Concepto de sonido

El sonido es una vibración mecánica que se propaga en un medio y que puede ser  captada por el oído humano produciendo una sensación. El sonido se produce cuando una fuente sonora (por ejemplo, una cuerda de guitarra) vibra. Dicha vibración es un movimiento de vaivén que obligará a moverse de la misma forma a las moléculas de aire que están próximas a la fuente. Esa oscilación, juntará o separará las moléculas de una forma alternada, es decir, se crearán zonas de compresión y de depresión que a su vez empujarán a otras moléculas contiguas y así sucesivamente, produciéndose ondas sonoras que se moverán haciéndose más grandes alrededor de la fuente, al igual que las olas producidas en un estanque cuando se lanza una piedra.

Cuando ponemos en vibración un cuerpo para producir un sonido, esto afecta o perturba a las capas de aire más cercanas, produciéndose en cada partícula el comportamiento que describimos anteriormente. Estas partículas que por su oscilación van entrechocando, contagian el movimiento a las partículas más alejadas que estaban en reposo, mientras que las primeras van retornando a la posición original. Las nuevas partículas que están en oscilación y por lo tanto entrechocando, transmitirán el movimiento a otras que están  más lejos, y así sucesivamente hasta que la oscilación se extingue.

Como dijimos, las vibraciones se originan por movimiento de vaivén de partículas (aire, agua, cuerpos sólidos, etc.). Cuando este movimiento ocurre uniformemente, se habla de una vibración armónica. Así tenemos:

–          la elongación o la desviación de las partículas con respecto a la posición de reposo

–          la amplitud o la máxima elongación

–          la fase o el estado momentáneo de oscilación correspondiente al ángulo de fase

–          el período o el tiempo transcurrido entre dos estados de oscilación iguales

–          la frecuencia o número de oscilaciones por segundo

–          la longitud de onda o la distancia entre dos puntos sucesivos de la oscilación en igualdad de fase

La propagación del sonido en el aire se efectúa a una velocidad constante de 340 metros por segundo, siendo ésta más rápida en los líquidos y sólidos. El sonido se transmite en línea recta, pero si encuentra un obstáculo parte se absorbe y parte se refleja: por lo tanto, lo que llega al oyente es una mezcla del sonido directo con, un poco más tarde, los múltiples rebotes del mismo.

La vibración más simple es la senoidal. El sonido correspondiente es llamado sonido puro o simple. Los sonidos simples están constituidos por una única frecuencia, solo pueden ser generados electrónicamente o en el diapasón que da la frecuencia de 440 hertz. No existen en la naturaleza.

Los sonidos complejos tienen una frecuencia principal y otras que se denominan parciales. La altura que se percibe es la de la frecuencia principal, y los parciales determinan el timbre del sonido. Mediante el llamado análisis de Fourier, en cuyos detalles no vamos a entrar, cualquier onda compleja se puede descomponer en suma de ondas senoidales de distintas frecuencias y amplitudes que como dijimos se llaman “parciales”. Esto se expresa en un diagrama que se llama espectro, donde cada barra vertical indica la amplitud de cada parcial y a la línea que une los extremos de dichas barras se llama envolvente espectral. Si las frecuencias de los parciales están en proporción de números enteros (1, 2, 3, etc.) se llaman parciales armónicos y el parcial correspondiente al número 1 es la frecuencia fundamental. Los parciales inarmónicos son los que no están en proporción de números enteros. Los espectros de casi todos los instrumentos musicales son prácticamente armónicos, mientras que los de percusión, ruidos, etc. son inarmónicos. Las formas de onda periódicas corresponden a espectros armónicos y la aperiódicas a los inarmónicos.

La propagación del sonido se da a través de la onda sonora. Esta se produce a partir de la transmisión del movimiento oscilatorio a distintos “niveles” o “capas” de un medio dado – por ejemplo el aire -, cada vez más distantes del punto donde se originó la vibración.

A una onda de este tipo que se repite, se le llama onda periódica y a cada repetición ciclo. El período y la frecuencia son sus parámetros más importantes. El período es el tiempo que transcurre en un ciclo, y se expresa en segundos. La frecuencia es el número de veces que se repite un ciclo cada segundo, y se expresa en ciclos por segundo o Hertz. Es la que determina la altura del sonido, mientras que la amplitud determina la intensidad sonora. Según el movimiento vibratorio y la dirección de propagación de la onda se distinguen:

–          Ondas transversales, en cuerpos sólidos, en los cuales el movimiento oscilatorio de las partículas transcurre en forma transversal o perpendicular a la dirección de propagación.

–          Ondas longitudinales, en cuyo caso el movimiento oscilatorio de las partículas transcurre en la misma dirección de propagación.

Las ondas sonoras son ondas longitudinales, en las cuales un excitador comprime periódicamente las partículas (del aire) y de ese modo irradia la onda como una fluctuación de densidad o de presión.

El sonido como fenómeno ondulatorio cumple con diferentes propiedades:

–          Reflexión. Es el eco. Al sonido se le opone una barrera suficientemente grande, producido el sonido fuerte y de corta duración, si el oyente esta suficientemente lejos podrá escuchar el eco o sea su reflexión.

–          Refracción. La rapidez de propagación de las ondas varia en dos medios adyacentes. En un lago helado, el sonido se curva y sube desde el hielo. Por esta razón los sonidos pueden recorrer grandes distancias sobre el hielo.

–          Difracción. Es la propiedad que tienen las ondas de contornear un obstáculo. Si en una habitación se producen sonidos, los sonidos más graves se escuchan a mayor distancia de la pared exterior, los sonidos agudos pueden oírse a distancias mucho menores.

–          Efecto Dopler. Se da cuando la distancia relativa entre emisor y receptor del sonido cambia. Se produce un cambio en la altura o tono del sonido. Es el caso de la sirena de la ambulancia que se acerca y luego se aleja.

–          Interferencia. Pueden combinarse ondas mediante su superposición. Cuando se combinan ondas de igual frecuencia para dar una sola, y  los efectos de ambas ondas se han sumado, se llama interferencia constructiva, la onda final es más potente.