano a 20 000
vibraciones por segundo, aunque la capacidad auditiva de las personas para captar
dichos sonidos es variable. Una vibración completa se denomina “ciclo” y consiste
en un recorrido completo del elemento vibrante desde su punto de reposo hacia
un costado, de vuelta al centro, al costado en dirección opuesta y nuevamente al
centro. Este movimiento se ilustra en la Fig. 1 donde la oscilación de un
diapasón, en cuyo extremo se ha colocado una punta de lápiz, está registrada en
un rollo de papel en movimiento.
La
amplitud de la vibración, correspondiente al volumen del sonido audible, no es uniforme
en la práctica; la variación natural que ocurre se conoce como “envolvente” de
una onda sonora. El número de ciclos por segundo se denomina la “frecuencia” y
se mide en unidades de Hertz (Hz), correspondiendo un Hertz a un ciclo por
segundo. Durante muchos años no hubo un consenso general que determinara la
altura exacta de la música escrita, pero en 1939 se estableció la norma
internacional de la altura (International Standard Pitch) con una frecuencia de
440 Hz para determinar el la’ (primer la por encima del do central. Una vez
establecida la altura exacta de una nota en el pentagrama, las demás siguen una
simple secuencia aritmética de frecuencia. Puede demostrarse con facilidad, por
ejemplo, que el intervalo musical de octava equivale a duplicar o dividir a la
mitad la frecuencia de una nota. De tal modo, a las octavas de la (A) en el
teclado de un piano corresponden las frecuencias y la notación musical que se
muestra en la Fig. 2.
La
frecuencia de vibración natural o “fundamental” de una cuerda en tensión está
determinada por tres factores: la longitud, el grado de tensión y la masa (o
peso) por unidad de longitud. El piano tiene cuerdas individuales para cada una
de sus 88 notas, todas graduadas en longitud y grosor para ofrecer valores de
tensión razonablemente uniformes. En los instrumentos de la familia de los
violines ocurre lo mismo con sólo cuatro cuerdas de igual longitud que el
ejecutante afina antes de tocar ajustando la tensión. La longitud real de las
cuerdas se modifica con la presión de los dedos (digitación). La tensión
también sirve para afinar los parches de instrumentos de percusión como los
timbales, mientras que la altura fundamental de los instrumentos de viento se
determina esencialmente con la longitud de la columna de aire; el ejecutante puede
alterar dicha columna por medio de agujeros, llaves, válvulas o una vara (en el
trombón) y, en los alientos de metal, también con un cambio de presión de los
labios contra la embocadura.
5. Armónicos
Son
pocas las fuentes de sonido capaces de producir vibraciones tan simples como
para emitir una frecuencia única. Mientras que el tono puro de un diapasón y algunas
notas de la flauta se aproximan, los osciladores eléctricos, de hecho, logran
producir una sola frecuencia. Los sonidos más ricos que producen la mayoría de los
instrumentos musicales son resultado de la unión simultánea de diversos tipos
de vibración al tocar el instrumento.
Una
cuerda en vibración, por ejemplo, oscila en la totalidad de su extensión para
producir la nota fundamental que establece el tono de la nota que escuchamos.
A
la vez, la cuerda se divide de manera natural en secciones parciales vibrantes,
de manera que la mitad, el tercio o el cuarto de la misma se comportan como cuerdas
independientes. Esto genera una serie de sobreagudos que tienen dos, tres,
cuatro o más veces la frecuencia de la fundamental. Estos tonos resultantes se
llaman “armónicos” y contribuyen en gran medida a la riqueza sonora individual
de los instrumentos.
Se
puede ver que las octavas por encima de la fundamental (o “primer armónico”)
corresponden al segundo, cuarto, octavo (etc.) armónicos, con dos, cuatro y
ocho veces la frecuencia fundamental. El séptimo armónico y los armónicos impares
más agudos no corresponden a notas exactas de la escala sino a disonancias, por
lo que resulta conveniente que los armónicos superiores tiendan a debilitarse
progresivamente. En los instrumentos de viento, un “tubo abierto” equivale a
una cuerda tensa, con la diferencia de que los puntos de máxima amplitud (Fig.
