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FUNDAMENTOS Y NATURALEZA DEL SONIDO
Introducción.
El estudio y análisis del sonido exige una perspectiva de trabajo necesariamente
interdisciplinar. Como sucede con otros campos del mundo audiovisual, su estudio puede abordarse
desde distintos enfoques, científicos y artísticos: por un lado, el sonido puede estudiarse, desde el
campo de la física, como estímulo físico, es decir, como elemento cuantificable; por otra parte, el
sonido es igualmente analizable, desde el campo de la psicoacústica, como sensación, es decir, un
rasgo que se refiere a la calidad del sonido.
Desde el campo de la acústica física, definiremos el sonido como una "sensación producida en el oído
por las variaciones de presión que, generadas por un movimiento vibratorio, se transmiten a través de
un medio elástico"
El fenómeno físico que explica el sonido es el movimiento ondulatorio: el sonido es la
propagación de un movimiento vibratorio en un medio elástico, en el que se desplaza energía, no
materia. Cada sonido tiene, por tanto, una onda diferente. Como es sabido, toda onda posee tres
elementos principales, tomando el modelo de la onda sinusoidal:
1/ una amplitud: se refiere a la máxima separación del punto de su posición de equilibrio. (OA)
2/ una frecuencia (F): se refiere al número de vibraciones (o ciclos completos de la onda -OABO'-) por
segundo, o Herzios (Hz).
3/ un periodo: es el tiempo empleado en dar una vibración completa. (OO')
El periodo (P) es igual a 1 / Frecuencia (P=1/F), midiéndose en segundos.
Físicamente, la propagación del sonido es una transferencia de energía de una molécula a la
próxima. Debido a la ligazón elástica de las moléculas del aire, el movimiento de una de ellas
ocasionará el movimiento de sus vecinas. De este modo, las vibraciones sonoras se propagan con una
determinada velocidad (V), que varia en función de:
1/ los cambios de temperatura.
A 0 ºC, la V=331 m/sg
A 18 ºC, la V=340 m/sg
2/ según la densidad del medio de propagación.
En el agua, V=1.400 m/sg
En el acero, V=5.000 m/sg
Tres son los fenómenos físicos que afectan la transmisión del sonido:
1/ la reflexión: para que ésta exista es necesario que la superficie con la que "chocan" las ondas
sonoras no sea totalmente absorbente y que las dimensiones de esta superficie no sea mayor que la
longitud de onda incidente.
La longitud de onda (L) -que se mide en metros- está relacionada con la frecuencia (F) -unidad: Hz- y
la velocidad de propagación de la onda (V) -unidad: m/s-, del siguiente modo: V=F.L ó L=V/F
2/ la difracción: se refiere a la curvatura o rodeo de las ondas alrededor de un obstáculo. Difracción y
reflexión son, en realidad, fenómenos complementarios: si la longitud de onda de un sonido es
pequeña, habrá muchas más posibilidades de reflexión que de difracción, y a la inversa.
3/ la absorción: es lo inverso a la reflexión. Es la cantidad de energía acústica que se absorbe en
relación a la cantidad que se refleja (coeficiente de absorción de material), siendo su valor entre 0 y 1.
Naturaleza del sonido.
Características objetivas del sonido.
Pero pasemos a definir el sonido de una manera mucho más precisa. Podemos afirmar que el
sonido posee una serie de componentes principales:
1/ intensidad o volumen: depende de la amplitud del movimiento vibratorio. Esta característica del
sonido nos permite distinguir entre sonidos fuertes o débiles.
2/ tono: depende de la frecuencia de esta vibración. Los sonidos audibles corresponden al margen de
frecuencias que oscila entre 20 Hz y 20.000 Hz ó 20 kHz. Esta cualidad del sonido nos permite distinguir
entre sonidos graves (de 20 a 80 Hz), sonidos medios (de 80 Hz a 5 kHz) y sonidos agudos (de 5 a
20 kHz). Es posible distinguir dentro de los sonidos medios, sonidos medios-graves, medios y mediosagudos. Su organización se establece por octavas, esto es, el intervalo entre dos frecuencias que
tengan una relación de 2 a 1. La audición humana cubre 10 octavas, de 20 Hz a 16 kHz:
20-
40-
80-
160-
320-
640-
1.280-
2.560-
5.120-
10.240-
40
80
160
320
640
1.280
2.560
5.120
10.240
20.480
3/ timbre: depende de las frecuencias múltiplos o armónicos que acompañan una frecuencia
fundamental. Esta cualidad del sonido nos permite distinguir dos sonidos de la misma intensidad y
tono. Por ejemplo, una misma nota como el LA (A, en notación anglosajona), A5 -5ª Octava-, que
corresponde a 440 Hz, la nota que interpreta la orquesta para afinar los instrumentos, "suena" diferente
en un piano o en un violín. Es importante señalar que no existen en la realidad sonidos puros sino
que siempre trabajamos con sonidos complejos, sonidos que contienen miles de armónicos, y que
se pueden conocer mediante complejos cálculos matemáticos y análisis espectográficos, siguiendo el
Teorema de Fourier.
