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El sonido: Fenómeno vibratorio



¿Te preguntaste alguna vez cómo se produce el sonido? El sonido es un fenómeno vibratorio que se transmite por medio de ondas a través de la materia en sus diferentes estados: sólido, líquido o gaseoso. Esto significa que no existe sonido en el vacío. Estudiemos con detalle las particularidades de este fenómeno.

El sonido es una onda, es decir, una perturbación que “viaja” en el espacio y propaga energía. Las ondas sonoras tienen la capacidad de transmitirse a través de la materia, es por eso que cuando una persona habla, el sonido se mueve por el aire o a través de alguna pared.

Para comprender cómo hacen las ondas sonoras para llegar a nuestros oídos, debemos saber que toda la materia está compuesta por moléculas. Las vibraciones se producen cuando las moléculas chocan entre sí provocando movimiento. De este modo se origina una onda sonora.

Vamos a representar el movimiento de las ondas sonaras imaginándonos que tiramos una piedra en un estanque de agua, como resultado vamos a ver ondas en el agua; esas mismas ondas -a modo gráfico-son las que se generan cuando emitimos un sonido.

A diario, cuando hablamos o aplaudimos, producimos en el aire ondas sonoras que se propagan con rapidez y llegan a los oídos de las personas con las cuales interactuamos.

Cada onda sonora cuenta con características propias de tamaño e intensidad. Es por esta razón que podemos percibir diferentes clases de sonidos. Existen diversas fuentes que producen sonido, por ejemplo, los fenómenos de la naturaleza, los animales, la voz humana, los dispositivos electrónicos, los instrumentos musicales, etc.

CUERDAS VOCALES

La voz es producida gracias al aparato fonador, las famosas “cuerdas vocales” son las responsables de esta actividad. Curiosamente no tienen forma de cuerda, son una serie de repliegues o labios membranosos. Vibran, modulando el flujo del aire que es expulsado de los pulmones durante la fonación.

¿Cómo decodificamos las ondas sonoras?

A diferencia de otros seres vivos, la posibilidad de hablar y analizar situaciones es lo que nos distingue como seres evolucionados. En efecto, los hombres podemos reír o hablar gracias a la capacidad de modular los sonidos producidos durante el paso del aire hacia el exterior, procedente de los pulmones.

Tenemos la capacidad de oír los sonidos que se encuentran entre 20 Hz y cerca de 20.000 Hz, por debajo están los infrasonidos y por encima los ultrasonidos que no somos capaces de percibir. Sin embargo, muchos animales tienen un espectro auditivo más grande y lo utilizan para orientarse o captar presas.

Nuestros oídos son receptores auditivos donde llegan las vibraciones sonoras. Estas ondas sonoras se introducen en el canal auditivo, haciendo vibrar el tímpano. Las vibraciones llegan a los huesos del oído medio, que a su vez trasmiten las vibraciones a las células ciliadas auditivas del oído interno. Allí, las vibraciones se transforman en estímulos eléctricos que se envían al cerebro y éste los interpreta como los diferentes sonidos: voz, golpe, música, pasos de una persona, etc.

De los sonidos que podemos escuchar, algunos suelen ser perjudiciales, principalmente si son muy fuertes, repentinos o constantes. Ruidos como el despegue de un avión o un taladro mecánico pueden desgarrar el tímpano y hacer perder la audición.

LAS CUALIDADES DEL SONIDO

Podemos diferenciar cuatro cualidades:

Altura o tono: está determinada por la frecuencia de la onda que se mide en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Los humanos podemos percibir aquellos sonidos que se encuentran en la franja de 20 y 20.000 Hz. Esta cualidad nos permite distinguir los sonidos agudos de los graves.

Intensidad: esta característica define a un sonido como fuerte o débil de acuerdo la cantidad de energía acústica que contiene, es decir, está determinada por la potencia que a su vez depende de la amplitud de onda. La intensidad se mide en decibelios, a más decibelios más fuerte es el sonido. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro.

Duración: se refiere al tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos o muy cortos. Depende de la persistencia de la onda y se mide en segundos.

Timbre: es propio de cada fuente sonora. Cada material o voz humana vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. Es por ello que podemos distinguir el sonido de un piano y de acordeón.

Infrasonidos: son aquellas ondas sonoras cuyas vibraciones de presión tienen una frecuencia inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz.

Este tipo de ondas sonoras tienen la capacidad de llegar más lejos debido a la baja absorción de estas ondas en el medio. Algunos animales tienen el oído desarrollado para percibir este tipo de ondas.

