Características del sonido. Armónicas

Un sonido se caracteriza por los siguientes elementos:

Intensidad:Es proporcional al cuadrado de la amplitud, al cuadrado de la frecuencia y a la densidad del medio, y disminuye en forma proporcional al cuadrado de la distancia a la fuente de emisión.

La intensidad fisiológica o sensación sonora de un sonido se mide en decibelios (dB). Por ejemplo, el umbral de la audición está en 0 dB, la intensidad fisiológica de un susurro corresponde a unos 10 dB y el ruido de las olas en la costa a unos 40 dB. La escala de sensación sonora es logarítmica, lo que significa que un aumento de 10 dB corresponde a una intensidad 10 veces mayor: por ejemplo, el ruido de las olas en la costa es 1.000 veces más intenso que un susurro, lo que equivale a un aumento de 30 dB.

Timbre: Una onda es raramente "pura" y está acompañada de oirás cuya frecuencia es un múltiplo o submúltiplo de la "frecuencia fundamental". Estas ondas se conocen como armónicas y son las que determinan el timbre de un sonido. La presencia de armónicas es lo que nos permite diferenciar dos sonidos de igual altura e intensidad producidos, por ejemplo, por dos instrumentos musicales.

El timbre es la característica del sonido que nos permite distinguir los tonos producidos por instrumentos distintos, aunque las ondas sonoras tengan la misma amplitud y frecuencia. Los armónicos son componentes adicionales de la onda que vibran con múltiplos enteros de la frecuencia principal y dan lugar a diferencias de timbre. El oído distingue por su timbre la misma nota producida por un diapasón, un violín o un piano.

Velocidad:La velocidad del sonido varía según las características del medio por el cual se propaga, dependiendo de la elasticidad y densidad del mismo. La velocidad de propagación en el aire es, a 15°C de 340 m/s, mientras que en el agua (más densa y menos distensible) es de 1.500 m/s. En grasa 1400 m/s, músculo 1568 m/s, cerebro 1530 m/s y en un hueso compacto de 3600 m/s.  El sonido propagándose en el aire es una variación compleja de la presión alrededor de un valor medio, la presión atmosférica.

Amplitud:La amplitud es la característica de las ondas sonoras que percibimos como volumen.  La amplitud es la máxima distancia que un punto del medio en que se propaga la onda se desplaza de la posición de equilibrio; esta distancia corresponde al grado de movimiento de las moléculas de aire en una onda sonora. Al aumentar su movimiento, golpean el tímpano con una fuerza mayor, por lo que el oído percibe un sonido más fuerte.  Un tono con amplitudes baja, media y alta demuestra el cambio del sonido resultante.

Frecuencia:La frecuencia es el número de ciclos (oscilaciones) que una onda sonora efectúa en un tiempo dado; se mide en hercios (ciclos por segundo). En este ejemplo escuchamos una misma nota (la) a diferentes frecuencias, de 110,00 a 880,00 hercios (Hz). Los seres humanos sólo podemos percibir el sonido en un rango de frecuencias relativamente reducido, aproximadamente entre 20 y 20.000 hercios.

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- Analizaremos aquí la utilización de los ultrasonidos por su capacidad de liberar en los tejidos.  Se denomina ultrasonido a las vibraciones mecánicas propagadas en los medios elásticos que tienen una frecuencia mayor al límite audible (20.000 c/s).

- El sonido, onda mecánica transmitida por vía aérea, hace vibrar la membrana timpánica. Este movimiento oscilatorio se transmite a la ventana oval por la cadena ósea situada en el oído medio.

- La palanca formada por los huesillos aumenta la fuerza del movimiento transmitido al tímpano en un 30%.

La audiometría consiste en la determinación de los umbrales de sensibilidad auditiva de un individuo para las distintas frecuencias (espectro audible). Para ello se considera un sonido como cero decibel cuando tiene la intensidad del mínimo audible para la mayoría de la población a 1000 c/s (10-12 Watt/m2).

Las intensidades que puede captar el oído humano varían entre I0-12 W/m2 y 1 W/m2 (un factor enorme de 1012). El oído humano percibe la intensidad de un sonido como una sensación subjetiva de sonoridad. Sin embargo, si la intensidad se duplica, la sonoridad no se incrementa por un factor de 2. Experimentos realizados por vez primera por A. G. Bell mostraron que para duplicar la sonoridad, la intensidad del sonido debe aumentarse aproximadamente en un factor de 10.

La intensidad del sonido audible va desde aquel que produce sobre la membrana del tímpano una presión de 2.10-5 Newton/m2 (sonido mínimo audible; I = 10-12 Watt/m2) hasta el que produce presiones de 28 Newton/m2 (sonido máximo tolerable; I = 102 Watt/m2) (ver cuadro sgte).

- La distancia a la que se puede oír un sonido depende de su intensidad, que es el flujo medio de energía por unidad de área perpendicular a la dirección de propagación.

- La amplitud de una onda de sonido es el grado de movimiento de las moléculas de aire en la onda, que corresponde a la intensidad del enrarecimiento y compresión que la acompañan.  Cuanto mayor es la amplitud de la onda, más intensamente golpean las moléculas el tímpano y más fuerte es el sonido percibido, (ver Figura 6.3.).