Fundamentos del sonido: propiedades, parámetros y síntesis armónica

Principios básicos del sonido

Sonido: vibración mecánica que se propaga por un medio material, elástico y denso y que es capaz de producir una sensación auditiva. El generador del sonido se llama fuente sonora: es quien genera la vibración transmitida por el aire, que al mismo tiempo transmite nuevas partículas contiguas. La propagación de la onda sonora es la manera en la que la perturbación se traslada de un lugar a otro. Consiste en la prolongación de una perturbación en el aire. La velocidad del sonido es una velocidad estimada de 345 m/s; esta velocidad varía con la temperatura. La velocidad del sonido es independiente de la intensidad de la perturbación. El sonido genera un movimiento que hace que la energía se propague y este movimiento produce una vibración.

Parámetros fundamentales del sonido

A continuación se describen los parámetros fundamentales:

• Amplitud (tamaño de radio a través del tiempo): es proporcional a la cantidad de energía que se efectuó para generar la vibración. Más energía = más vibración (sonido fuerte). Punto de máxima elongación de la onda sinusoidal (que alcanza una oscilación en un ciclo). También puede llamarse valor de pico (porque llega una vez). Se mide en decibelio (dB). RMS (valor eficaz): representa el valor eficaz a la hora de aplicar una determinada cantidad de energía. Es un valor promedio. Está relacionado con qué tan fuerte escuchamos una señal.

• Frecuencia: es la medida que se utiliza para representar la cantidad de veces que vibra el sonido en un segundo. Se mide en hertz (Hz) y de 20 Hz a 20 kHz es el espectro audible. Unidad para medir el sonido en base a graves (frecuencias bajas) y agudos (frecuencias altas). Periodo (P): es el tiempo que tarda en cumplirse un ciclo. La cantidad de veces que se repite el período en un segundo es la frecuencia. Está relacionado con ciclo, periodo y altura (sensación que nos permite distinguir sonidos graves de agudos).

• Longitud de onda: es la distancia que recorre una onda en el espacio en un determinado periodo de tiempo. Las señales graves necesitan más espacio para completar su longitud de onda a diferencia de las agudas.

Tipos de sonido

Sonido simple: tiene una única frecuencia constante.

Sonido complejo: se caracteriza por una frecuencia origen (fundamental o primer armónico) y un conjunto finito de frecuencias múltiplos de esta denominados armónicos.

Sonido transitorio: resulta de una brusca liberación de energía que aparece repentinamente y con breve duración. Tiene un gran número de componentes frecuenciales que no guardan una relación armónica entre sí, sino que forman un espectro continuo.

Sonidos aleatorios: formados por muchas frecuencias de valor impredecible (son ruidos). Se usa la densidad espectral de potencia (potencia sonora por unidad de frecuencia).

Ruido blanco: aquel ruido que presenta una densidad espectral de potencia constante.

Tono: cualidad subjetiva de una nota que hace posible situarla en la escala musical.

Fourier

Una onda compleja, en realidad, es el resultado de la combinación de varias ondas simples que tienen una relación armónica. Al sumarse las diferentes ondas simples se genera una onda compleja. Cuando hablamos de que tienen que tener una relación armónica entre sí nos referimos a que, en un principio: el primer armónico va a tener un período igual al de la onda compleja (coincidiendo exactamente con la misma); el segundo armónico tendrá el doble de frecuencia que el primer armónico (en donde en el primer armónico transcurre un periodo y en el segundo armónico transcurren dos periodos); en el tercer armónico lo que sucederá es que habrá el triple de frecuencia en relación al primero. Así sucesivamente.

El teorema de Fourier nos dice que la señal compleja, de un período P, puede ser descompuesta en una serie de señales puras (sinusoides) cuya fundamental o primer armónico también sea de período P. Si hay dos ondas del mismo período se suman y si hay dos ondas de período inverso se cancelan. Un ruido es una señal en la que sus componentes no tienen una relación armónica entre sí.

Envolvente

Envolvente: la amplitud de un sonido puede variar en el tiempo. La envolvente de un sonido es la forma que se obtiene uniendo las amplitudes de los ciclos sucesivos.