Física del sonido. Concepto del sonido. Análisis del sonido. Propiedades del sonido

El sonido se puede definir, como todo agente físico que impresiona el sistema del oído. El sonido se produce por vibraciones de los cuerpos, éste se transmite por un medio material en forma de movimiento ondulatorio. Se necesita para que haya sonido un cuerpo productor (diapasón, voz humana, instrumento musical,…) un medio transmisor (a veces sólido, o líquido o gaseoso) en el vacío no se propaga el sonido. Y también se necesita un medio receptor adecuado, en su ausencia sólo habrá movimiento vibratorio, unas ondas que se produzcan, pero no sonido.

El término acústica, que significa akucin en griego (significa oír), es la parte de la ciencia dedicada al estudio del sonido. De tal forma que podríamos hablar de una acústica:

–    física (ej. Infrasonidos de gran importancia en sismología, ultrasonidos, ecografías).

–    Arquitectónica (importancia en el diseño de edificios)

–    Electrónica

–    Fisiológica (audición y fonética)

–    Musical (estudio de las escalas)

De esta forma, para nosotros en audición y lenguaje una definición técnica del sonido: “sensación experimentada cuando llegan al oído ondas producidas por determinados movimientos vibratorios”. El sonido se propaga a través de ondas por el aire a340 Km./segundo o lo que es igual,1240 Km./hora. En el agua el sonido se propaga tres veces más rápido que por el aire. El en acero, se propaga a5000 m. /segundo, es decir, 15 veces más que por el aire.

Para el sentido de la audición, se requiere:

–    Un estímulo, son los agentes externos que provocan que los elementos del oído externo sean afectados.

–    Excitación, proceso por el cual los órganos del oído captan el estímulo, estimulando el oído medio e interno.

–    Sensación, es la impresión que la segunda produce en el cerebro. Entre dos sonidos diferentes, el sentido de la audición los distingue por las cualidades del sonido:

  • Tono y altura (agudo o grave)
  • Sonoridad o intensidad (potencia)
  • Timbre
  • Duración, volumen o densidad.

Sonido es toda sensación agradable, formada por la composición de una frecuencia fundamental, con su serie de armónicos simples.

Ruido es la mezcla compleja de sonidos, frecuencias diferentes, las cuáles producen con frecuencia una sensación desagradable.

 

CUALIDADES DEL SONIDO.

  1. Altura o tono, depende de la frecuencia del movimiento vibratorio que la originó, siendo los sonidos graves producidos por movimientos vibratorios de frecuencia pequeña. Y los sonidos agudos por frecuencias elevadas. Se llama banda de audiofrecuencias (gama de frecuencias audibles por la media de los humanos):

–    Bajas de16 a256 hz.

–    Medias de512 a1024 hz.

–    Altas de2048 a20.000 hz.

Para la práctica musical, se emplea como sonidos fundamentales, entre 30 y 12.000 hz., por debajo de los 15 hz son infrasonidos y por lo tanto inaudibles para la cóclea, pero si que pueden afecta a los órganos del equilibrio y el cerebro produciendo vértigos, hemorragias internas, gáticas, etc.

La más perjudicial es la de 7hz. que es de las ondas alpha de los electroencefalogramas (EES) que son las ondas de reposo del cerebro y que hacen imposible todo trabajo intelectual a dicha frecuencia. Se emplean en sismología, en ensayos del comportamiento de estructuras y en espionaje político.

Los ultrasonidos se producen por movimientos vibratorios con frecuencias por encima del límite de la audición. Tienen muchas aplicaciones de la industria y en medicina (ecografías, resonancias) con el fin de expresar lo más posible la altura de un sonido, se emplea una clasificación denominada banda de octavas. La octava es la relación entre dos sonidos cuyas frecuencias son el doble una de la otra, es decir, ej. 880 hz es la octava de 440hz. ya que el cociente es dos.

El criterio musical es tomar la frecuencia patrón de 440 hz.

