Ondas Sonoras Audibles
¿Qué es el Sonido?
El sonido es una onda mecánica longitudinal que se propaga por un medio elástico. Es una perturbación física que se propaga en medios como el aire.
El Espectro Sonoro
El espectro sonoro se divide en tres intervalos de frecuencias:
- Sonido audible
- Sonido infrasónico
- Sonido ultrasónico
Sonido audible: Corresponde a las ondas sonoras en un intervalo de frecuencias de 20 a 20000 Hz.
Sonido infrasónico: Ondas sonoras con frecuencias por debajo del intervalo audible.
Sonido ultrasónico: Ondas sonoras con frecuencias por encima del intervalo audible.
Efectos Sensoriales y Propiedades Físicas
- Fuerza (Volumen): Intensidad
- Tono: Frecuencia
- Timbre (Calidad): Forma de la onda
Las ondas sonoras constituyen un flujo de energía a través de la materia. La intensidad de una onda sonora específica es una medida de la razón en la que la energía se propaga por cierto volumen espacial.
Medición de la Intensidad Sonora: Decibeles (dB)
Debido a la amplitud del intervalo de intensidades al que es sensible el oído, se utiliza una escala logarítmica para las mediciones de intensidades sonoras:
Cuando la intensidad I1 de un sonido es 10 veces mayor que la intensidad I2 de otro, la relación de intensidades es de 1 bel (B).
En la práctica, se utiliza el decibel (dB):
Relación logarítmica de dos cantidades
El cambio de intensidad varía con el cuadrado de la distancia de la fuente. Por ejemplo, al doble de distancia, la intensidad se reduce a la cuarta parte.
Tono y Calidad
La frecuencia de un sonido determina su tono. Los músicos designan el tono por las notas musicales (do, re, mi, etc.).
Dos sonidos del mismo tono pueden tener diferente calidad o timbre. Esto se debe a las condiciones de frontera y a la cantidad e intensidad relativa de los armónicos presentes.
El Origen de la Escala Musical
Los pitagóricos, utilizando el monocordio, observaron que la longitud de una cuerda tensa influye en el sonido producido. Identificaron intervalos armoniosos:
- Octava: La cuerda mide la mitad del total, el sonido se repite más agudo. La frecuencia es el doble.
- Quinta: La cuerda mide dos tercios del total. La frecuencia es de tres medios.
- Cuarta: La cuerda mide tres cuartos del total. La frecuencia es cuatro tercios.
La Escala Musical
A partir de un sonido original, se obtienen diferentes notas. Ordenando la octava de menor a mayor frecuencia, se obtiene la escala diatónica (teclas blancas del piano).
Utilizando las cuartas, se obtienen las notas intermedias (teclas negras del piano), formando la escala cromática.
Interferencia y Pulsaciones
La interferencia también se presenta en ondas sonoras. Un ejemplo son las pulsaciones producidas por dos diapasones con frecuencias ligeramente diferentes.
Consonancia y Disonancia
Pulsaciones lentas producen un efecto de trémolo. Pulsaciones rápidas generan disonancia. La consonancia se da cuando no hay interferencia entre armónicos importantes.
Propagación del Sonido
Ley del Cuadrado Inverso
La intensidad del sonido es inversamente proporcional al cuadrado de la distancia de la fuente.
Frecuencia y Amplitud
La frecuencia es el número de ciclos por segundo. La amplitud es la máxima separación de las partículas del medio de su posición de equilibrio. La amplitud determina el volumen.
Velocidad del Sonido
En el aire, a 20°C, la velocidad del sonido es de 341 m/s, con un factor de 0.6 m/s por cada grado centígrado.
Longitud de Onda
Es la distancia que recorre la onda sonora para completar un ciclo. A menor frecuencia, mayor longitud de onda.
Periodo
Es el tiempo que tarda una onda en completar un ciclo. Periodo = 1/frecuencia. A menor frecuencia, mayor periodo.
Fase
Fase: Relación de tiempo de las ondas sonoras con respecto al tiempo de referencia inicial. Incluye la polaridad y el retraso en la reproducción.
Contenido Armónico
El timbre de un sonido se determina por su contenido armónico. Los armónicos son múltiplos de la frecuencia fundamental.
Envolvente
Describe cómo varía la amplitud del sonido en el tiempo. Etapas: ataque, decaimiento, sostenimiento y liberación.
Decibel (dB)
El bel es la relación entre dos magnitudes: Bel = log (mag1/mag2). dB = 10 log (mag1/mag2).
Cálculo de Decibeles
dB = 10 log (potencia 1 / potencia 2)
Escalas en Decibeles
- dBm: Referencia 1 miliwatt.
- dBW: Referencia 1 watt.
- dBu: Referencia 0.775 volts.
- dBV: Referencia 1 volt.
- dBSPL: Mide la intensidad de las ondas sonoras. 0 dBSPL = 20 micropascales.
Niveles Absolutos vs. Niveles Relativos
Es importante especificar la referencia al usar dB.
Difracción
La difracción es la desviación del sonido de su trayectoria rectilínea al encontrar un obstáculo. Es más notable en longitudes de onda grandes (frecuencias bajas).
Refracción del Sonido
La refracción es el cambio de dirección del sonido debido a diferencias en la velocidad de propagación.
Reflexión del Sonido
La reflexión del sonido se produce cuando las ondas sonoras chocan contra una superficie. Las superficies convexas difunden el sonido, mientras que las cóncavas lo concentran.