Ciclo 20091º Año -Sonido (No Troncal)

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Principios del SonidoEl Sonido es la sensación que se produce a través del oído en el Cerebro y la causa física que lo determina. Esta causa son las vibraciones de un medio elástico, generalmente el aire. Estas vibraciones se producen por desplazamientos de las moléculas de aire debido a la actuación de una Presión externa. Cada molécula transmite la vibración a las que hay a su lado provocándose un movimiento en cadena.Es difícil establecer teóricamente la diferencia entre el sonido y el ruido; porque los dos son efectos de la misma causa, es decir, de vibraciones que hieren nuestros oídos. Sin embargo puede afirmarse que el sonido es el resultado de las vibraciones que tienen algunas duraciones organizadas, valores musicales; mientras que el ruido es el resultado de vibraciones demasiadas cortas, y aperiódicas para poder apreciarse. Un cuerpo es apto para producir un sonido tan sólo, si es muy elástico en su composición molecular. Los sonidos musicales admitidos generalmente abarcan una extensión de siete octavas, es decir desde 70 hasta casi 8.800 vibraciones por segundo.La Forma de representar gráficamente un Sonido es mediante una onda Sinusoidal, donde el Movimiento Vibratorio transcurre en función del Tiempo.

Amplitud de Onda

Tiempo

Longitud de Onda Es tomada en relación al espacio que ocupa una onda Completa

Período ( Hz )

Cuerpo Vibrátil

AmplitudSe llama amplitud del movimiento oscilatorio a la longitud de un arco determinados por dos puntos, la posición de equilibrio y una de las posiciones extremas.

PeríodoEl tiempo en que tarda el objeto en realizar una oscilación completa.

FrecuenciaSe llama frecuencia de un movimiento vibratorio al número de oscilaciones completas que se realizan en un segundo.

Longitud de onda

Se llama longitud de onda de un movimiento vibratorio a la distancia entre crestas de dos ondas consecutivas.

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Harry Olson uno de los creadores del sintetizador RCA Mark I en 1955, dice en su libro “ Music Physics and Engineering “: “.... El sonido es una alteración en la presión, desplazamiento de las partículas, o velocidad de partículas, que es propagada en un medio elástico, o la superposición de esas alteraciones propagadas. Y es también la sensación auditiva producida a través del oído, por las alteraciones antes descriptas....”Simplificando, el Sonido es una vibración regular y periódica, esta vibración puede ser transmitida en cualquier medio elástico.Un cuerpo que entra en vibración sufre una deformación que lo saca de su estado de reposo o equilibrio, dicho cuerpo tiene una tendencia natural a volver a su estado de equilibrio, pero no lo puede hacer de una sola vez, por lo tanto, se producen movimientos sucesivos de deformación y tendencia a volver a su estado original de reposo.El aire que rodea a nuestro cuerpo vibrátil se ve sometido a una sucesión de compresiones y depresiones, aumento y disminución de presión, la que se transmite en todas las direcciones y en forma longitudinal. Esto da lugar a la formación de ondas esféricas con capas alternativas de alta y baja presión, que se aleja de la fuente sonora a una velocidad de 345 metros por segundo en el aire, según las condiciones climáticas.Básicamente se puede decir que la altura define lo agudo o grave de un sonido, y ésta dependa de las oscilaciones completas en un determinado lapso, un segundo, esto se conoce como frecuencia. La distancia entre dos crestas consecutivas de una onda es la llamada Longitud de Onda.Los límites audibles para el ser humano van aproximadamente desde los 20 Hz ( Ciclos por segundo ) hasta los 20 KHz ( 20.000 Hz )La amplitud o intensidad definen cuán fuerte o suave es un sonido, determinadas por la posición de equilibrio de la onda sonora y uno de sus extremos.El timbre es aquella cualidad del sonido que permite a nuestro cerebro diferenciar dos fuentes sonoras, de distinto timbre, que emitan un sonido de la misma altura y amplitud. El concepto más difundido en cuanto a lo que define el timbre de un sonido, es el que apunta a los llamados Armónicos.Todo sonido natural consta de una frecuencia que se conoce como Fundamental, responsable de la altura de dicho sonido, pero un sonido que sólo posea la fundamental no existe en el mundo natural.Un sonido natural, además de la fundamental, existen otras frecuencias de menor intensidad, los armónicos, que aparecen ordenados de acuerdo a lo que se conoce como Serie Natural de Armónicos, los que se mantienen en relación tonal a la Fundamental.También existen unas frecuencias fijas llamadas Formantes, independientes de las frecuencias que pueda generar un instrumento determinado, y cuyo origen se atribuyen a las propiedades físicas del cuerpo o de la caja de resonancia del instrumento.