5) se encuentran en los dos extremos abiertos del tubo. El punto central, correspondiente
al menor modo vibratorio (fundamental), es de amplitud cero (nodo) y genera la
serie completa de armónicos. En un “tubo cerrado”, sin embargo, un extremo
corresponde al punto de amplitud cero y la frecuencia fundamental se encuentra una
octava por debajo de la que correspondería a un tubo abierto de la misma
longitud; en el tubo cerrado sólo se forman armónicos nones y se produce un
timbre distinto. Los tubos cónicos están regidos por condiciones acústicas de otro
tipo; un tubo cónico cerrado genera la serie completa de armónicos y por
lo general se comporta como un tubo cilíndrico
abierto (recto) de la misma longitud. Los ejecutantes de cuerdas deben tocar
“armónicos” cuando el compositor escribe en la partitura el símbolo “°” sobre
las notas implicadas. La técnica para tocar armónicos en instrumentos de cuerda
es rozando apenas con el dedo sin presión sobre la superficie de la cuerda, a la
mitad o a un tercio de su longitud. Esto inhibe que se genere la fundamental y
la nota que se escucha corresponde respectivamente a una octava, o bien a una
octava y una quinta aguda, con un sonido de calidad tímbrica brillante,
metálica y tenue.
La
producción de notas en los *intrumentos de metal se logra mediante la serie de
los armónicos. El ejecutante puede seleccionar uno de los primeros 12 armónicos
modificando la presión y la técnica de los labios al soplar. De manera natural,
los intervalos tonales son amplios en la parte baja del registro de un tubo de
longitud determinada. La habilidad para tocar solamente estas notas de la serie
de armónicos es el rasgo característico de instrumentos tan simples como el
bugle (flicorno) o el posthorn (corneta de posta). El aumento de tubos al
cuerpo principal hizo posible la emisión de otras notas; estos tubos adicionales
se denominan en inglés crooks o shanks. Esta innovación permitió la emisión de
una nueva nota fundamental (más grave) y su serie de armónicos correspondiente.
Más adelante, la adaptación de *válvulas para abrir o cerrar los tubos amplió
la versatilidad de los instrumentos de metal hasta abarcar la escala cromática
completa con la simple presión de las llaves para seleccionar tubos adicionales
fijos de diferentes longitudes. El trombón ya contaba con esta posibilidad, así
como con efectos de deslizamiento, portamento y vibrato, gracias a la vara que
se desliza en el interior del tubo para controlar la longitud total del mismo.
6. Timbre
Por
lo antes expuesto y como regla general, cada nota emitida por un instrumento
musical consiste en un tono fundamental, el cual suele establecer el tono de la
nota, junto con cierto número de armónicos (sobreagudos cuyas frecuencias son
múltiplos simples de la fundamental). El color tonal o “timbre” particular de
cada instrumento deriva del número de armónicos presentes y su intensidad. El
oído humano adiestrado tiene la capacidad de distinguir no sólo las diferentes
familias instrumentales sino también la de reconocer violines, flautas,
clarinetes y otros instrumentos individuales.
Al
igual que la mayor parte de los instrumentos de percusión, en el piano no es posible
generar notas de sonido continuo; las notas comienzan a decaer desde el momento
mismo en que son golpeadas, siendo los armónicos más agudos los primeros que
tienden a desaparecer, de manera que el timbre se suaviza conforme el volumen
disminuye. En la capacidad para reconocer diferentes instrumentos también
influye el “ataque” o “transiente” con el que cada nota comienza. El transiente
puede contener frecuencias muy agudas que incluso rebasan el límite de la
audición humana. Esto explica la dificultad que enfrentan los fabricantes de
instrumentos musicales electrónicos ya que logran la generación y combinación
de una familia de sobreagudos que simulen el sonido de una flauta o un oboe, y
sin embargo, el sonido obtenido puede desconcertar ya que carece de “ataque”. Los
transientes también son difíciles de registrar y reproducir con fidelidad puesto
que requieren “amplitudes de banda” amplias, así como circuitos y altavoces de
respuesta rápida.
