El sonido, en física, se refiere principalmente a cualquier fenómeno que involucre la propagación de forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido que esté generando movimiento vibratorio de un cuerpo.
Para introducir el tema del sonido hay que saber que este tema se estudia a través de la acústica, que trata principalmente de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.
PROPAGACIÓN DEL SONIDO
Algunas de las características que poseen los fluidos y los sólidos influyen en la onda del sonido, debido a esto es que el sonido se propaga mas rápido en los sólidos y en los líquidos que en los gases. Generalmente la velocidad del sonido se mide de esta forma: cuanto mayor sea la compresibilidad (1/k) del medio tanto es menor la velocidad del sonido, otro factor importante en la velocidad de propagación del sonido es la densidad, mientras mayor sea la densidad a igualdad de todo lo demás, tanto mayor es la velocidad de la propagación del sonido. La formula para medir la velocidad del sonido es la siguiente:
En tanto en los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de manera que el factor de mayor importancia suele ser la temperatura. La propagación del sonido esta sujeta a algunos condicionales, de tal manera que así la transmisión de sonido requiere la existencia de un medio material donde la vibración de las moléculas es percibida como una onda sonora. En la propagación en medios comprensibles como el aire la propagación implica que en algunas zonas las moléculas de aire en el momento de vibrar se juntan (zona de comprensión) y en otras se alejan (zona de refracción), esta alteración es lo que finalmente lleva a producir el sonido. En fluidos altamente incomprensibles como los líquidos, las distancias se ven muy poco afectadas pero se manifiesta en forma de ondas de presión.
Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda, frecuencia o inversa del periodo, amplitud y no hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda con respecto a otra.
Sin embargo, un sonido complejo cualquiera no está caracterizado por los parámetros anteriores, ya que en general un sonido cualquiera es una combinación de ondas sonoras que difieren en los cincos parámetros anteriores.
La caracterización de un sonido arbitrariamente complejo implica analizar tanto la energía transmitida como la distribución de dicha energía entre las diversas ondas componentes, para ello resulta útil investigado.
VELOCIDAD DEL SONIDO
El sonido tiene una velocidad de 331,5 m/s cuando: la temperatura es de 0 ºC la presión atmosférica es de 1 atm y se presenta una humedad relativa al aire de 0%. Aunque depende muy poco de la presión del aire. La velocidad del sonido depende del tipo de material; cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos y en los líquidos es mas veloz que en los gases, esto se debe especialmente a que las partículas en los sólidos están mas cercanas
Podemos ocupar la siguiente formula para calcular la velocidad del sonido en el aire en relacion a la temperatura:
REVERBERACIÓN
La reverberación es la suma total de las reflexiones del sonido que llegan al lugar del oyente en diferentes momentos del tiempo. Auditivamente se caracteriza por una prolongación, a modo de "cola sonora", que se añade al sonido original. La duración y la coloración timbrica de esta colo depende de lo siguiente: la distancia entre el oyente y la fuente sonora; la naturaleza de las superficies que reflejan el sonido. En situaciones naturales hablamos de sonido directo para referirnos al sonido que se transmite directamente desde la fuente sonora hasta nosotros. Por otra parte, el sonido reflejado es el que percibimos después de que haya rebotado en las superficies que delimitan el recinto acústico, o en los objetos que se encuentren en su trayectoria.
Evidentemente, la trayectoria del sonido reflejado siempre será más larga que la del sonido directo, de manera que temporalmente escuchemos primero el sonido directo y unos instantes más tarde escuchemos las primeras reflexiones, a medida que transcurre el tiempo las reflexiones que nos llegan son cada vez de menor intensidad hasta que desaparecen. Nuestra sensación, no obstante, no es la de escuchar sonidos separados, ya que el cerebro los integra en un único precepto, siempre que las reflexiones lleguen con una separación menor de unos 50 milisegundos. Esto es lo que se denomina efecto Haas o efecto de precedencia.
FISIOLOGÍA DEL SONIDO
1.1 APARATO AUDITIVO
Los sonidos son percibidos a través del aparato auditivo que recibe las ondas sonoras que son convertidas en movimientos de los osteocillos oticos y percibidas en el oído interno que a su vez las transmite mediante el sistema nervioso del cerebro. Esta habilidad se tiene incluso antes de nacer.
