El Sonido

E

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].