El
Timbre se define como Calidad sonora
característica de un instrumento o una voz particular, a diferencia de su registro
o altura. El timbre es lo que distingue el sonido de un violín del de una
flauta, incluso tocando la misma nota. De la misma manera, el timbre de voz de un
niño soprano es distinto del de una soprano femenina. Incluso entre los instrumentos
del mismo tipo, el timbre varía dependiendo de la ejecución de los intérpretes:
por ejemplo, la cuerda abierta de un violín tiene una calidad sonora distinta
de la misma nota pisada en otra cuerda; asimismo, pulsar la cuerda o pasar el
arco cerca del puente también modifica el timbre del instrumento. Esta
variación tímbrica se debe a la combinación particular de los armónicos
producidos por un instrumento. En ocasiones el término es sinónimo de “color”
instrumental o vocal.
7. Resonancia
Para
que una fuente de sonido irradie ondas sonoras de manera eficaz debe ser capaz
de poner en vibración un volumen sustancial de aire. Los diapasones y las
cuerdas de violín, por ejemplo, son relativamente ineficaces al respecto pues
su movimiento corta el aire que desplaza sin transmitirle mucha energía. Sin
embargo, es posible producir sonidos mucho más fuertes si el mango del diapasón
o los extremos de las cuerdas tensas se apoyan contra una mesa o, mejor aún,
contra una caja hueca de madera; de tal manera, las vibraciones iniciales se transmiten
a la mesa o la caja y las vibraciones simpáticas resultantes tienen la
capacidad de producir un mayor desplazamiento de aire.
Conforme
los instrumentos musicales evolucionaron se hallaron nuevas maneras de aumentar
el volumen sonoro bajo el principio fundamental de la resonancia, cuyo
planteamiento es que cualquier estructura con masa y elasticidad tiene una o
más frecuencias vibratorias “naturales” relativamente fáciles de estimular. Tomando
como ejemplo un simple columpio de jardín, los niños descubren de inmediato que
con la aplicación de un muy pequeño impulso en cada “ciclo”, el movimiento
natural aumenta y alcanza amplitudes mucho mayores. El columpio se comporta
igual que un resonador afinado que responde de inmediato a la fuerza aplicada a
su propia frecuencia natural, pero cuya respuesta a otras frecuencias es menor.
Entre los equivalentes musicales de este ejemplo están los tubos de resonancia
colocados debajo de cada barra de instrumentos como la marimba o el vibráfono.
Sin
embargo, en la construcción de la caja de resonancia (o cuerpo) de un piano o
de un violín es necesario lograr un resonador perfectamente calibrado capaz de
reforzar los tonos de las cuerdas en un amplio rango de frecuencias
fundamentales y armónicas. En la práctica, los instrumentos de la familia del
violín no alcanzan la misma resonancia en todas las frecuencias; en cierto modo
discriminan frecuencias dependiendo de su forma particular, la tensión y las
técnicas de barnizado usadas para lograr calidades tonales, respuestas y sonoridades
más agradables. Por lo tanto, cada instrumento imprime su particular “color” al
sonido ysiempre existirán pequeñas diferencias.
Muchos
instrumentos tienden a reforzar los armónicos de una banda de frecuencias en
particular sin importar cuál sea la fundamental que se toque. Esta región tonal
se conoce como “formante”, y el ejecutante, de manera consciente o
subconsciente, deberá aprender a controlarlo. La voz humana es un ejemplo
excelente de las diferencias físicas que contribuyen a los colores individuales;
y de hecho, el sonido de cada vocal se caracteriza por tener dos regiones
formantes fijas. Los efectos importantes de la resonancia en los sonidos musicales
se pueden apreciar también en cualquier habitación donde se ejecute música.
Toda habitación tiene frecuencias resonantes naturales, conocidas como series
armónicas o “eigentones” (al., “tonos propios”), relacionadas con el largo,
ancho y alto de la habitación. Similar a lo que sucede en un complejo tubo de
órgano, en la habitación las ondas rebotan contra las superficies paralelas de
las paredes, el piso y el techo. La resonancia selectiva en estas frecuencias
de las series armónicas inevitablemente dará color al sonido, en particular en habitaciones
rectangulares y pequeñas donde las frecuencias resonantes son lo
suficientemente altas para entrar dentro del rango musical. Puede lograrse un
cierto grado de control al implementar recubrimientos suaves que amortigüen las
resonancias, o bien con paredes de forma irregular que aumenten la difusión de
la energía sonora.