Ultrasonidos: son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano, es decir, 20.000 Hz aproximadamente. Ciertos animales, como murciélagos, delfines y perros, pueden oír estas frecuencias, e incluso utilizarlas como radar para orientarse y cazar.

El ultrasonido se emplea mucho en el ámbito de la medicina para tratar afecciones traumatológicas, litiasis, varias formas de cáncer, hemostasia, trombólisis, entre otras.


Los delfines emiten sonidos de baja frecuencia para comunicarse y de alta frecuencia para llevar a cabo el proceso de eco-localización. Este último consiste en la emisión de ondas sonoras en el agua, que el animal termina recogiendo en forma de ecos y analizándolos en el cerebro.

Unidades de medida

  • Frecuencias Hz

La frecuencia de una onda sonora se define como el número de pulsaciones (ciclos) que tiene por unidad de tiempo (segundo). La unidad correspondiente a un ciclo por segundo es el hercio (Hz). Esta unidad de medida también la puedes ver escrita como hertzio o hertz.

El nombre de hercio, fue puesto en honor al físico alemán Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894), que descubrió la propagación de las ondas electromagnéticas.

Los sonidos con frecuencias bajas los denominamos habitualmente “graves”, son sonidos de vibraciones lentas. Por el contrario, las frecuencias altas corresponden con lo que llamamos "agudos" y son vibraciones muy rápidas.

  • Decibelios

El decibelio es una unidad logarítmica de medida empleada en diferentes áreas de la ciencia. Se utiliza para comparar una cantidad con otra llamada de referencia.

Un decibelio es la décima parte de un belio (B), unidad que recibe su nombre por Graham Bell, el inventor del teléfono. El Bel es el logaritmo en base 10 de la relación de dos potencias o intensidades. No obstante esta unidad resulta demasiado grande por lo que se ha normalizado el uso de la décima parte del Bel, siendo el decibel o decibelio.

La escala logarítmica de esta unidad se emplea a menudo para representar el espectro auditivo del ser humano. Al ser logarítmica la escala, un aumento de tres decibelios en el nivel de sonido ya representa una duplicación de la intensidad del ruido. Por ejemplo, una conversación normal puede ser de aproximadamente 65 dB y, por lo general, un grito es de 80 dB. La diferencia es de tan sólo 15 dB, pero el grito es 30 veces más intenso.


El ruido es un sonido indeseable, inarticulado y confuso.


El ruido del despegue de un cohete produce 180 dB.

El ruido



Llamamos ruido al sonido no deseado. El tránsito, las máquinas de construcción, la música fuerte, etc. son algunas de las fuentes sonoras más comunes en una ciudad. La exposición frecuente al ruido afecta negativamente la salud y el bienestar humanos. Algunos de las consecuencias son la pérdida auditiva, el estrés, la alta presión sanguínea, la distracción, etc.

¿Sabías que existe el Día mundial contra el Ruido? Es el 27 de abril y se instituyó con el objetivo de crear conciencia en la población sobre los efectos nocivos del ruido. Uno de los problemas más inquietantes es que muchos jóvenes de hoy están más expuestos a sufrir trastornos auditivos en el futuro, por escuchar música a un alto volumen tanto en discotecas como por medio de auriculares.

Cuando una persona estuvo expuesta a un elevado nivel de sonido, por ejemplo, en una fiesta con música, el oído tarda alrededor de 36 horas en recuperar su sensibilidad auditiva normal.

Otra de los efectos del ruido se puede percibir durantes las horas de sueño. Como consecuencia, se pueden distinguir trastornos primarios y secundarios. Los primarios se presentan como dificultad o imposibilidad para conciliar el sueño, interrupción del sueño y alteración en la profundidad del sueño; y como consecuencia de lo señalado, se pueden producir cambios en la presión arterial y arritmia cardíaca, vasoconstricción, variación en el ritmo respiratorio, y sobresaltos corporales.

Los efectos secundarios aparecen al día siguiente y se manifiesta con fatiga, depresión y reducción del rendimiento. Al respecto, la OMS afirma que para tener un descanso apropiado el nivel de sonido equivalente no debe exceder de 30 dB para el ruido continuo de fondo y, para el caso de ruido producido por fuentes fijas individuales, no debe superar los 45 dB.

Potencia acústica


Las turbinas de un avión generan entre 100 y 150 dB.

