Teoria del Sonido
Principios básicos del sonido
Presentación Prezi Modulo 01
El Sonido
Semánticamente, el sonido puede ser definido como la interpretación que realiza el cerebro de un determinado estímulo físico que llega al oído. Es importante entonces conocer la naturaleza de ese estímulo físico, las características del oído como mecanismo capaz de convertir energía acústica en impulsos nerviosos y, por último, la respuesta psicológica a ese estímulo físico.
Es pertinente aclarar el significado del término "audio", que se refiere al sonido "apto" expresamente para ser escuchado, ya que el sonido también puede ser empleado en otras aplicaciones que excluyen al fenómeno de la audición (por ejemplo : El ultrasonido que se utiliza para realizar ecolocalización, en el campo de las exploraciones geológicas y oceanográficas o ecografía, en el campo de la medicina, entre otros).
Un micrófono convierte el sonido en una magnitud equivalente (la electricidad) que se puede manipular más fácilmente. El altavoz convierte de nuevo la electricidad en sonido para que se puedan monitorizar, o escuchar, los cambios realizados. Hay por lo tanto, dos aspectos básicos a entender: la electrónica, que estudia la naturaleza de la electricidad, sus magnitudes fundamentales y sus aplicaciones prácticas en los dispositivos que intervienen en la creación de audio, y la física del sonido, que estudia este fenómeno y aporta las herramientas teóricas para entender lo que ocurre fuera de la cadena de audio.
La física del sonido es la ciencia que estudia la generación y la propagación del sonido. La sensación sonora que se produce en el oído de los seres vivos, no obstante, es claramente subjetiva y su estudio se debe llevar a cabo con criterios psico-acústicos.
Definición del sonido. Generación y propagación
El sonido consiste en una vibración mecánica capaz de modificar la presión existente en un medio elástico (el aire), y que se transmite desde su punto de origen hasta el oído. El sonido, por tanto, no puede propagarse en el vacío. La propagación del sonido se efectúa siempre en un medio elástico a una velocidad determinada, siendo el medio que más nos interesa el aéreo. La velocidad de propagación del sonido en el aire es de unos 340 metros por segundo, si bien puede variar dependiendo de la temperatura y la humedad del aire. En otros medios la velocidad es diferente; por citar algún ejemplo, en el agua es de unos 1200 metros (ej, sonidos de la ballenas) y en el acero de unos 5.100 mis.
El sonido se desplaza longitudinalmente (en la misma dirección que la perturbación) en forma de ondas que no son más que variaciones de presión del aire. Si el medio es homogéneo, la propagación se aleja del foco de forma esférica, pero cuando el sonido se genera en el interior de un recinto, queda sometido a las reflexiones y absorciones de los materiales y a la geometría del recinto.
La atmósfera está compuesta de moléculas de aire que pueden apretarse por la acción de una fuerza. El peso de las moléculas que están situadas encima unas de otras ejercen una fuerza constante (por unidad de superficie) y se conoce como presión atmosférica. Al no estar ligadas pueden empujarse unas a otras en cualquier dirección, ejerciendo presión de esta manera, independientemente de la presión atmosférica local.
La presión se define como fuerza por unidad de superficie y se mide con diferentes unidades según el sistema utilizado: Pascal (Kg/cm2), Atmósfera y bar entre otros. El sonido, en general, ejerce en el aire una millonésima parte de presión respecto a la atmosférica; esta última es considerada el punto de equilibrio, a partir del cual se producen las variaciones de presión percibidas como sonido.
a. Oscilación
El sonido es una vibración mecánica. Se puede imaginar como un peso suspendido por un muelle: si no se ejerce ninguna fuerza, el objeto no se mueve, pero si se estira el peso hacia abajo, éste se desplazará hasta llegar a un punto máximo, volviendo hacia arriba, sobrepasando el punto de origen (punto de equilibrio) hasta llegar a un punto máximo arriba y volver a bajar pasando de nuevo por el punto de equilibrio. Se dice que se ha cumplido un ciclo u oscilación. El número de ciclos completos u oscilaciones que efectúa el objeto cada segundo se denomina frecuencia de vibración.
