Por Mariana Toledano Díaz: Ondas sonoras.
Mariana Toledano es Licenciada en Ingeniería electrónica y en Ciencias Físicas por la Universidad Complutense de Madrid. Nos va a dar una visión del sonido para que lo podamos aplicar a la Flauta.
Vivimos en un mundo de ruidos. A nuestro alrededor se acumulan voces, golpes, cantos de animales, alarmas, motores, etc. Se mezclan y se distorsionan. ¿Como es posible que los sonidos producidos en dos puntos diferentes se mezclen o que el mismo sonido se modifique si lo oímos desde diferentes sitios?
Para empezar debemos definir el sonido. Este es físicamente una onda. Esta onda se propaga por el medio, el aire, hasta que choca con un objeto. En ese caso puede producir difracción, absorberse o amortiguarse. Si el objeto está diseñado para recibir las perturbaciones de la onda, como el oído o un micrófono, se puede interpretar la onda sonora. Si el sonido se difracta, entra en juego la acústica, que es el término que usamos para definir la calidad del sonido y de todo los elementos físicos relacionados con este.
Onda sonora:
Como hemos dicho arriba el sonido es una onda y se propaga por el medio. Esto quiere decir que el sonido es un elemento físico y mecánico que perturba el entorno. El aire está compuesto de partículas que son golpeadas por la onda sonora haciéndolas vibrar.
Esta vibración es la que hace que se propague el sonido.
Si en una superficie plana ponemos una capa de arena y golpeamos sobre un mismo punto muchas veces, la arena se distribuirá alrededor de ese punto en circunferencias perfectas y periódicas. Como cuando tiraos un objeto al agua. Si en vez de utilizar un martillo colocamos un altavoz y reproducimos un pulso fuerte, obtendremos el mismo resultado.
Al ser una onda física, el sonido tiene una serie de propiedades que la definen así como algunas propias que se utilizan para caracterizar sus particularidades como el timbre o el tono.
El sonido es una onda lineal que se define matemáticamente con la ecuación de una onda.
y=Asen(kx+ωt+Ψ) v= dy/dt=-Aωcos(kx+ωt+Ψ)
Vamos a definir las propiedades físicas más importantes:
– Ciclo: El espacio comprendido entre el principio y el final de una onda completa o bien la distancia entre dos valles o dos crestas.
– Longitud de onda (λ): Indica el tamaño de una onda como la distancia de un ciclo.
– Periodo (T): Es el tiempo que tarda en completares el ciclo o en repetirse un punto dado de la onda.
– Frecuencia (F=1/T): Número de ciclos por unidad de tiempo. En el caso del sonido la unidad de tiempo es el segundo y la frecuencia se mide en Hercios (ciclos/s = Hz). Típicamente una onda sonora audible se encuentra entre los 16 y los 20.000 Hz.
– Amplitud (A): Es la «altura» de la onda o la representación en el eje X de coordenadas. Es un factor constante y proporcional que modula la onda. Indica la cantidad de energía que contiene.
– Fase (Ψ): Cuando tenemos más de una onda acústica definida con el mismo patrón pero desplazada en el tiempo, la fase indica el desplazamiento expresado en grados entre ambas de forma relativa a la principal. Se suele hablar de que una onda está desfasada x grados con respecto a otra.
– Velocidad del sonido (vs o c): La velocidad del sonido o velocidad de propagación de la onda no depende del movimiento, sino que es una propiedad intrínseca que depende del medio en el que se propaga. Típicamente para la propagación en el aire es de vs = 344 m/s. Este valor puede variar con la temperatura pero no con la presión.
La vibración de un diapasón se considera una nota pura. Generalmente la nota La (depende de la longitud de sus varillas). Si mezclamos la vibración de dos diapasones, obtenemos ondas moduladas.
Desde le punto de vista acústico, el concepto más importante es el de armónico. Si consideramos que la frecuencia más baja de una onda es una nota pura, todos los múltiplos enteros de dicha frecuencia son los armónicos. Al producirse un sonido, se emiten un conjunto de ondas sonoras con diferentes frecuencias. La unión de las diferentes ondas es lo que hace característico un sonido de otro. Por esa razón podemos distinguir voces o la nota Sol tocada por un instrumento de cuerda o de viento.
Con este nuevo concepto, definimos las características propias de la acústica.
– Tono: Coloquialmente se define como la altura del sonido. Dependiendo de la frecuencia de la nota fundamental, el sonido puede considerarse más agudo, alto, o más grave, bajo.
– Timbre: Es la resultante de la composición de todos los armónicos de un sonido. Caracteriza los sonidos de forma que se pueden distinguir.
– Duración: Es el tiempo que tarda un sonido es apagarse o lo que se mantiene una nota. Está muy relacionado con los ritmos.
– Intensidad: Es la forma con la que medimos la fuerza del sonido. Los definimos como fuertes o suaves según la fuerza con la que se produzca la vibración. Depende de la distancia entre el oyente y el sonido.
– Serie armónica: Al igual que en matemáticas donde una serie es una progresión infinita de operaciones, podemos definir una serie armónica como la progresión de los armónicos de una nota fundamental.
A continuación os facilitamos unos enlaces:
