Que es el sonido

¿Qué es el sonido?

Son las vibraciones periódicas emitidas por un cuerpo que está en movimiento constante que viajan del emisor al receptor por un medio elástico.  Es la transmisión de las perturbaciones del medio.

Velocidad del sonido y sus aplicaciones

        En el aire, la velocidad del sonido a 0°C es de 331.4 m/seg. Esta velocidad varía dependiendo de la temperatura ambiente. Esta variación es de 0.6 m/seg por °C. Así, si la temperatura ambiente fuera 10°C sumaríamos la velocidad del sonido sería de 337.4 m/seg como se demuestra a continuación:

Vson= (331.4)+(0.6)(°C)

Vson= (331.4)+(0.6)(10)

Vson= 337.4 m/seg

        Dicha velocidad es totalmente independiente de la intensidad de la perturbación del medio. En cambio depende totalmente del medio en el que se propague y de la temperatura.

        Ahora, gracias al siguiente cálculo de velocidad podemos saber el tiempo en que un sonido tardaría en llegar a nosotros desde su fuente sabiendo la distancia que hay hasta la fuente o bien la distancia midiendo el tiempo en que el sonido llega a nosotros.

        Por ejemplo, si midiéramos el tiempo que un rayo tarda en escucharse justo desde el momento en que vemos su flashazo podemos saber la distancia a la que cayó (no olvidar tomar en cuenta la temperatura ambiente). Si estamos a 10°C y tardáramos en escuchar el trueno 5 segundos:

                                        Velocidad = distancia/tiempo

                                        Vson * t = d

                                        (337.4 m/seg) (5seg) = d

                                        d = 1687 m

        Otra aplicación muy común es querer saber cuanto tiempo tardará en llegar el sonido desde el P.A. de un recinto hasta su refuerzo o torre de delay a unos 80 m de distancia. Suponiendo que de nuevo la temperatura ambiente es de 10°C:

                                        Vson = d/t

                                        Vson * t = d

                                        t = d / Vson

                                        t = (80m) / (337.4ms/seg)

                                        t = 0.237 seg   ó  237 mseg (milisegundos)

        El sonido también es perfectamente transmisible en otros medios y su velocidad varía de la estructura molecular de ellos. Aquí se presentan las distintas velocidades en algunos otros medios elásticos (a 25°C)

Representación gráfica y matemática del sonido

El sonido tiene tres puntos claves: compresión, rarefacción y punto neutro o inicial.

• Compresión: Las partículas son empujadas por el movimiento del objeto en vibración. Esto hace que una partícula empuje a la siguiente y a la siguiente y así sucesivamente. Si bien, aunque hay un desplazamiento cíclico de las partículas, lo que viaja es la energía que hace que las partículas se empujen unas a otras, no las partículas.
• Rarefacción: En seguida se crea un hueco detrás de las partículas que ahora es ocupado de nuevo por las mismas partículas en su movimiento inverso.
• Punto neutro: Ahora las partículas regresan a su punto de partida.

[pic 1][pic 2]

        Este es un movimiento que al tener principio y fin en el mismo punto se le puede representar como un movimiento circular[pic 3]

Así mismo, para poder apreciar este movimiento de manera lineal con respecto al tiempo se representa como una onda senoidal en una tabla de amplitud o cambio de volumen (dB) contra tiempo(s):

[pic 4]

Cualidades del sonido

1. VOLUMEN (AMPLITUD): Es la variación de la intensidad de la onda sonora. Es decir, la cantidad de masa desplazada ó el tamaño del desplazamiento de la misma. En la gráfica apreciamos que el sonido tiene un decibel (dB) de amplitud. El oído humano es sumamente sensible y puede detectar cambios de presión en el aire tan pequeños como el que produce un alfiler al caer o el rose de la ropa. Es muy importante cuidar nuestro oído de la exposición a sonidos tan estruendosos como las bocinas de un concierto a corta distancia.  Nuestro oído sufre daño permanente cada vez que estamos expuestos a una situación de este tipo. Este daño se da en la cada vez menor capacidad de escuchar frecuencias agudas. Un síntoma de que hemos perdido parte de nuestra audición es el zumbido que queda después de un evento como este.  Al límite de volumen que delimita la escucha sana del daño irreversible se le conoce como umbral de dolor. A continuación se presenta una tabla de sonidos conocidos y sus equivalencias de amplitud aproximadas en decibeles:

Es de suma importancia recalcar el hecho de que mientras más tiempo estamos expuestos a un ambiente ruidoso nuestro oído es propenso a daños irreversibles aún sin sobrepasar el umbral del dolor. Es decir que si permanecemos más de media hora a lado de un martillo neumático seguro perderemos una parte de nuestra audición. ¡El límite de tiempo antes de sufrir daños permanentes en el oído a 110dB es aproximadamente 15 minutos! Ahora sabes por qué te zumbaba el oído después de ese concierto de rock =S

1. TONO (FRECUENCIA): Se define como la cantidad de ciclos por segundo. Un ciclo se mide por ejemplo de cresta a cresta o de valle a valle o de principio a fin de la onda.  En la gráfica anterior vemos que se cumple sólo un ciclo en un segundo. A esto se le define como 1Hz. El oído humano es capaz de percibir frecuencias entre 20 Hz y 20 000 Hz (Claro, por lo menos al nacer). Las notas musicales equivalen a una frecuencia predefinida. La referencia más común es el La 440, es decir, La índice 4 que equivale a 440 Hz.

1. TIMBRE (CONTENIDO ARMONICO): Es lo que nos permite distinguir un instrumento de otro, es más, una guitarra de otra guitarra, por ejemplo. Esto se debe a la variación de la forma de la onda derivada de la cantidad de armónicos pares o impares. Los armónicos naturales de un sonido son los múltiplos de la frecuencia fundamental, es decir, el resultado de multiplicar la frecuencia fundamental por 1, 2, 3, 4, etc. La suma de dichos armónicos puede resultar en una onda de forma triangular, cuadrada, de sierra o irregular. En la naturaleza no existen formas de onda totalmente puras como la figura anterior. La frecuencia fundamental siempre se ve acompañada de varios armónicos para darle así un sonido característico a cada evento auditivo. A continuación se presenta una tabla que muestra las proporciones entre una frecuencia fundamental y sus primeros 7 armónicos para lograr las  3 elementales formas de onda:

       [pic 5]

1. TIEMPO: Aquí podemos enmarcar 3 elementos importantísimos: duración del sonido (que está claramente definida por el término), fase y envolvente.

Fase: Es el tiempo en que acontece un sonido con respecto a otro sonido de referencia.  Normalmente, consideramos relevante la fase cuando los dos sonidos se encuentran correlacionados entre sí. De manera que si la diferencia de tiempo en que acontecen los dos sonidos no es cero se producirá una deformación de la onda que nada tendrá que ver con la naturaleza intrínseca de dichos sonidos. La fase se mide en grados y tiene que ver con la gráfica antes presentada. Si combinamos dos sonidos como este completamente idénticos y los dos ocurren al mismo tiempo se producirá una suma de loa dos que hará que su amplitud sea de 6db. Se diría que los sonidos están en fase. En cambio, si el segundo sonido ocurriera 0.5 segundos después que el primero se diría que el segundo sonido está fuera de fase 180°. Cuando dos sonidos están fuera de fase 180° el sonido se anula en su totalidad y se entiende que tienen fases totalmente contrarias o que tienen la fase invertida y se expresa con un símbolo como este: ∅.  Esto se puede realizar fácilmente en un sistema de sonido invirtiendo la polaridad de una de las dos bocinas.

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