Se denomina acústica la parte de la Física que estudia los... sentido del oído y que se denomina ruidos o sonidos. L... INTRODUCCIÓN

INTRODUCCIÓN
¿Qué es la Acústica?
Se denomina acústica la parte de la Física que estudia los fenómenos que percibe el
sentido del oído y que se denomina ruidos o sonidos. L o s r u i d o s c o r r e s p o n d e n a
p e r c e p c i o n e s a u d i t i v a s b r e v e s , o p o r l o menos descontinúas; los sonidos dan una
sensación de continuidad,
permaneciendo durante cierto tiempo idéntico así mismos, y les
corresponde una sensación musical particular.
La acústica estudia las diferentes aplicaciones instrumentales y musicales de las leyes físicas del
sonido, como con su aplicación construcción de instrumentos y de salas de concierto. La acústica
puede dividirse en tres direcciones distintas: física o matemática, fisiológica, aplicada.
Física o matemática: estudia el sonido en sí mismo y las leyes de su producción, de su
constitución y de su propagación.
Fisiológica: estudia el sonido en sus relaciones con los órganos de la formación y de la audición.
Aplicada: se ocupa de las relaciones de la ciencia con el arte, de la construcción de instrumentos
y de la arquitectura de las salas destinadas a las ejecuciones musicales.
La palabra “acústica” designa todo lo referente al sentido del oído, pero comúnmente se la usa con
uno de estos dos significados: primero, el cuerpo de hechos y teoría que concierne a las
propiedades, producción y transmisión del sonido. Segundo, la adaptabilidad de un edificio para oír
en él discursos y música. Así pues hablamos de la “ciencia de la acústica” y también de “la acústica”
de una sala de conciertos.
La acústica es una rama de la física interdisciplinaria que estudia el
sonido, infrasonido y ultrasonido, es decir ondas mecánicas que se propagan a través de la materia
(tanto sólida como líquida o gaseosa) (no pueden propagarse en el vacío) por medio de
modelos físicos y matemáticos. A efectos prácticos, la acústica estudia la producción, transmisión,
almacenamiento, percepción o reproducción del sonido. La ingeniería acústica es la rama de la
ingeniería que trata de las aplicaciones tecnológicas de la acústica. La acústica considera
el sonido como una vibración que se propaga generalmente en el aire a una velocidad de 343 m/s
(aproximadamente 1 km cada 3 segundos), ó 1235 km/h en condiciones normales
de presión y temperatura (1 atm y 20 °C).
La comprensión de la física de los procesos acústicos avanzó rápidamente durante y después de
la Revolución Científica. Galileo (1564-1642) y Mersenne (1588-1648) descubrieron de forma
independiente todas las leyes de la cuerda vibrante, terminando así el trabajo que Pitágoras había
comenzado 2000 años antes. Galileo escribió «Las ondas son producidas por las vibraciones de un
cuerpo sonoro, que se difunden por el aire, llevando al tímpano del oído un estímulo que la mente
interpreta como sonido», sentando así el comienzo de la acústica fisiológica y de la psicológica.
Entre 1630 y 1680 se realizaron mediciones experimentales de la velocidad del sonido en el aire por
una serie de investigadores, destacando de entre ellos Mersenne. Mientras tanto, Newton (16421727) obtuvo la fórmula para la velocidad de onda en sólidos, uno de los pilares de la física acústica
(Principia, 1687).
PUNTOS PRINCIPALES
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Definición de Sonido y Velocidad de éste.
Infrasonido y Ultrasonido
Fenómenos acústicos– Cualidades del sonido– Fuentes sonoras
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Efecto Doppler
El Oído
La voz humana
Propiedades que comparten la música y la matemática.
Los Tipos de Micrófono.
Comunicación animal (hormigas, perros, delfines...)
La radio.