Espectro Armónico (Jorge Haro, Revista El Musiquero , 1988)Cada Sonido está constituido por una frecuencia base, fundamental, y una serie de armónicos y sonidos concomitantes.Un espectro es la combinación de varios elementos de diferente frecuencia. Dichos elementos son partes constituyentes y se los denominan Parciales. La Amplitud relativa de cada uno de los parciales que conforman el espectro juega un papel de importancia en la caracterización.La composición espectral es la forma en que se representan las componentes dentro de cada sonido, el orden en intensidad y frecuencia de los armónicos liberados por la frecuencia fundamental.Un sonido de un sólo componente periódico se dice que tiene forma Sinusoidal, un sonido puro porque no posee armónicos, este sonido sólo puede ser obtenido por medios electrónicos.Si las componentes de un espectro formado por elementos periódicos se encuentran en relaciones de números enteros, múltiples de la frecuencia fundamental, se dice que el espectro es armónico. Un ejemplo de espectro armónico es la onda Diente de Sierra.El resultado auditivo generado por esta forma de onda es rico y distinguido por sus componentes de alta frecuencia, se la puede comparar con los instrumentos de viento de metal.La onda Cuadrada, genera un espectro armónico con componentes impares ( armónicos 3 ,5 ,7, etc. ) y el resultado puede describirse como hueco o nasal, como por ejemplo el clarinete o fagot. Una onda Triangular es pobre en armónicos.Un espectro cuyos parciales no se encuentran en relación de números enteros, se denomina espectro inarmónico. Estos pueden separarse en Sonidos Levemente Inarmónico, como un vibráfono o una marimba, Medianamente Inarmónico, como un steel drums, y Fuertemente Inarmónico como un platillo, esta última categoría se halla próxima a la categoría del ruido.El Ruido se produce por la generación de elementos a-periódicos que se presentan fluctuando aleatoriamente la intensidad y la frecuencia de los componentes que la forman.

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ACUSTICA La acústica es la parte de la física que estudia los sonidos y los fenómenos que los generan. La cadena de audio que recorre una señal sonora desde su generación hasta su reproducción artificial comienza en las vibraciones producidas por el

cuerpo que las causa, las cuales se disipan en un medio elástico (generalmente aire) lo que permite su propagación o difusión. Este movimiento vibratorio u oscilatorio de los cuerpos se transfiere al medio en forma presiones y depresiones generando ondas de presión que se propagan en forma omnidireccional de la misma manera que las ondas producidas por una piedra al caer en el agua.

ONDAS SONORAS Las ondas de sonido se desplazan mediante la transferencia de la presión recibida por el cuerpo vibratorio, de molécula en molécula; en ese “traslado” no existe traslado de masa, sino solo de presión. Ejemplos de traslado de presión sin traslado de masa son las bolitas colgantes o las olas del mar.

LA NATURALEZA DEL SONIDO

Las ondas sonoras constituyen un tipo de ondas mecánicas que tienen la virtud de estimular el oído humano y generar la sensación sonora. En el estudio del sonido se deben distinguir los aspectos físicos de los aspectos fisiológicos relacionados con la audición. Desde un punto de vista físico el sonido comparte todas las propiedades características del comportamiento ondulatorio, por lo que puede ser descrito utilizando los conceptos sobre ondas. A su vez el estudio del sonido sirve para mejorar la comprensión de algunos fenómenos típicos de las ondas. Desde un punto de vista fisiológico sólo existe sonido cuando un oído es capaz de percibirlo.