8. Tonos combinados y
pulsos
Al
sonar notas simultáneas, el oído humano es perfectamente capaz de distinguir
cada una de ellas, sin embargo, dependiendo de lo cercana que sea la altura de
las notas, se producirán efectos colaterales. Imaginemos que un instrumento
toca constantemente la nota la’ (440 Hz) mientras otro toca una nota de altura variable.
Si el segundo instrumento también toca a 440 Hz, sonará un unísono perfecto y
la nota simplemente incrementará su volumen, pero si la segunda nota se eleva
ligeramente, digamos a 445 Hz, se escuchará una nota de algún tono intermedio
cuyo volumen pulsará conforme los picos máximos y mínimos de las dos ondas se
junten y separen. Estas pulsaciones se llaman “batimientos” y, en el ejemplo
planteado (también conocido como “tono diferencial”), habrá cinco batimientos
por segundo. Los afinadores profesionales de piano, para ajustar con exactitud
el tono indicado, saben detectar y suprimir dichos batimientos.
La
elevación de la altura del segundo instrumento del ejemplo genera una
disonancia desagradable que varía dependiendo de la diferencia de frecuencia y
se disminuye hasta cero en los familiares intervalos consonantes de tercera mayor
(4:3), quinta justa (3:2) y octava (2:1). En el caso particular de la octava,
así como para todos los armónicos adyacentes numerados, la diferencia de
frecuencia es, de hecho, la fundamental. Esto explica el efecto conocido como
“fundamental subjetiva”, audible por ejemplo cuando un radio pequeño parece
reproducir notas graves que, por su reducido tamaño, normalmente sería incapaz
de emitir. El batimiento entre los armónicos adyacentes provoca que el cerebro
“escuche” la fundamental inexistente
9. Propagación del
sonido
La
naturaleza invisible de las ondas sonoras ha motivado a los investigadores a
improvisar modelos o analogías tanto para ayudar a su propia comprensión como para
explicar al mundo en general la naturaleza del sonido. En 1660, por ejemplo,
Robert Boyle, al suspender un reloj dentro de un frasco de vidrio al vacío,
comprobó que el sonido requiere de un medio físico para su transmisión. Con
aire en el frasco, el timbre de alarma del reloj se oía con claridad, pero
conforme se iba extrayendo el aire del
frasco, el timbre se desvanecía paulatinamente hasta volverse inaudible. Al
volver a llenar de aire el frasco, el timbre de alarma podía oírse de nuevo. Experimentos
similares con fuentes sonoras sumergidas en agua probaron que el sonido viaja
con la misma facilidad a través tanto de los líquidos como de los gases. Los
materiales sólidos también constituyen un medio eficaz para la transmisión del
sonido, como lo atestiguan relatos de indios norteamericanos que presionaban
sus orejas contra las vías del ferrocarril para escuchar los trenes a grandes
distancias. Por supuesto que el medio en sí no es el que viaja desde la fuente
hasta el observador, simplemente transmite su movimiento vibratorio de manera
similar a una cadena de personas que combaten un incendio pasando la cubeta de
mano en mano, desde el depósito de agua hasta el sitio del fuego. En una onda
sonora cada partícula del medio transmite la energía reproduciendo la vibración
desde el lugar en que se encuentra. La velocidad de transmisión será mayor
cuanto más cercanas entre sí se encuentren las partículas vibrantes, lo cual
explica que la velocidad del sonido sea mayor en los líquidos que en los gases
y mayor aun en los sólidos.
Los
valores comunes de velocidad de transmisión del sonido aparecen en la Tabla 1.
La
velocidad del sonido en el aire aumenta aproximadamente 0.61 metros por segundo
por cada grado centígrado de elevación de la temperatura. Cabe mencionar que la
velocidad del sonido alcanza aproximadamente
1
200 km por hora. Al compararse con la velocidad de la luz y las ondas de radio
(297 600 km por segundo) puede explicarse por qué el sonido de leña siendo
cortada a lo lejos, llega al oído poco tiempo después de que el ojo ve el hacha
golpear la madera. También deja claro por qué los músicos deben agruparse relativamente
cerca para reducir los retrasos en la llegada del sonido ocasionados por una
distancia excesiva.