DEFINICION DE SONIDO
El sonido es la vibración de un medio elástico, bien sea gaseoso,
l í q u i d o o s ó l i d o . C u a n d o n o s r e f e r i m o s a l s o n i d o a u d i b l e p o r e l o í d o humano,
estamos hablando de la sensación detectada por nuestro oído, que producen las rápidas variaciones
de presión en el aire por encima y por debajo de un valor estático. Este valor estático nos
lo da la presión a t m o s f é r i c a ( a l r e d e d o r d e 1 0 0 . 0 0 0 p a s c a l s ) e l c u a l
t i e n e u n a s variaciones pequeñas y de forma muy lenta, tal y como se
p u e d e comprobar en un barómetro. ¿Como son de pequeñas y de rápidas las variaciones
de presión que c a u s a n e l s o n i d o ? C u a n d o l a s r á p i d a s v a r i a c i o n e s d e
p r e s i ó n s e centran entre 20 y 20.000 veces por segundo (igual a una frecuencia de 2 0 H z
a 20 kHz) el sonido es potencialmente audible aunque las variaciones
d e p r e s i ó n p u e d a n s e r a v e c e s t a n p e q u e ñ a s c o m o l a millonésima parte de un
pascal. Los sonidos muy fuertes son causados p o r g r a n d e s v a r i a c i o n e s d e p r e s i ó n , p o r
ejemplo una variación de 1 p a s c a l s e o i r í a c o m o u n s o n i d o m u y f u e r t e ,
siempre y cuando la mayoría de la energía de dicho sonido estuviera
c o n t e n i d a e n l a s frecuencias medias (1kHz - 4 kHz) que es donde el oído
h u m a n o e s más sensitivo. E l s o n i d o l o p u e d e p r o d u c i r d i f e r e n t e s f u e n t e s , d e s d e
u n a p e r s o n a hablando hasta un altavoz, que es una membrana móvil que comprime el
aire generado ondas sonoras.
HISTORIA:
Le dio el nombre el físico francés José Sauveur (1653-1716), este también fue unos de los creadores
de esta ciencia. En la antigüedad y en la edad media se hicieron diferente experimentos vibratorios,
desde el monocordio de Pitágoras, pasando por los principios de Gioseffo Zarlino a mediados del
siglo XVI, Salinas, Galileo e Isaac Newton, hasta llegar a Pithanasius Kichev y el número “p” Marin
Mersenne, ya en el siglo XVII, quienes aplicaron muchas de las precedentes experiencias a los
instrumentos musicales. Joseph Sauveur dio a estos estudios el nombre de acústica y creó esta
especialidad, que desarrollaron diferentes científicos posteriores profundizando en sus aspectos
peculiares: Daniel Bernouilli en los sonidos armónicos, Euler en las vibraciones y Félix Savart en el
aspecto fisiológico y aplicación a los instrumentos; finalmente, en 1863 Hermann Ludwig F.
Helmholtz reunió todos los avances aportados hasta el momento. Posteriormente la invención de
fonógrafo (Thomas Alva Edison, 1877), radio, cine, magnetófono y televisión han contribuido al
enorme progreso de esta ciencia. Más recientemente, la electroacústica ha permitido un análisis más
detallado de los sonidos e incluso su síntesis. La acústica arquitectónica trata de obtener, por un
lado, la mejor audición del sonido en un edificio mediante el estudio de las formas y la elección de los
materiales y, por otro, el aislamiento acústico de los locales, tanto entre sí como del exterior.
Algunas ramas de la física acústica:
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Aeroacústica: generación de sonido debido al movimiento violento en el aire.
Acústica en física: análisis de los fenómenos sonoros, mediante modelos físicos y matemáticos.
Acústica arquitectónica: estudio del control del sonido, tanto del aislamiento entre recintos
habitables (casas, cuartos o habitaciones), como del acondicionamiento acústico de locales
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(salas de conciertos, teatros, etc.), amortiguándolo mediante materiales blandos, o reflejándolo
con materiales duros para que la construcción o la estructura del lugar permita el máximo
aprovechamiento del sonido o bien hacer que en sonido disminuya y no traspase los muros o
paredes.
Psicoacústica: estudia la percepción del sonido en humanos, la capacidad para localizar
espacialmente la fuente, es decir su ubicación, la calidad observada de los métodos de
compresión de audio, etcétera.
Bioacústica: estudio de la audición animal (murciélagos, perros, delfines, etc.) y así comprender
como utilizan el sentido auditivo (como radares, detectando sonidos de baja frecuencia o como
protección para si mismo).
Acústica ambiental: estudio del sonido en exteriores, el ruido ambiental y sus efectos en las
personas y la naturaleza, estudio de fuentes de ruido como el tránsito vehicular, ruido generado
por trenes y aviones, establecimientos industriales, talleres, locales de ocio y el ruido producido
por el vecindario (la contaminación auditiva).
Acústica subacuática: relacionada sobre todo con la detección de objetos mediante el sonido
(se utiliza en barcos o en submarinos sonar).
Acústica musical: estudio de la producción de sonido en los instrumentos musicales, y de los
sistemas de afinación de la escala.
Electroacústica: estudia el tratamiento electrónico del sonido, incluyendo la captación
(micrófono y estudios de grabación), procesamiento (efectos, filtrado comprensión, etc.)
amplificación, grabación, producción (altavoces), etc.
Acústica fisiológica: estudio del funcionamiento del aparato auditivo, desde la oreja a la corteza
cerebral (el oído y sus componentes, así como sus repercusiones, enfermedades y trastornos).
Acústica fonética: análisis de las características acústicas del habla y sus aplicaciones.
Macroacústica: estudio de los sonidos extremadamente intensos, como el de las explosiones,
turborreactores, entre otros.
ONDAS INFRASONICAS
Son ondas sonoras que tienen frecuencias por debajo del umbral de sensibilidad humano
(20 Hz). El estudio de los infrasonidos se centra en la atenuación y/o eliminación de frecuencias
perjudiciales para la salud oel bienestar. Fuentes artificiales generadoras de infrasonidos
pueden ser motores, sistemas de ventilación o sistemas de calefacción y
fuentesnaturales, las tormentas, terremotos, fuertes vientos, volcanes y, engeneral, todo
fenómeno que suponga movimiento de una gran masa.
1. Infrasonidos
Podemos definir los infrasonidos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es
inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir e n t r e 0 y 2 0 H z . P e r o ,
debido a que la mayoría de los aparatos
electroacústicos utilizan una frecuencia entre 20 y 30
H z , consideraremos también como infrasonidos a toda vibración con una frecuencia por
debajo de los 30 Hz. Dentro de la teoría de los infrasonidos abarcamos las vibraciones de los
l í q u i d o s y l a s d e l o s g a s e s p e r o n o l a d e l o s s ó l i d o s . É s t a s ú l t i m a s , gracias a sus
aplicaciones y su problemática, se han convertido en una ciencia aparte llamada vibraciones
mecánicas. Veamos algunas características de los infrasonidos:- E m i s i ó n e n
forma de ondas esféricas.- S o n d i f í c i l e s d e c o n c e n t r a r . M e n o r a b s o r c i ó n q u e a a l t a s f r e c u e n c i a s , a u n q u e é
s t a dependerá de la temperatura del gas en el que viajan, el peso molecular del mismo y
la dirección del viento.- L o s e m i s o r e s e x i s t e n t e s s u e l e n s e r d e m a l a c a l i d a d . - D e b i d o
a una menor atenuación, los infrasonidos pueden
llegar m á s l e j o s q u e l a s d e m á s o n d a s . E s t o e s u t i l i z a d o p a r a l a d e
t e c c i ó n d e g r a n d e s o b j e t o s a g r a n d e s d i s t a n c i a s c o m o montañas o el
fondo marino.
2. Ondas ultrasónicas
Son ondas sonoras que tienen frecuencias por encima del umbral
des e n s i b i l i d a d h u m a n a ( 2 0 h z . ) . L o s u l t r a s o n i d o s t i e n e n m u l t i t u d d e
aplicaciones: en medicina (terapia, ecografía, etc.), en oceanografía (medición de
profundidades, detección de icebergs, funcionamiento del sónar, etc.) en la industria y en teledirección, entre
otras.
3. Ultrasonidos
Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia ess u p e r
i o r a l m a r g e n d e a u d i c i ó n h u m a n o , e s d e c i r , 2 0 H z a
p r o x i m a d a m e n t e . L a s f r e c u e n c i a s u t i l i z a d a s e n l a p r á c t i c a p u e d e n llegar, incluso,
a los giga hertzios. En cuanto a las longitudes de onda, éstas son del orden de
centímetros para frecuencias bajas y del orden de micras para altas frecuencias.
VELOCIDAD DEL SONIDO
1. En los gases:
El razonamiento que se sigue para deducir la fórmula de la velocidad dela propagación del sonido en
un gas, es muy semejante al de las ondas en una barra elástica, pero con una diferencia importante.
Los gases son muy comprensibles y su densidad cambia al modificarse la presión.
2. En el aire:
La velocidad de propagación del sonido en el aire a 0 °C es 331 m/s y si sube en 1 °C la
temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6m/s. La velocidad del sonido en el aire (a una
temperatura de 20°C) es de340m/s (1.224 km/h).
3. En diferentes medios:
En los sólidos la velocidad del sonido está dada por: Donde
E es el módulo de Youngy ρ es la densidad. De esta forma puede calcular la velocidad del sonido para
el:
Acero que es de aproximadamente 5.146 m/s o la
Madera que es de aproximadamente 3.900 m/s. La velocidad del sonido en e lagua es de
interés para realizar mapas del fondo del océano. En
Agua salada, e l s o n i d o v i a j a a a p r o x i m a d a m e n t e 1 . 5 0 0 m / s y e n
Agua dulce a 1.435 m/s. Estas velocidades varían debido a la presión, profundidad, temperatura,
salinidad, entre otros factores. En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los
líquidos y en los líquidos es mayor que los gases.
FENOMENOS ACUSTICOS El ECO.