La potencia acústica es la cantidad de energía por unidad de tiempo (potencia) emitida por una fuente determinada en forma de ondas sonoras. Se encuentra determinada por propia amplitud de la onda, así, cuanto mayor sea la amplitud de la onda, mayor es la cantidad de energía (potencia acústica) que genera.

No debemos relacionar la potencia acústica con el lugar donde se propaga la onda sonora, es decir, cada fuente tiene su propia potencia acústica y ese valor no varia en función del tiempo de reverberación.

Para conocer el nivel de potencia de una fuente, se debe medir la presión que las ondas inducen en el medio de propagación. La unidad de presión es el pascal (Pa).

La percepción que tiene el hombre de esa potencia acústica es lo que conocemos como volumen, que viene dado por el llamado nivel de potencia acústica que se expresa en decibelios (dB).

Presión acústica

La presión sonora o acústica es la cantidad de energía acústica irradiada por unidad de tiempo. Es decir, es la desviación en la presión del aire respecto a la presión atmosférica, causada por una onda sonora. Como ya mencionamos, el sonido es una onda que se propaga y presenta oscilaciones en la presión de las moléculas del medio por el que se mueve. Para determinar la presión sonora, se miden las oscilaciones con respecto a la presión atmosférica. De este modo, podemos conocer el volumen sonoro presente en determinados entornos.

El sistema de medición de la presión sonora es Pascales, y el Nivel de Presión Sonora se mide en decibeles SPL, y se abrevia "dB SPL", por las siglas en inglés de Sound Pressure Level. A mayor dB SPL, más volumen genera la onda sonora.


El sonómetro es un instrumento para medir los niveles de presión sonora en db.

¿Qué es el eco?



Hola, hola… y parece que alguien repite lo que decimos. Se trata de un fenómeno llamado eco y es la repetición de un sonido por un fenómeno acústico que consiste en el reflejo de la onda sonora en un cuerpo duro. Cuando se genera este reflejo de la onda, la misma vuelve al lugar de origen con un cierto retardo. Entonces da la sensación que escuchamos dos veces lo mismo, pero en realidad es el mismo sonido que volvió a nosotros.

Generalmente el eco es de representación débil porque no todas las ondas del sonido original se reflejan.

Los ecos escuchados en las montañas se producen cuando las ondas sonoras rebotan en grandes superficies alejadas más de 30 m de la fuente.

Como el sonido también se propaga bajo el agua, existe una técnica llamada sonar o sónar (Sound Navigation And Ranging, “navegación por sonido”) que utilizan los barcos para comunicarse o detectar objetos sumergidos. El sonar está compuesto por un transmisor, un emisor, un receptor y un indicador. El transmisor emite un haz de impulsos ultrasónicos a través del emisor. Cuando chocan con un objeto los impulsos se reflejan y forman una señal de eco que es captada por el receptor. El receptor amplifica la energía de las ondas del eco y genera una señal que es enviada al indicador, constituido por una pantalla en la que se ve el objeto en el que han rebotado las ondas.


Pantalla de un sonar.

EFECTO DOPPLER

Para comprender de qué se trata el efecto doppler imagínense que están parados en una esquina y que pasa una ambulancia con su sirena encendida. Seguramente, antes de visualizar con claridad la ambulancia, habrán escuchado su sirena de modo débil y a medida que ésta se aproximaba el sonido se escuchaba con más volumen.

El matemático y físico austríaco Christian Doppler (1803-1853) fue quien describió por primera vez este fenómeno. Lo que sucede aquí, es un cambio de altura en la onda sonora. Es decir, cuando la ambulancia se acerca, las ondas provenientes de la sirena se comprimen (el tamaño de las ondas disminuye), lo cual se traduce en la percepción de una frecuencia o altura mayor. Cuando la ambulancia se aleja, las ondas se separan en relación con el observador causando que la frecuencia observada sea menor que la de la fuente. Por el cambio en la altura de la sirena, se puede saber si la misma se esta alejando o acercando. Si se pudiera medir la velocidad de cambio de la altura, se podría también estimar la velocidad de la ambulancia.

Cuando se acerca al observador una onda sonora, su longitud de onda se acorta y el sonido se percibe a un mayor volumen. Es por este motivo que la altura de una fuente que se aleja, se reduce. Este efecto se puede percibir siempre que la fuente de ondas se mueva con respecto al observador o viceversa. Como resultado se podrá observar una aparente variación de la altura del sonido.



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