Relación con la fisiología del oído de la altura: el tono, altura o frecuencia del habla humana varía entre 60 y 500 hz por segundo y está determinada por el número de ciclos de apertura y cierre glóticos por segundo. A mayor número de oscilaciones glóticas, rápidas y pequeñas, mayor agudeza de la voz, y al revés, los movimientos lentos pero de mayor tamaño originarán tonos más graves.

  1. La intensidad, es la cualidad que se quiere expresar cuando se dice que un sonido es más fuerte o más débil que otro. La intensidad depende de la amplitud del movimiento vibratorio que lo origina. El umbral de audición es el valor que debe alcanzar la intensidad de un sonido para empezar a ser oído.

Si la intensidad es muy fuerte se convierte en sensación dolorosa. La intensidad o potencia se mide en watios y de esta forma el watio es la energía emitida en unidad de tiempo por una fuente sonora. La potencia media emitida por una persona en el tono medio de la conversación es de 10w como esa unidad es muy fuerte, se emplea en audición como unidad de intensidad el decibelio, que expresa el mínimo estímulo que el oído transforma en sensación, de esta forma, los audiómetros y sonómetros se regulan entre -10 y 140 db.

En un cuadro de ordenadas podemos colocar lo que nuestro cerebro es capaz de captar, una laguna donde estaría en lenguaje, otra la música, otra más sonidos audibles y otra (onda más grande) que sería el umbral doloroso (más potencia), por ejemplo, un murmullo de hojas en el aire, 10 db, conversación 50db, motor de reacción 140 db. A partir de 120 db estaría el umbral doloroso.

Relación con la fisiología de la intensidad: la intensidad de la voz humana depende sobre todo del tracto o estructuras infraglóticas (pulmones, caja torácica, músculos de la espalda y abdomen) que genera y dirige la corriente aire hacia los pliegues y cuerdas vocales, puede variar la intensidad de la voz, las contracciones laríngeas, el estado emocional o la estructura propia de cada idioma.

  1. Forma o timbre, el timbre de un sonido es la cualidad que permite diferenciar dos sonidos de igual altura e intensidad, pero de diversa procedencia. La forma es la cualidad física que determina el carácter subjetivo del timbre.

El timbre depende del grado de complejidad del movimiento vibratorio que origina dicho sonido. Esta cualidad del sonido no es medible. Un mismo cuerpo sonoro puede producir varios sonidos, según las condiciones en que vibre. El más grave de estos sonidos es el fundamental, y el resto se llaman parciales, que pueden ser armónicos (si son semejantes al fundamental, concordantes y si son distintos, discordantes o sobretonos)

Dos notas iguales, producidas por instrumentos distintos, como el piano y el violín, presentan una característica distinta, que es el timbre. Los dos sonidos tienen los mismos armónicos en frecuencias, pero la distribución de los sonidos es distinta.

Un sonido complejo es una composición de ondas. Los armónicos, cuya frecuencia queda por encima del límite superior de la audición, no son perceptibles para el oído. Y cuando su nivel de intensidad queda por debajo del umbral de audibilidad para esta frecuencia, tampoco son perceptibles.

Por medio de aparatos osciloscopios analizadores de espectros acústicos se obtienen diagrama de la frecuencia de los diversos tonos parciales que integran un sonido en función de la amplitud de cada uno de ellos. Por ejemplo, un sonido puro (diapasón) está compuesto por una sola frecuencia, un solo armónico. Mientras que una flauta tendrá uno (el más grave) igual a la frecuencia del sonido puro, pero añadirá varios armónicos más.

En los diagramas, la frecuencia se coloca en las abscisas y la intensidad en el eje de las ordenadas.

El timbre, en su relación con la fisiología de la laringe y del oído, es una cualidad de la voz que nos permite identificar a una persona cuando la oímos. El timbre de la voz depende de las características anatómicas de las cavidades de resonancia determinadas por la edad y el sexo, pero la laringe participa en el enriquecimiento del timbre, regulando la zona de aproximación de los pliegues vocales: la fuerza que tiene, el grosor de los pliegues, o la duración o tiempo de anexión (aproximación) del borde interno de las cuerdas vocales.