E n l a m i t o l o g í a g r i e g a , e c o s i g n i f i c a n i n f a d e l a m o n t a ñ a . E l d i o s suprem
o Zeus, la persuadió de entretener a su mujer, Hera, con una charla incesante, para que
ésta no pudiese espiarlo. Irritada, Hera le quitó a Eco el poder de hablar, dejándole sólo
la facultad de repetir la última sílaba de cada palabra que oyera. Un amor no correspondido por el
bello Narciso, que amaba a su propia imagen reflejada, hizo que Eco languideciera hasta que sólo
quedó de ella su voz.
L a s o n d a s s o n o r a s s u f r e n u n a r e f l e x i ó n p a r c i a l a l c h o c a r c o n l a su
perficie de un medio cualquiera de distinta densidad a la del medio en q u e s e p r o p a g a b a n .
E s t a e s l a c a u s a d e u n a p é r d i d a d e e n e r g í a vibrante y en, consecuencia de
amplitud; al disminuir ésta, la intensidad d e l s o n i d o s e h a c e m e n o r . L a s r e f l e x i o n e s
s u c e s i v a s d e l s o n i d o e n capas atmosféricas de densidad diversa hacen que se
amortigüe y se limite extraordinariamente su radio de percepción. Al reflejarse el sonido en un
sólido, por ejemplo un muro, la energía dela onda reflejada es la misma que el incidente y la
pérdida de intensidades la que corresponde al aumento de distancia. Cuando la onda incidente y
la reflejada impresionan el oído del mismo observador con intermitencia suficiente para
la percepción de los dos sonidos, se produce el fenómeno llamado ECO. El intervalo de
tiempo mínimo para que nuestro oído perciba
sonidosm u s i c a l e s e s 0 . 1 s e g u n d o s y 0 . 0 7 s e g u n d o s p a r a s o n i d o s s e c o s
(palabras). Si consideramos como velocidad del sonido a la temperatura de 20ºC uno 340 m/s el
espacio que debe recorrer la onda en su ida y v u e l t a d e l o í d o a l o b s t á c u l o e s : s
=0.1 x340=34m
para sonidos musicales, en el caso de sonidos secos (palabras) el espacio que debe
recorrer la onda en su ida y vuelta del oído al obstáculo en las mismas condiciones es: s =
0 .07 x 340 = 23.8 m.
LA REVERBERACIÓN.
La reverberación es el fenómeno de sucesivas reflexiones del sonido en
distintas superficies. Se produce reverberación cuando las ondas
reflejadas llegan al oyente antes de la extinción de la onda directa, es decir, en un
tiempo menor que el de persistencia acústica del
sonido.E s t e f e n ó m e n o e s d e s u m a i m p o r t a n c i a , y a q u e s e p r o d u c e
e n cualquier recinto en el que se propaga una onda sonora. El oyente no s ó l o p e r c i b e
la onda directa, sino las sucesivas reflexiones que la
m i s m a p r o d u c e e n l a s d i s t i n t a s s u p e r f i c i e s d e l r e c i n t o . C o n t r o l a n d o adecuadame
nte este efecto, se contribuye a mejorar las condiciones a c ú s t i c a s d e l o s l o c a l e s
t a l e s c o m o t e a t r o s , s a l a s d e c o n c i e r t o y , e n general, todo tipo de salas. La característica
que define la reverberación de un local se denomina tiempo de reverberación. Se define
como el t i e m p o q u e t r a n s c u r r e h a s t a q u e l a i n t e n s i d a d d e l s o n i d o q u e d a
reducida a una millonésima de su valor inicial. E s t e t i e m p o d e r e v e r b e r a c i ó n n o d e b e s e r
d e m a s i a d o l a r g o , p o r l o s inconvenientes antes nombrados. Tampoco debe ser
demasiado corto p u e s , e n t o n c e s , e n u n a g r a n s a l a d e e s p e c t á c u l o s , p o r e j e m p l o ,
n o c a p t a r í a l o s s o n i d o s e l a u d i t o r i o e n t e r o . E l t i e m p o d e r e v e r b e r a c i ó n óptimo
es de 1 a 2 segundos. En fábricas, talleres, etc., conviene, para evitar molestias auditivas,
un tiempo de reverberación muy corto. Se evita tal fenómeno por medio de cuerpos
absorbentes del sonido, que, reflejándose en ellos, pierde un tanto por ciento
determinados de su intensidad en cada reflexión.
CÁMARA ANECOICA.
Existen habitaciones llamadas anecoicas que tienen un recubrimiento e s p e c i a l q u e
absorbe toda la energía proveniente de las reflexiones ( c á m a r a s s i n e c o ) ,
a s í s ó l o e s c u c h a m o s e l s o n i d o t a l y c o m o s e produce, la mayoría de las
p e r s o n a s , s e q u e d a n s o r p r e n d i d a s d e l o seco que son los sonidos en estas cámaras.