1.2 VOZ HUMANA
La voz humana se produce por la vibración de las cuerdas vocales, lo cual genera una onda sonora que es combinación de varias frecuencias y sus correspondientes armónicos. La cavidad buco_nasal sirve para crear ondas cuasiestacionarias por lo que ciertas frecuencias denominadas formantes. Cada segmento de sonido del habla viene caracterizado por cierto espectro de frecuencias o distribución de la energía sonora en las diferentes frecuencias. El oido humano es capaz de identificar diferentes formantes de dicho sonido y percibir cada sonido con formantes diferentes como cualitativamente diferentes, eso es lo que permite por ejemplo distinguir dos vocales.
Tipicamente el primer formante, el de frecuencia más baja está relacionada con a abertura de la vocal que en última instancia está relacionada con la frecuencia de las ondas estacionarias que vibran verticalmente en la cavidad. El segundo formante está relacionado con la vibración en la dirección horizontal y está relacionado con si la vocal es anterior, central o posterior.
En cuanto a la voz masculina tiene un tono fundamental, la cual se encuentra entre los 100 y 200 Hz, mientras que en el caso de la voz femenina esta es mas aguda, y esta entre los 150 y 300 Hz. En el caso de los niños estas llegan a ser mas agudas en cuanto a la voz femenina. Sin el filtrado por resonancia que produce la cavidad buco-nasal nuestras emisiones sonoras no tendrían la claridad necesaria para ser audibles. Ese proceso de filtrado es precisamente lo que permite generar los diversos formantes de cada unidad segmental del habla.
RESONANCIA
La resonancia es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al recibir las frecuencias del otro.
Para entender este fenómeno de la resistencia lo podemos explicar con el siguiente ejemplo: supongamos que se tiene un tubo con agua y cercano al tubo tenemos un diapasón, si golpeamos el diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo, cuando el agua alcance determinada altura el sonido será mas fuerte, esto se debe a que la columna de agua contenida en el tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido.
Un ejemplo es el efecto de afinar las cuerdas de la guitarra, puesto que al afinar, lo que se hace es igualar las frecuencias, es decir poner en resonancia el sonido de las cuerdas.
SONIDO EN LA MÚSICA
El sonido en combinación con el silencio es la materia prima de la música; en la música los sonidos se califican en las diferentes categorías: largos y cortos, fuertes y débiles, agudos y graves, agradables y desagradables. A lo largo de la historia el ser humano ha inventado una serie de reglas para ordenarlo hasta construir algún tipo de lenguaje musical.
Las propiedades del sonido vienen siendo 4 y son las siguientes:
- Altura o Tono
- Intensidad
- Timbre
- Duración
La altura indica si el sonido es grave, agudo o medio, y la forma de medir esto es en Hz, la vibración lenta hace referencia a una baja frecuencia osea a un sonido grave, en el caso de la vibración rápida hace referencia a una alta frecuencia osea a un sonido agudo.
Para que los seres humanos podamos percibir los sonidos, estos deben estar en el rango entre 20 y 20.000 Hz, si el sonido llega a ser menor a esto se le llama infrasonido y si es mayor, ultrasonido. Esto se le llama frecuencia audible. A medida que pasan los años este rango va reduciéndose tanto en graves como agudos.
La intensidad es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido, es decir lo fuerte o suave de un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Además la intensidad del sonido se divide en en intensidad física e auditiva, la primera esta determinada por la cantidad se energía que se propaga, en la unidad de tiempo, a través de la unidad de aérea perpendicular a la dirección en que se propaga la onda. Y la intensidad auditiva que se fundamenta en la ley psicofisica de Weber-Fechner, la cual establece una relación logarítmica entre la intensidad física del sonido que es captado, y la intensidad física mínima audible por el oído humano. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB) en honor al científico e inventor Alexander Graham Bell.
El timbre se basa principalmente en si una misma nota suena distinta si se toca en una flauta, un violín, una trompeta, etc. Cada instrumento tiene un timbre que lo identifica o diferencia de los demás. Con la voz sucede lo mismo. El sonido dado por un hombre, una mujer, un niño o niña tienen distinto timbre. El timbre nos permitirá distinguir si la voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada. Otra cosa que influye en la variación del timbre es la calidad del material que se utilice, de esta forma se puede apreciar si el sonido es claro, sordo, agradable o molesto.
Las fuentes del sonido son aquellas que suenan cuando echan agua a frecuencias mayores de 3000 Hz/s, pueden ser tanto humanas como rinocerontes o bufalos, dependiendo si tienen pelo o piel tanto gruesa como fina, como papel de plata (también siendo esta una buena fuente de sonido).
