Física del Sonido: Ondas, Cualidades y Magnitudes Acústicas

Sonido como Fenómeno Físico

El sonido necesita un medio elástico para propagarse. A mayor densidad del material, mayor velocidad. El sonido se propaga por ondas que transportan energía.

Tipos de Ondas

Las ondas, según su propagación, pueden ser:

• Mecánicas: Requieren un medio material elástico para propagarse.
• Electromagnéticas: Pueden propagarse en el vacío.
• De Propagación o Viajeras: Se propagan en un medio sin obstáculos.
• Estacionarias: Se forman en un medio cerrado.

Dependiendo de las vibraciones y la dirección de propagación, las ondas pueden ser:

• Longitudinales: Ambas direcciones (vibración y propagación) coinciden.
• Transversales: Las direcciones de vibración y propagación son perpendiculares.

La onda senoidal es la forma más simple de onda.

Características de las Ondas Sonoras

Amplitud

Es la cantidad de energía que produce el cuerpo vibrante en el medio elástico.

Frecuencia (f)

Es el número de ciclos por segundo. A mayor frecuencia, el sonido es más agudo; a menor, más grave. El oído humano es capaz de oír un mínimo de 20 Hz y un máximo de 20 kHz. Para saber el tiempo que tarda en completarse un ciclo, se utiliza la fórmula: T = 1/f.

Velocidad (c)

Es la distancia que recorre el sonido en un período de tiempo. La velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 344 m/s. La velocidad varía con la densidad del aire y la temperatura.

Longitud de Onda (λ)

Es la distancia que recorre el sonido durante un ciclo completo. Se calcula como: λ = c/f.

Fase

Es la diferencia en grados entre dos ondas. Permite el cálculo del desfase entre ellas. Si el desfase es de 180º, las ondas se cancelan; si es de menos de 180º o no hay desfase, se producirá una señal de doble amplitud (interferencia constructiva).

La Envolvente del Sonido

Describe la forma en la que la amplitud de un sonido varía con relación al tiempo. Tiene cuatro fases principales:

• Ataque (Attack): Tiempo que tarda el sonido desde que se genera hasta que alcanza su máxima plenitud.
• Caída (Decay): Tiempo que tarda el sonido en alcanzar un nivel constante tras el ataque inicial.
• Sostenido (Sustain): Tiempo durante el cual el sonido se mantiene más o menos estable tras la caída.
• Relajación (Release): Tiempo que tarda el sonido en extinguirse una vez que su amplitud comienza a disminuir.

Cualidades del Sonido

Intensidad

Permite diferenciar un sonido fuerte de uno débil. Depende directamente de la amplitud del movimiento vibratorio. Se relaciona con la sonoridad percibida en la audición.

Tono y Altura

Permite diferenciar un sonido más agudo o más grave. A mayor frecuencia, el sonido es más agudo. El oído humano percibe frecuencias desde 16 Hz hasta 20 kHz. Las características de la altura se clasifican en tono grave, medio y agudo.

Timbre y Contenido Armónico

Permite diferenciar dos sonidos de igual altura e intensidad que provienen de fuentes diferentes. Depende del movimiento vibratorio y de los armónicos que un cuerpo produce al vibrar. Un cuerpo al vibrar puede producir diferentes frecuencias a la vez (armónicos). Una octava se define cuando la frecuencia de un sonido es el doble que la del otro. La relación se expresa como: FH (frecuencia superior) / FL (frecuencia inferior) = 2^n (donde 'n' es el número de octavas).

Magnitudes del Sonido

Potencia Acústica (W)

Es la energía emitida por una fuente sonora por unidad de tiempo.

Intensidad Sonora (W/m²)

Es la energía que atraviesa la unidad de superficie perpendicular a la dirección de propagación del sonido por unidad de tiempo. Se calcula con la fórmula: I = W/S.

El Decibelio en Acústica (dB)

Se utiliza para la evaluación de magnitudes acústicas debido a la gran dispersión de valores que estas pueden presentar, permitiendo una escala logarítmica más manejable.