Características subjetivas del sonido.
Por otro lado, es importante tener en cuenta otras caraterísticas del sonido no menos
importantes:
4/ el tempo: se refiere a la velocidad de un sonido, pudiendo diferenciar entre tempos rápidos o lentos,
etc. Las expresiones como andante, allegro, allegretto, vivace, etc., son tipos de tempo determinados.
5/ el ritmo: es un patrón de tiempo sonoro que puede ser simple, constante, cambiante, etc., que
caracteriza diferentes estilos músicales. El tipo de compás define el ritmo: 4/4, 2/4, 3/4, 6/8, etc.
6/ la dinámica: el rango dinámico de un sonido comprende el conjunto de sonidos que captamos, por
ejemplo durante la interpretación de una sinfonía, desde los pianísimos (ppp) a los fortísimos (fff), como
se codifica en música.
7/ la estructura del sonido: en todo sonido podemos distinguir diferentes fases, desde el ataque, o
comienzo del sonido -duro, suave, progresivo, brusco, seco, etc.-, la duración -corto o largo, intenso o
breve, etc.- al decaimiento -rápido, gradual o lento-.
No obstante, las propiedades del sonido, como la dinámica, están sujetas a ciertas condiciones
que presenta el sistema auditivo humano. Pasemos a señalar las características principales.
Principios de acústica fisiológica.
Resulta muy complicado poder evaluar la altura de un sonido, su intensidad o volumen, si no
disponemos de algún tipo de referencia para cuantificar el sonido como sensación. Uno de los niveles
que se emplean es el llamado nivel de presión sonora (NPS) que expresa la sensibilidad de nuestro
oído al sonido desde un umbral de sensibilidad al umbral de dolor, nivel a partir del cual aunque
aumentemos el volumen del sonido ya no podremos percibir diferencia de intensidad.
La unidad como se expresa el NPS es el decibelio (dB). El decibelio es una unidad muy
utilizada tanto en acústica del sonido como en electrónica para orientarnos cuando estamos tratando
con diferencias de señal/ruido, potencias, intensidades, ganancias, capacidad auditiva, etc. El decibelio
es una unidad que permite relacionar magnitudes homogéneas, tratándose de una cifra
adimensional, es decir, no es una unidad de nada puesto que se trata de una simple relación. De este
modo, el nivel de presión sonora oscilará entre 0 dB (umbral de audición o sensibilidad) hasta 140 dB
(umbral de dolor).
Es importante señalar que el oído humano no responde del mismo modo ante los sonidos
graves, medios y agudos. Fletcher y Munson estudiaron la manera en la que gente escuchaba las
diferentes frecuencias del sonido. La conclusión era que tenemos gran dificultad para poder percibir
sonidos graves (o de bajas frecuencias), menor dificultad para captar los sonidos agudos (o de
altas frecuencias) y poca dificultad o ninguna para poder percibir sonidos medios. Es decir, no
escuchamos todas las frecuencias del espectro sonoro al mismo nivel. Este hecho ha condicionado
enormemente el diseño de los equipos de reproducción del sonido. De este modo, los actuales
amplificadores llevan una función llamada "loudness" o "compensador" que consiste en un circuito
que realza de manera importante los sonidos graves, también aumenta, aunque en menor medida los
sonidos agudos y deja como están los sonidos medios. Durante la grabación musical, los técnicos e
ingenieros encargados de la mezcla tendrán en cuenta este factor cuando ecualicen las diferentes
fuentes sonoras.
Por otra parte, es conveniente señalar que no existe elemento captador de sonidos (es decir,
micrófonos) capaz de "percibir" el sonido con la misma fidelidad y amplitud que el oído humano.
Nuestro órgano auditivo posee una enorme complejidad. En el oído interno destaca la cóclea, una
cavidad rellena de líquido, con forma de concha de caracol, dividida longitudinalmente por una
membrana llamada "basilar". A lo largo de esta membrana basilar se encuentran unas células
capilares (aproximadamente 23.000) que transmiten al nervio auditivo los movimientos del líquido que
las rodea. Estos nervios serían sensibles al rango de frecuencias audibles, en una cantidad similar si
a las 20.000 frecuencias añadimos también algunos armónicos. Esta membrana basilar actúa como un
transductor (o traductor) de las vibraciones mecánicas (de los elementos semirígidos del oído medio)
en impulsos eléctricos, como si fuera un micrófono.