Un altavoz, por ejemplo, vibra produciendo sonidos: la membrana se mueve hacia adelante y hacia atrás provocando que el aire que se encuentra enfrente se comprima y rarifique (descomprima) sucesivamente. El altavoz, pues, vibra con una frecuencia determinada, y al hacerlo modifica la presión local.
Al desplazarse la membrana hacia delante el aire se comprime; al desplazarse hacia atrás se rarifica Por otro lado, estos cambios de presión se transmiten por el aire, golpeando unas moléculas con otras, en forma de ondas sonoras. Es parecido a ese juego compuesto por esferas metálicas suspendidas por hilos que, al golpear la primera, se mueve la última, mientras las esferas intermedias permanecen inmóviles; el sonido se propaga también sin mover el aire.
Finalmente, las ondas sonoras llegan a nuestros oídos, en los cuales las diferencias de presión ejercen una fuerza capaz de hacer vibrar el tímpano (la fina membrana que se encuentra en los oídos), producen unos impulsos eléctricos que el cerebro se traduce como sensación sonora.
Magnitudes Físicas del sonido.
El sonido se genera a partir de una fuerza capaz de provocar una vibración. Las magnitudes físicas que se utilizan para determinar las características del sonido son:
a. Frecuencia
Es el número de oscilaciones o ciclos por segundo de una vibración sonora. La unidad con que se mide la frecuencia es el Hertz. El oído humano es capaz de distinguir sonidos de frecuencias comprendidas entre 20hz y 20 Khz (Kilo = 1000; 20 kHz = 20.000 Hertz). Los sonidos de baja frecuencia se consideran graves, y los de alta frecuencia, agudos.
Las frecuencias graves o bajas oscilan lentamente, mientras que las altas o agudas lo hacen más veces por segundo En la naturaleza, el sonido se presenta como un conjunto de oscilaciones de diferentes frecuencias superpuestas, conformando su estructura armónica. También es posible describir la oscilación como el tiempo que tarda en producirse una única vibración. Se habla entonces del periodo, un parámetro que se mide en segundos y se calcula como el inverso de la frecuencia.
b. Amplitud e intensidad
Se define como la cantidad de presión que ejerce la vibración en el medio elástico (aire). Cuanta mayor amplitud tiene la onda sonora, más fuerte suena, dado que ejerce mayor presión en el aire. Se puede medir decibelio SPL (será tratado en próximos capítulos de este libro).
En determinados casos se alude al concepto de intensidad sonora. Este término hace referencia a la cantidad de sonido, pero en este caso se mide como la potencia sonora dividida por la superficie.
Las frecuencias graves o bajas oscilan lentamente, mientras que las altas o agudas lo hacen más veces por segundo En la naturaleza, el sonido se presenta como un conjunto de oscilaciones de diferentes frecuencias superpuestas, conformando su estructura armónica. También es posible describir la oscilación como el tiempo que tarda en producirse una única vibración. Se habla entonces del periodo, un parámetro que se mide en segundos y se calcula como el inverso de la frecuencia.
Las Ondas de presión Sonora
El oído es un órgano capaz de detectar cambios en la presión del aire. El sonido llega al oído en forma de aumentos y disminuciones de esa presión. Estos aumentos y disminuciones son repetitivos y se conocen con el nombre de Ondas de Presión Sonora. Cualquier objeto real, es decir, que exista en el plano tangible, puede ser causante de la perturbación del aire, que consiste en el aumento o la disminución en la presión del mismo. La perturbación que este objeto realiza cuando vibra, involucra el movimiento de las moléculas contenidas en el aire. El resultado de este movimiento es la trans- misión de energía acústica de un lugar a otro ; por ejemplo, cuando hablamos, las cuerdas vocales vibran y las moléculas de aire que están cercanas a las cuerdas vocales son puestas en movimiento. Las ondas de presión sonora comienzan a propagarse a medida que las moléculas comienzan a moverse desde la fuente.