Esta cámara está diseñada para minimizar los efectos de los sonidos y e l r u i d o
e x t e r n o . E l s o n i d o e x t e r n o s e e v i t a m e d i a n t e e l a i s l a m i e n t o físico de la estructura,
filtros acústicos en los conductos de ventilación y los anchos muros. Las superficies superiores
están cubiertas de material absorbente del sonido - como fibra de cristal o lana mineral tanto en planchas como en cubos verticales y horizontales. El techo y el suelo están rellenos
def o r m a s i m i l a r ; c o n u n a e s t r e c h a m a l l a m e t á l i c a j u s t o p o r e n c i m a d e l s u e l o ,
q u e p r o p o r c i o n a u n a s u p e r f i c i e ó p t i m a p a r a p o d e r a n d a r . L a reflexión del sonido se
puede reducir de uno a 1000 en esta habitación, simulando las condiciones acústicas de espacio
libre no obstruido
CUALIDADES DEL SONIDO
Se distinguen habitualmente en la sensación sonora tres cualidades principales: a l t u r a ,
intensidad y timbre, q u e p o r s u i m p o r t a n c i a
y d i v e r s i d a d c o n s t i t u y e n o t r a s t a n t a s s e n s a c i o n e s . E s c o s t u m b r e correlacion
ar la altura de un sonido con la frecuencia de las vibraciones que lo originan, la intensidad con
la amplitud y el timbre con la ley
quer i g e d i c h o m o v i m i e n t o v i b r a t o r i o . T o d o e s t o e s c i e r t o e n p r i m e r a aprox
imación, pero analizando más profundamente las sensaciones y sus respectivos
estímulos como lo haremos en los párrafos siguientes, veremos que la realidad no es tan
sencilla. La
Duración e s u n a c u a l i d a d d e l s o n i d o q u e n o h e m o s m e n c i o n a d o hasta ahora pero
que posee gran importancia musical pues es la que d e t e r m i n a e l r i t m o , u n o d e l o s
e l e m e n t o s b á s i c o s d e l a m ú s i c a . L a duración de una sensación sonora depende
directamente de la duración d e l m o v i m i e n t o v i b r a t o r i o q u e o r i g i n a e l s o n i d o , a u n q u e
e n a l g u n o s casos la sensación persiste después del cesar el estímulo. Cuando la
duración es muy pequeña afecta nuestra percepción de la altura: según experiencias realizadas por
Ekdahl y Stevens, un sonido de 1000 ciclos cuya duración es de 0,01 segundos produce una
sensación cuya altura e s i g u a l a l a d e u n s o n i d o d e 8 4 2 c i c l o s c u y a
d u r a c i ó n e s d e 1 , 5 segundos. Con la intensidad del sonido ocurren fenómenos similares.
A d e m á s d e l a s c u a l i d a d e s d e l s o n i d o y a m e n c i o n a d a s s u e l e n atribuírsele otras como
el volumen y la densidad; esto es perfectamente p o s i b l e p u e s c o n l a s d o s v a r i a b l e s
( f r e c u e n c i a y a m p l i t u d ) , p u e d e n existir infinitas funciones diferentes. El volumen es una
sensación que aumenta al aumentar la amplitud y disminuye al crecer la frecuencia: una
nota de flautín parece tener menos "volumen", menos cuerpo,
queu n a n o t a d e c o n t r a b a j o d e l a m i s m a i n t e n s i d a d ; a l a u m e n t a r l a i
ntensidad de los sonidos emitidos por un instrumento, parece aumentar su volumen. La densidad de
un sonido es una sensación que producen ciertos sonidos de ser más compactos, más
"densos" que
otros;estas e n s a c i ó n p a r e c e d e p e n d e r d e l a f r e c u e n c i a y a u m e n t a r c o n e l l
a , debido probablemente a la mayor velocidad con que se suceden las
vibraciones en los sonidos agudos.
Altura: su definición y dependencia
La altura de un sonido es la cualidad de la sensación sonora a que nos r e f e r i m o s
c u a n d o d e c i m o s q u e u n s o n i d o e s m á s a g u d o ( a l t o ) o m á s grave (bajo) que otro.