Una
analogía común para explicar la transmisión del sonido es la imagen de una
piedra golpeando la superficie de aguas tranquilas y formando ondas que se expanden
en círculos concéntricos cada vez mayores. Con el choque, la piedra empuja
hacia abajo algunas partículas de agua que a su vez empujan las partículas contiguas
y de tal manera el movimiento es transmitido a través de capas sucesivas de
partículas. Inmediatamente después, las partículas regresan viajando hacia
arriba y así sucesivamente. Esta singular onda de choque es análoga a un
aplauso, por lo que es posible producir el sonido equivalente a una nota
musical constante haciendo vibrar un émbolo hacia arriba y hacia abajo para
generar ondas de radiación continua. Debe notarse, en primer término que el
avance de la onda describe un círculo perfecto, lo cual demuestra que la
velocidad de transmisión es igual en cualquier dirección; en segundo término,
que un aumento en la frecuencia vibratoria no altera la velocidad de
desplazamiento de las ondas sino que simplemente provoca que las crestas de las
ondas se acerquen entre sí; y por último, que un aumento en la amplitud del
movimiento del émbolo (más energía) tampoco altera la velocidad de las ondas
pero sí aumenta la distancia y la magnitud a la que viajarán las ondas antes de
que se disipe la energía. Como se ha dicho, el sonido es vibración, y en la Fig.
1 ilustramos una manera de demostrar el movimiento de la punta de un diapasón.
Un método más versátil para mostrar –incluso registrar– la naturaleza vibratoria
de las ondas sonoras es el fonoautógrafo, creado por Leon Scott en 1875.
Consiste en una larga trompeta con una membrana delgada en su extremo más
estrecho que es capaz de captar la energía sonora incidente. Sujeta a la
membrana, una púa apoya su punta contra la superficie ahumada de un cilindro en
movimiento. Al tocar una flauta cerca de la trompeta, la púa vibra en simpatía
y traza una línea ondulada en el cilindro. El número de ciclos por segundo de
la onda trazada es la frecuencia, y la distancia que abarca un ciclo completo
se denomina “longitud de onda”. Puesto que la velocidad de una onda es la
distancia que viaja por segundo, la fórmula universal para la transmisión de
ondas y de medios de grabación de todo tipo es: “velocidad = frecuencia ×
longitud de onda”. Puesto que la velocidad del sonido en el aire es de 340
metros por segundo, se establece que la longitud de onda de una nota con 340 Hz
es de un metro, con 34 Hz es de 10 metros y así sucesivamente. Dentro del rango
general aceptado de frecuencias audibles, 20- 20 000 Hz, las longitudes de onda
en el aire pueden abarcar desde 17 metros hasta 17 milímetros.
10. Radiación y
reflexión del sonido
El
concepto de longitud de onda está relacionado directamente con la manera en que
las ondas sonoras viajan a partir de diversas fuentes sonoras, cómo son
reflejadas al topar con obstáculos en su camino y con la manera en que se
acrecientan o desvanecen en salones o salas de concierto.
Cuando
una fuente sonora es pequeña comparada con la longitud de onda de la nota que
irradia, las ondas viajan alejándose con igual fuerza en todas direcciones, describiendo
una versión tridimensional análoga a las ondas de agua antes mencionadas, donde
el frente de onda corresponde a una esfera en expansión. Puesto que la cantidad
de energía original se extiende en un área mayor, la intensidad del sonido
disminuye progresivamente (es decir, la energía que pasa a través de un área
dada del frente de onda. Dado que el área de la superficie de una esfera es
proporcional al cuadrado de su radio, la intensidad disminuirá el cuadrado de
la distancia recorrida; esto se conoce como
“regla
del cuadrado inverso”.
En
contraste, una fuente de mayor tamaño que la longitud de onda genera un frente
de onda plano (o liso) cuya intensidad apenas disminuye con la distancia.
Puesto que la longitud de las ondas sonoras abarcan desde varios metros hasta
pocos milímetros, puede deducirse que la mayor parte de los instrumentos y
altavoces son de tamaño mediano, por lo que tienden a irradiar notas graves
(longitudes de onda largas) de manera poco eficaz en todas direcciones, y notas
agudas (longitudes de onda cortas) con fuerza en direcciones específicas, partiendo
de un eje común.
