Fundamentos del Sonido: Propiedades y Espectro de Frecuencias

INTRODUCCIÓN

En esta primera unidad, relacionada con el sonido, vamos a ver conceptos básicos del sonido desde el punto de vista de la física. Empezaremos analizando sus propiedades y características físicas. A continuación, definiremos lo que significa el espectro de frecuencias de un sonido, para ver cómo funciona realmente nuestro oído al sonido, qué partes son las más importantes y cómo nos permiten oír.

NATURALEZA DEL SONIDO

Las ondas acústicas viajan habitualmente a velocidad constante, que depende del medio y de las condiciones ambientales. En el agua, el sonido viaja 4 veces más rápido que en el aire. Si hay un cambio de temperatura en el medio en el cual se mueve el sonido, la onda viaja de forma curvilínea y no recta; igual pasa en diferentes alturas.

En realidad, la mayoría de las ondas son el resultado de muchas perturbaciones sucesivas del medio, y no sólo una. Cuando dichas perturbaciones se producen a intervalos regulares y son todas de la misma forma, estamos en presencia de una onda periódica, y su número de perturbaciones por segundo se llama frecuencia y se expresa en Hertz; en cambio, en las ondas sonoras, su frecuencia está entre 20 Hz y 20,000 Hz (que es el espectro de audición humana).

Las ondas acústicas de menos de 20 Hz se denominan infrasonidos, y los de más de 20,000 Hz se llaman ultrasonidos. Por lo general, ni unos ni otros son audibles por el ser humano.

El Teorema de Fourier afirma que cualquier forma de onda periódica puede descomponerse en una serie de ondas de una forma particular denominada onda senoidal; cada una de las cuales tiene una frecuencia que es múltiplo de la frecuencia de la onda original. Estas ondas senoidales se denominan armónicos del sonido original, y en muchos instrumentos musicales son claramente audibles.

Así, cuando escuchamos un sonido de 100 Hz, realmente estamos escuchando ondas senoidales de frecuencias 100 Hz, 200 Hz, 300 Hz, 400 Hz, 500 Hz, etc. Estas ondas senoidales se denominan armónicos del sonido original.

La descripción de las ondas senoidales que componen un sonido dado se denomina espectro del sonido. Permite una descripción de las ondas sonoras que está íntimamente vinculada con el efecto de diferentes dispositivos y modificadores físicos del sonido. Si se conoce el espectro de un sonido dado, es posible determinar cómo se verá afectado por varias propiedades.

La amplitud de un sonido es el máximo exceso de presión. En el caso del ruido o de los sonidos aperiódicos, la amplitud puede estar cambiando continuamente. La amplitud del sonido es la causa por la que un sonido se escucha más que otro.

La vasta mayoría de los sonidos naturales son aperiódicos, es decir, que las sucesivas perturbaciones no se producen a intervalos regulares y no mantienen constante su forma de onda. Esto es lo que técnicamente se denomina ruido.