Depende principalmente de la frecuencia aunque también es afectada por la amplitud del
movimiento vibratorio, como v e r e m o s d e i n m e d i a t o . L o s s o n i d o s a g u d o s
corresponden a los de frecuencia elevada y los graves a los de baja
f r e c u e n c i a . E s c u r i o s o constatar que en la mayoría de las lenguas europeas los vocablos "alto"
y "bajo" corresponden respectivamente a los sonidos agudos y a los g r a v e s ;
l a r a z ó n d e e s t a a s o c i a c i ó n n o e s m u y c l a r a p e r o h a s i d o observado que al
pedir a varios observadores que localicen la fuente a p a r e n t e d e u n a s e r i e d e s o n i d o s
emitidos detrás de una pantalla, tienden a situar el punto de emisión de los
s o n i d o s a g u d o s a m a y o r altura que para los sonidos graves, aunque el punto real
de emisión no varíe. El umbral para la sensación de altura está entre los 16 y los 18
ciclos, denominándose infrasonidos los movimientos
vibratorios de frecuenciai n f e r i o r a é s t a . D i c h o u m b r a l n o e s e s t r i c t a m e n t e e l
d e t o d a s l a s sensaciones auditivas, pero con frecuencias menores que las citadas,
como pulsaciones aisladas, a veces de carácter táctil. Además, es difícil separar los sonidos graves
de los armónicos aurales que se originan en el oído del observador. La cima de las sensaciones de
altura oscila entre los 16000 y los 20000 ciclos, variando considerablemente de sujeto a
sujeto; la sensibilidad del oído para los sonidos agudos comienza a decrecer a partir de los
30años.La amplitud afecta la altura: los sonidos de frecuencia baja (hasta 500ciclos)
parecen más graves cuando aumenta su amplitud, ocurriendo lo contrario con los sonidos
de alta frecuencia (sobre los 4000 ciclos); los s o n i d o s d e f r e c u e n c i a
media sufren poca
variación. Los sonidosu t i l i z a d o s e n m ú s i c a c a s i n o p r e s e n t a n
e s t e f e n ó m e n o p u e s generalmente contienen armónicos situados en l
a r e g i ó n d e l a s frecuencias medias donde no se lo observa; en cambio, es
observable sobre los sonidos puros como los que produce el diapasón: pídase a u n a
p e r s o n a q u e r e p r o d u z c a c o n l a v o z e l s o n i d o p r o d u c i d o p o r u n diapasón,
colocándolo primero a un metro y luego al lado del oído del observador; el sonido
reproducido en segundo término será más bajo que el reproducido primero, pues al
acercar el diapasón al observador, los sonidos que emite llegan a éste con más fuerza.
Por lo tanto, para controlar la afinación de un instrumento no conviene acercar mucho el
paso al oído. Es de gran interés determinar si la relación armónica de dos sonidos
depende de su altura o de su frecuencia. Las investigaciones realizadas p o r F l e t c h e r e n e s t e
s e n t i d o , m u e s t r a n q u e e s l a f r e c u e n c i a y n o l a altura la que determina esta
relación. Ejecutados sucesivamente, un sonido de 400 ciclos y un sonido de 205, pueden
producir la sensación d e
o c t a v a ,
p e r o
s i m u l t á n e a m e n t e
s o n
d i s c o r d a n t e s . Los umbrale
s d i f e r e n c i a l e s p a r a l a s e n s a c i ó n d e a l t u r a v a r í a n considerablemente
con la frecuencia y la intensidad de los sonidos estudiados. En la región de los
1000 ciclos, el oído puede percibir d i f e r e n c i a s d e f r e c u e n c i a d e 3
c i c l o s ( 0 , 3 % ) , o s e a d e 1 / 1 6 d e semitono, mientras que en la región de los
60 ciclos, la sensibilidad es de 1 % o sea de casi un semitono. En condiciones
favorables, puede d i s t i n g u i r s e e n a g u d a , l a s e n s i b i l i d a d d e l o í d o
decae nuevamente. P a r a q u e u n s o n i d o p r o d u z c a
una sensación clara de altura, suduración mínima debe ser del o
r d e n d e l v i g é s i m o d e s e g u n d o . Se llama oído absoluto la cualidad
poseída por ciertas personas de r e c o n o c e r u n s o n i d o
b a s á n d o s e ú n i c a m e n t e s o b r e s u a l t u r a . L a s experiencias deben hacerse con
sonidos puros sin que el observador i n t e n t e t a r a r e a r l o s o s i l b a r l o s p u e s d e o t r o
m o d o i n t e r v e n d r í a e n e l reconocimiento la memoria muscular. Debe notarse que la
mayoría del o s m ú s i c o s q u e c r e e n p o s e e r o í d o a b s o l u t o , s ó l o l o p o s e e n p a r a e l
instrumento que ejecutan y cuando los sonidos varían en forma
discontinua como en las escalas musicales. Si las frecuencias varían en forma continua, la
individualización de una nota determinada es mucho más difícil. El oído absoluto tiene una
utilidad musical relativa, siendom u c h o m á s i m p o r t a n t e e l o í d o d e
r e l a c i ó n ; g r a n d e s g e n i o s c o m o Schumann y W agner han carecido de oído
a b s o l u t o a u n q u e o t r o s l o han poseído en grado muy marcado.