Al
igual que otros tipos de ondas, las ondas sonoras rebotan o son reflejadas al
topar con una pared o un obstáculo. Nuevamente, la longitud de onda es
importante y un obstáculo debe ser relativamente grande para que la reflexión
se lleve a cabo. Las ondas largas son desviadas por el obstáculo y prosiguen su
viaje (proceso conocido como “difracción”). Cuando una onda topa con una gran
superficie en águlos rectos, es reflejada en sentido opuesto siguiendo su trayecto
original. Esto establece un patrón de interferencia conocido como “onda estacionaria”,
con picos máximos y mínimos de energía sonora calculados en múltiplos de un
cuarto de la longitud de onda de la superficie de reflexión. Esto explica la
existencia de “puntos muertos” en auditorios, así como resonancias indeseadas
en cuartos pequeños.
Por
supuesto que la reflexión es más eficiente en una superficie dura como el mármol,
mientras que las superficies suaves o porosas absorben cierta cantidad de la
energía sonora incidente. De manera similar, una superficie irregular tiende a
dispersar o difundir el sonido.
Cuando
un sonido reflejado alcanza el oído después que la onda directa, con un
intervalo aproximado de 1/20 de segundo, se presenta como “eco” y se oyen dos
sonidos distintos. Esto implica una distancia de unos 17 metros, lo cual
explica el eco de los grandes salones, iglesias y calles de la ciudad. Otra
experiencia común es el cambio de tono que ocurre cuando entre la fuente y el
oyente hay un movimiento relativo; conocido como efecto Doppler, es
perfectamente audible en el repentino descenso de tono de la sirena de un
vehículo en movimiento, o a la inversa, al escuchar desde un tren en movimiento
el sonido de una campana fija en un cruce de camino. La frecuencia audible real
en dichos casos depende de la suma de las velocidades del sonido y del vehículo,
de manera que, conforme más se aproxime una persona a la fuente sonora, mayor
será el número de ciclos por segundo que perciba (tono más alto), y menor al
alejarse (tono más bajo).
11. Intensidad del
sonido
La
sensación de “volumen” está relacionada con la magnitud de las vibraciones de
aire que llegan a los oídos y, por lo tanto, dependerá de la potencia de la fuente
sonora (medida en watts), y de la distancia entre la fuente y el observador.
Sólo alrededor de 1% de la energía usada por un músico se transforma en sonido,
el resto se pierde como calor por la fricción resultante. La Tabla 2 muestra el
amplio rango de la potencia total que irradian algunas fuentes de sonido comunes.
En
la práctica, sólo una pequeña fracción del sonido irradiado por una fuente
sonora alcanza los oídos de un oyente; la intensidad (la potencia que pasa a
través de un área dada), por lo tanto, es muy baja. El oído humano es capaz de
responder a un rango sorprendente de intensidades en una proporción de
aproximadamente 10 millones de millones a uno. La relación entre intensidad y
volumen subjetivo no es estricta, pero un aumento de 10 veces en intensidad difícilmente
iguala una duplicación de volumen. Existen 12 niveles de magnitud entre los
umbrales de sonido audible más bajo y más alto.
Cada
nivel se denomina Bel, pero suele ser más común
y útil la unidad menor conocida como decibel (dB). La Tabla 3 muestra
algunos ejemplos de niveles de intensidad.
Nótese
que el decibel es una unidad de nivel relativo y no de nivel absoluto, y que
las cifras presentadas equivalen a un millón millonésimo de watt por centímetro
cuadrado, respecto al “umbral de audición” normal.
Este
es el sonido más débil audible para el oído normal y corresponde a una amplitud
de tímpano menor al diámetro de un átomo.
El
oído no responde con la misma sensibilidad a todas las frecuencias, pero
alcanza su pico máximo de agudeza en la región de 1 000-2 000 Hz. La frecuencia
común de medición acústica es 1 000 Hz (kilohertz, abreviado como kHz), mientras
que la “unidad de volumen” o “phon” se usa para describir el nivel de volumen de
cualquier sonido en referencia al nivel de intensidad en dB de un tono de igual
volumen a 1 000 Hz. Coincidentemente, un phon corresponde aproximadamente a la
menor diferencia de volumen audible.
Referencias:
Diccionario Enciclopédico de la música, ALISON LATHAM
FONDO, 2008, Fondo de Cultura Económica
Definista (2017). ¿Qué es Sonido? - Su Definición,
Concepto y Significado. [online] Conceptodefinicion.de. Available at:
http://conceptodefinicion.de/sonido/ [Accessed 3 Dec. 2017].