Sonido físico y sensación sonora

No todas las ondas sonoras pueden ser percibidas por el oído humano, el cual es sensible únicamente a aquellas cuya frecuencia está comprendida entre los 20 y los 20 000 Hz. Cuando una onda sonora de tales características alcanza la membrana sensible del tímpano, produce en él vibraciones que son transmitidas por la cadena de huesecillos hasta la base de otra membrana situada en la llamada ventana oval, ventana localizada en la cóclea o caracol. El hecho de que la ventana oval sea de 20 a 30 veces más pequeña que el tímpano da lugar a una amplificación que llega a aumentar entre 40 y 90 veces la presión de la onda que alcanza al tímpano. Esta onda de presión se propaga dentro del caracol a través de un líquido viscoso hasta alcanzar otra membrana conectada a un sistema de fibras fijas por sus extremos a modo de cuerdas de arpa, cuyas deformaciones elásticas estimulan las terminaciones de los nervios auditivos. Las señales de naturaleza eléctrica generadas de este modo son enviadas al cerebro y se convierten en sensación sonora. Mediante este proceso el sonido físico es convertido en sonido fisiológico.

CUALIDADES DEL SONIDO El oído es capaz de distinguir unos sonidos de otros porque es sensible a las diferencias que puedan existir entre ellos en lo que concierne a alguna de las tres cualidades que caracterizan todo sonido y que son la intensidad, el tono y el timbre. Aun cuando todas ellas se refieren al sonido fisiológico, están relacionadas con diferentes propiedades de las ondas sonoras.

Intensidad

La intensidad del sonido percibido, o propiedad que hace que éste se capte como fuerte o como débil, está relacionada con la intensidad de la onda sonora correspondiente, también llamada intensidad acústica. La intensidad acústica es una magnitud que da idea de la cantidad de energía que está fluyendo por el medio como consecuencia de la propagación de la onda.

La magnitud de la sensación sonora depende de la intensidad acústica, pero también depende de la sensibilidad del oído. El intervalo de intensidades acústicas que va desde el umbral de audibilidad, o valor mínimo perceptible, hasta el umbral del dolor es muy amplio, estando ambos valores límite en una relación del orden de 1014 Debido a la extensión de este intervalo de audibilidad, para expresar intensidades sonoras se emplea una escala cuyas divisiones son potencias de diez y cuya unidad de medida es el decibelio (dB). Ello significa que una intensidad acústica de 10 decibelios corresponde a una energía diez veces mayor que una intensidad de cero decibelios; una intensidad de 20 dB representa una energía 100 veces mayor que la que corresponde a 0 decibelios y así sucesivamente. Otro de los factores de los que depende la intensidad del sonido percibido es la frecuencia. Ello significa que para una frecuencia dada un aumento de intensidad acústica da lugar a un aumento del nivel de sensación sonora, pero intensidades acústicas iguales a diferentes frecuencias pueden dar lugar a sensaciones distintas.

Niveles aproximados

Estudio de grabación vacío. 0 dbMurmullo a tres metros. 10 dbPaso de las hojas de un libro 10 dbSusurro a un metro 20 dbCalle sin tráfico en zona residencial 30 dbDormitorio tranquilo de día 25 dbConversación a tres metros 45 dbOrquesta de cuerda y viento 60 dbOrquesta de metales 70 dbDespertador a 40 cm 80 dbCalle ruidosa con mucho tráfico 90 dbFábrica industrial ruidosa 100 dbUmbral del dolor 120 dbAvión a reacción a 200m 140 dbCohete espacial a unos 3.000m 200 db

Tono

El tono es la cualidad del sonido mediante la cual el oído le asigna un lugar en la escala musical, permitiendo, por tanto, distinguir entre los graves y los agudos. La magnitud física que está asociada al tono es la frecuencia. Los sonidos percibidos como graves corresponden a frecuencias bajas, mientras que los agudos son debidos a frecuencias altas. Así el sonido más grave de una guitarra corresponde a una frecuencia de 82,4 Hz y el más agudo a 698,5 hertzs. Junto con la frecuencia, en la percepción sonora del tono intervienen otros factores de carácter psicológico. Así sucede por lo general que al elevar la intensidad se eleva el tono percibido para frecuencias altas y se baja para las frecuencias bajas. Entre frecuencias comprendidas entre 1 000 y 3 000 Hz el tono es relativamente independiente de la intensidad.