Intensidad del sonido
La intensidad d e l s o n i d o d e s d e e l p u n t o d e v i s t a p s i c o l ó g i c o , e s l a cualidad de la
sensación sonora que queremos indicar cuando decimos q u e
unsonido es más fuerte o más débil que otro; depende
principalmente de la amplitud del movimiento vibratorio que origina el sonido. Llámese
umbral de audibilidad para un sonido de frecuencia dada, el punto en que la intensidad
de dicho sonido no puede disminuirse sin que cese de ser oído. La cima de las
sensaciones de intensidad es el p u n t o d o n d e é s t a s n o p u e d e n a u m e n t a r s i n
c a m b i a r d e e s p e c i e , convirtiéndose en sensaciones dolorosas; por lo tanto,
el umbral de e s t a s ú l t i m a s e s s i m u l t á n e a m e n t e ,
c i m a d e l a s p r i m e r a s . El oído puede experimentar sensaciones de
intensidad, mismo si
lad u r a c i ó n d e l s o n i d o q u e l a s p r o d u c e e s d e 0 , 0 0 0 3 d e s e g u n d o . D
esde el punto de vista físico, la intensidad del sonido se mide de dos maneras: como
intensidad absoluta, expresando la energía de la
ondas o n o r a e n u n i d a d e s d e p o t e n c i a o d e p r e s i ó n y c o m o i n t e n s i d a d
relativa, mediante escalas que se forman tomando como unidad de m e d i d a
para cada sonido, su intensidad absoluta en el umbral
d e audibilidad.L a m e d i c i ó n d e l a i n t e n s i d a d a b s o l u t a s e e f e c t ú a m e d i a
n t e u n procedimiento ideado por Lord Rayleigh que consiste en suspender un disco
liviano dentro del campo de acción de una onda sonora y medir el á n g u l o g i r a d o p o r a q u e l
que tiende a colocarse normalmente a ésta
El timbre: su definición y dependencia
El timbre es la cualidad de la sensación sonora que permite
establecer l a p r o v e n i e n c i a d e l o s d i f e r e n t e s s o n i d o s y
r u i d o s . L o s s o n i d o s producidos por un mismo instrumento tienen todos un
timbre igual o s i m i l a r , c u a l q u i e r a s e a s u
altura e intensidad; por otra parte, dossonidos de igual altura e intensi
dad ejecutados por instrumentosd i s t i n t o s s e r á n i n c o n f u n d i b l e s , p u e
s s u t i m b r e s e r á d i f e r e n t e . Dos movimientos vibratorios de igual frecuencia y
amplitud producirán sonidos de la misma altura e intensidad; si estos sonidos difieren en su
timbre, es evidente que habrá una tercera característica del movimiento vibratorio que será la que
producirá dicha diferencia. Esta característica del movimiento vibratorio es la ley según la cual
varía la elongación en f u n c i ó n
d e l
t i e m p o
e n
e l
i n t e r v a l o
d e
u n
p e r í o d
o
. La representación gráfica de la variación de la elongación en función del tiempo, origina
las distintas curvas que caracterizan el timbre de cada sonido. Por esta razón, se dice
frecuentemente que el timbre depende d e l a f o r m a o d e l a c o m p l e j i d a d d e l a o n d a
sonora. Debe recordarse que las curvas correspondientes a movimientos
v i b r a t o r i o s o a l a s ondas sonoras que éstas originan, no indican el movimiento real
de las partículas del cuerpo sonoro o del medio en el cual se propaga la onda s i n o q u e
representan las variaciones
e n f u n c i ó n d e l t i e m p o d e l a elongación de dichas partículas, mientras que los
movimientos ser e a l i z a n s o b r e p e q u e ñ í s i m a s t r a y e c t o r i
a s r e c t i l í n e a s . Para aclarar esto, recurramos a la sinusoide; sab
e m o s q u e é s t a representa el movimiento de un punto que se mueve con movimiento
armónico simple, ya sea éste el punto material de un péndulo que oscila lateralmente sobre un
arco de circunferencia o la pesa de un resorte oscilando sobre una línea vertical.