 

OTRAS CUALIDADES DEL SONIDO

–          Duración

–          Volumen

–          Densidad

Para el expresionismo (movimiento cultural), la realidad de los fenómenos percibidos se encuentra en el interior del artista. El sonido, por lo tanto, no es sino la materialización de un estado emocional. Su verdadero origen se situa en el mundo interior de la psique humana.

Para Webern, el sonido no está ni fuera ni dentro del hombre, sino en un espacio ubicuo y trascendente, inmaterial e intemporal.

 

CONSIDERACIONES FILOGENÉTICAS SOBRE EL DESARROLLO DE LOS SENTIDOS.

El oído del ser humano detecta de dónde procede un sonido, ya que la oreja más próxima a la fuente sonora percibe el sonido a más volumen que la más lejana.

De un modo similar, las serpientes usan la lengua bífida para captar el mundo en estéreo y orientarse. Las serpientes captan moléculas cromáticas con la lengua, las os puntas permiten detectar de qué lado es más intenso el olor y por lo tanto hacia dónde ha ido la presa.

De la misma forma, también detecta hacia dónde ha ido su pareja, y el instrumento del éxito es que las señales captadas por la lengua llegan al cerebro. Se ha observado que éstas, que tienen más separación entre las puntas de la lengua, son las más hábiles para seguir un rastro y aquellas en las que se bloquea uno de los circuitos sensoriales que van de la lengua al cerebro empiezan a girar en redondo.

Ya Aristóteles, en el s. IV a. C.  observó que la lengua bífida multiplica por dos la sensibilidad de las serpientes a los sabores, según los conocimientos actuales, la lengua de éstas interviene en la percepción de moléculas químicas relacionadas con la reproducción, la olfacción y el equilibrio.

 

LEYES DEL SONIDO.

Según el tipo de continente con el que se encuentra la onda sonora, varía las características del sonido. Podríamos mencionar sonidos distintos, con paredes de corcho, ventanas abiertas, moquetas, auditorios vacíos o rellenos de butacas. Entre las leyes que influyen:

  1. La reflexión, la onda se propaga al incidir en otro sentido.
  2. la refracción, la onda atraviesa en parte el continente.
  3. la difracción, la onda bordea el continente.
  4. la absorción, la onda es impedida en su progresión.

 

FENÓMENOS ACÚSTICOS

  1. El eco, consiste en escuchar un sonido después de haberse extinguido la sensación producida por la onda sonora. Con la velocidad de propagación del sonido de 340 m/seg., la distancia de separación entre el foco productor y la superficie reflectante debe ser tal que el tiempo transcurrido entre los caminos de ida y vuelta debe ser de un quinto de segundo para sonidos secos como la palabra o de un décimo de segundo para sonidos musicales.
  2. Reverberación, las ondas reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, los tiempos de reverbe. Son variables según el uso y tamaño del local, así en los50 metros de un estudio de radio, tiene una reverberación de 0,3 segundos, mientras que los22.000 metros cuadrados del auditorio tiene una de dos segundos.

 

AFINACIÓN MUSICAL

Por acuerdo dela ISO, la frecuencia de afinación de la nota 4, está fijada en 440 hz. María Callas y Renata Tebaldo exigían en sus contratos que las orquestas respetaran el nivel justo de afinación. Se empleó antes el de 450 hz pero estropeaba las gargantas.

 

GRÁFICA DE FRECUENCIA DE ARMÓNICOS EN ACÚSTICA

SONIDO GRAVE———-SONIDO AGUDO

Piano 27 hz.————–4.000 hz.

Órgano 16 hz.————12.676 hz.

Violonchelo 65,4 hz.—–659 hz.

Voz (soprano) 261 hz—1046 hz.

Voz (tenor) 146 hz.——440 hz.

Radio FM 50 hz.———-12.000 hz.

Oído humano 16 hz.—–16.00 hz.