Timbre

El timbre es la cualidad del sonido que permite distinguir sonidos procedentes de diferentes instrumentos, aun cuando posean igual tono e intensidad. Debido a esta misma cualidad es posible reconocer a una persona por su voz, que resulta característica de cada individuo. El timbre está relacionado con la complejidad de las ondas sonoras que llegan al oído. Pocas veces las ondas sonoras corresponden a sonidos puros, sólo los diapasones generan este tipo de sonidos, que son debidos a una sola frecuencia y representados por una onda armónica. Los instrumentos musicales, por el contrario, dan lugar a un sonido más rico que resulta de vibraciones complejas.

Cada vibración compleja puede considerarse compuesta por una serie de vibraciones armónicas simples de una frecuencia y de una amplitud determinadas, cada una de las cuales, si se considerara separadamente, daría lugar a un sonido puro. Esta mezcla de tonos parciales es característica de cada instrumento y define su timbre. Debido a la analogía existente entre el mundo de la luz y el del sonido, al timbre se le denomina también color del tono.

VOZ Y OÍDO

    Está claro que el oído humano está hecho para recibir voces humanas por encima de cualquier otro sonido, si bien existen sonidos vitales distintos a los humanos que es imprescindible conocer y percibir. Un hombre de hace 300.000 años necesitaba reconocer el paso de un conejo cuando le oía. Era algo necesario para comer. Nosotros no, pero sí podemos llegar a reconocer portazos o cristales rotos, por ejemplo. La educación del oído nos puede llegar a dar la posibilidad de distinguir a diferentes personas según la fuerza con la que pisan al andar. Unas personas pueden escuchar una pisada, otras pueden

reconocer una pisada masculina de un hombre con sobrepeso. Los límites auditivos se encuentran entre los 60 hz y los 18.000 hz. Nosotros oímos en escala logarítmica, y encontramos más diferencia tonal entre los 60 y los 80 hz que entre los 10.000 y los 10.020. Por otro lado, la mencionada educación del oído en nuestra sociedad ha impuesto a nuestra educación inconsciente una limitación mayor: entre los 80 y los 16.000. Esto significa que nosotros no oímos, a no ser que tengamos nuestra escucha educada, una frecuencia mayor de 16.000, o que sí la oímos, pero no le prestamos atención, como cuando descartamos el ruido de fondo de una zona transitada. Una prueba fehaciente de esto es que los tubos de imagen de televisores y monitores emiten constantemente un pitido a 16000 hz que nosotros no escuchamos. Sin embargo sí podemos llegar a asociar una sensación extraña en nuestro oído con la presencia de una televisión encendida. El standard auditivo comercial se encuentra en mayores franjas: 20 y 20.000. Estos son también los límites que tienen nuestros altavoces comunes.

    Como se ha adelantado antes, tendemos a fijarnos más en una zona del espectro sonoro. Ésta se encuentra alrededor de los 1.000 hz (entre los 300 y los 3000) y es precisamente la frecuentada por la voz humana, que aunque tiene un timbre distinto para cada individuo, en general se encuentra en esa zona. Tampoco es casualidad que, si hacemos una escala logarítmica entre 20 y 20.000 nos encontremos con que 1.000 se encuentre en la mitad.

    Los hombres y las mujeres tienen amplitudes de voz ligeramente distintas. Esto nos hace reconocer una voz masculina haciendo un falsete, por ejemplo. El timbre masculino tiende a estar entre los 300 y los 2.000, el femenino entre los 500 y los 3.000.