Es evidente que la curva representa solamente la variación de la elongación en función
del tiempo, pues de o t r o m o d o , e l m o v i m i e n t o d e l a p e s a y e l m o v i m i e n t o
c u r v i l í n e o d e l punto material de la pesa debieran representarse de manera distinta. El
físico alemán G. S. Ohm fue el primero en proponer una explicación d e l a s
s e n s a c i o n e s t í m b r i c a s . E x p r e s a l a l e y d e O h m q u e e l o í d o analiza las
ondas complejas que sobre él inciden, descomponiéndolas en sus componentes
sinusoidales, comportándose como si estuviera c o n s t i t u i d o p o r u n a m u l t i t u d d e
resonadores, cada uno de los cuales resuena para un sonido simple
d e t e r m i n a d o ; s e e n t i e n d e p o r s o n i d o simple el producido por una única onda sinusoidal.
Los sonidos simples que componen el sonido complejo se llaman en este caso armónicos.
Se llaman armónicos aurales los sonidos generados por la distorsión
introducida por el oído. Es fácil demostrar su existencia, creandop u l s
a c i o n e s c o n s o n i d o s p u r o s d e f r e c u e n c i a p r ó x i m
a . Al estudiar el timbre de sonidos producidos por percusión es necesario tomar en
cuenta la existencia de parciales transitorios o fugaces, que aparecen inmediatamente
después de la percusión y duran fracciones p e q u e ñ a s d e s e g u n d o ,
m o d i f i c a n d o g r a n d e m e n t e s i n e m b a r g o , e l t i m b r e d e l s o n i d o . Hermann von
Helmholtz en su libro "Sensaciones sonoras", publicado en 1862, resumió los resultados
de 8 años de experiencias realizadas para confirmar la ley de Ohm diciendo: "las diferencias de
timbre de los distintos sonidos, provienen únicamente de la presencia de armónicos y de su
intensidad relativa". Helmholtz y Ohm sostenían que la fase de los d i f e r e n t e s a r m ó n i c o s n o
i n f l u y e e n e l t i m b r e d e l c o m p l e j o , p e r o e s t e aspecto de su teoría ha sido refutado
por observadores más recientes. En su aspecto fisiológico, las teorías de Helmholtz y Ohm
suponen quelas fibras de la membrana basilar y los órganos de Corti desempeñan el papel de
resonadores para los sonidos simples. La teoría de Helmholtz, m u y c o n v e n i e n t e b a j o c i e r t o s
a s p e c t o s , n o e x p l i c a c o n t o d o v a r i o s fenómenos como ser las pulsaciones y el
enmascaramiento, razón por la cual ha caído en desuso.
El profesor Fritz Volbach, en
su interesante libro "La orquesta moderna", sostiene que hay sólo dos formas básicas en las
ondas sonoras: una f o r m a s i n u o s a y u n a f o r m a d e n t a d a , c o n t o d o s l o s p o s i b l e s
tipos de transición, correspondiendo las formas sinuosas a los sonidos de la
f l a u t a y l a t r o m p a y l a s f o r m a s d e n t a d a s a l o b o e y l a t r o m p e t a ; l o s armónicos se
agregan a estas ondas formando ondas de superposición, pero sin alterar su carácter básico;
sostiene además, que los armónicos d e u n s o n i d o p o s e e n y a e l t i m b r e d e é s t e . S e g ú n
V o l b a c h , n o p o d r á nunca sintetizarse el timbre de la trompeta a partir de parciales de
la f l a u t a , p o r e j e m p l o , a u n q u e s e v a r í e n s u s i n t e n s i d a d e s y s e q u i t e n o añadan
parciales. Haciendo estudios sobre los instrumentos de viento, deduce que el modo de
provocar la vibración del aire influye sobre el timbre: si las compresiones y dilataciones
sep r o d u c e n s u a v e m e n t e , l a f o r m a b á s i c a d e l a o n d a s e r á s i n u o s a , e v o l u
cionando hacia la forma dentada cuanto más violenta es laproducción d
e las ondas.
BIBLIOGRAFÍA:
Enciclopedia Microsoft Encarta 1998.
Diversas páginas web, sin éxito.
Diccionario enciclopédico Larousse, tomo 1, editorial planeta, año de publicación 1990.
Diccionario enciclopédico Castell, tomo 1, editorial Castell, año de publicación 1992.
Enciclopedia estudiantil, editorial Cultural, año de publicación 2000.
En la biblioteca:
Libro especializado en la música, editorial Noguer, año de publicación 1974.
Libro especializado en la música, editorial Iberia, año de publicación 1981.
Diccionario Oxford de la música, editorial Edhasa, año de publicación 1984.
ACOUSTICS, Bruce Lindsay, Dowden - Hutchingon Books Publishers, capítulo 3
Rayleigh, J. W. S. (1894), The Theory of Sound, New York, NY, United States: Dover.
http://es.scribd.com/doc/2896037/Proyecto-de-Fisica-SONIDO-Y-ACUSTICA