Sonido
Si ya leíste sobre el tema “ondas”, ya sabrás un poco de que es el sonido, pero si no lo has hecho te lo cuento. El sonido es una onda mecánica de tipo longitudinal y que es producida por la vibración de un cuerpo como las cuerdas de un bajo o la membrana de un parlante. En las ondas longitudinales el avance de la onda es paralelo a la amplitud, lo que se puede representar con la siguiente imagen.
En la imagen podemos ver zonas de compresión y de rarefacción, que son zonas donde las partículas están juntas y después separadas respectivamente. Las zonas de mayor presión son equivalentes al monte y las de menor presión al valle.
Velocidad del sonido
Como el sonido es una onda de presión, esta depende de las partículas que hay en el medio. Mientras más cerca este una partícula de otra, menos va a tardar el sonido de golpear a la siguiente por lo que se va a propagar más rápido, por lo que decimos que la velocidad del sonido es directamente proporcional a la densidad del medio por el que se propaga. Otro factor que influye en la velocidad del sonido es la temperatura. Si la temperatura aumenta, las partículas van a moverse más y esa velocidad extra va a “impulsar” al sonido, por lo que la velocidad también aumenta, por lo que decimos que la velocidad del sonido es directamente proporcional a la temperatura del medio por el que se propaga.
¿Cómo escuchamos?
Para poder escuchar los sonidos del ambiente, nuestros cuerpos han evolucionado para poder captar sonidos. El órgano que se desarrollo es el oído, que nos permite captar sonidos y los transforma en señales eléctricas que llegan al cerebro. El oído tiene 3 secciones, el oído externo que capta sonidos, el oído medio que recibe el sonido a través del tímpano y los amplifica con 3 huesos llamados martillo, yunque y estribo, y el oído interno, que lleva el sonido hasta la cóclea, en donde hay unos cilios que, junto al nervio auditivo, transforman el sonido en una señal eléctrica para que esta llegue al cerebro.
Características del sonido
El sonido tiene una serie de características que le permiten diferenciarse de otros sonidos. Todos los sonidos tienen 3 características que pueden ir cambiando entre sonidos, estas son la intensidad, el tono o la altura y el timbre. La intensidad de un sonido es la magnitud que representa la energía de este, lo que en una onda vemos como amplitud en el sonido lo vemos como intensidad o volumen. La intensidad de los sonidos se mide en decibel (dB).
La segunda característica del sonido es el tono, que hace alusión a la frecuencia del sonido. Si la frecuencia es alta tenemos un sonido agudo o un tono alto, mientras que si tenemos una frecuencia baja tenemos un sonido grave o un tono bajo. Dentro del tono podemos encontrar las 7 notas musicales, que son notas que puede reproducir un instrumento y que van subiendo en frecuencia. Algo curioso es que al llegar a la octava nota encontramos de nuevo la primera, y esto pasa por que cambiamos de octava, es decir que volvemos a la primera nota, pero que esta vez tiene el doble de la frecuencia original. Este es el primer armónico, y para todo el resto de armónicos solo tenemos que seguir subiendo las 8 notas o multiplicar la frecuencia original por un número entero.
El último detalle que nos permite diferenciar a 2 sonidos diferentes es el timbre. El timbre es la representación de la geometría de la onda y se produce por los armónicos naturales del sonido. Cada vez que producimos un sonido, también se produce una serie de armónicos adicionales, pero todos con diferentes amplitudes. Al sumar todos los armónicos al sonido base, la representación de la onda va a ir tomando diferentes geometrías tal como lo hace en la siguiente imagen.
Fenómenos acústicos
Si tenemos un sonido específico que va desplazándose por algún medio le pueden pasar varias cosas. Si nuestro sonido choca contra un obstáculo va a ocurrirle un fenómeno llamado reflexión, lo que produce que el sonido cambie de sentido y quizá de dirección. Dentro de la reflexión podemos encontrar algunos fenómenos diferentes como el eco, la reverberación y la absorción. El eco se produce cuando el sonido viaja, se refleja, vuelve y lo reconocemos como 2 sonidos idénticos a parte. El cerebro humano reconoce sonidos diferentes cada 0,1 segundos o más, por lo que el sonido tiene que viajar 34 metros (340 m/s*0,1 s = 34 m) antes de llegar al oído para que lo podamos percibir. La reverberación es otro fenómeno que está en el fenómeno y que es una de las maldiciones que azota a algunos músicos. Esto se produce cuando hay una serie de ecos en un espacio, lo que provoca que haya interferencia y el sonido termine siendo confuso. El último fenómeno que vamos a contar que le ocurre al sonido cuando se refleja es la absorción. Como el nombre lo dice, el fenómeno trata sobre la energía que absorbe el obstáculo cuando la onda se refleja, por lo que la amplitud disminuye. Algunos materiales son buenos para absorber, mientras que otros lo son para reflejar. Esto depende de la textura y de la dureza, los materiales duros como el metal reflejan mejor los sonidos.
Refracción
Cuando una onda cambia a un medio con diferente densidad o temperatura, el sonido va a cambiar de dirección y de velocidad. Por ejemplo, cuando el sonido pasa del agua al aire, este va más lento y cambia de dirección.
Difracción
La difracción es la capacidad de un sonido de traspasar un obstáculo por alguna apertura y ocupar todo el espacio que tiene disponible. Para esto el sonido puede curvarse. Si la longitud de onda es menor, el sonido puede difractarse mucho más, es decir que puede cambiar más su dirección.
nota: La segunda imagen dice onda incidente.
Interferencia
Cuando dos sonidos diferentes se intersectan en un mismo medio/espacio, a estos sonidos les pueden ocurrir varias cosas. Hay 2 tipos de interferencia, la constructiva y la destructiva. Si la interferencia es constructiva, la amplitud de las ondas se suma, mientras que si es destructiva se resta. De la interferencia pueden surgir varios fenómenos, si los sonidos tienen frecuencias diferentes surge algo llamado batido, lo que se demuestra en este video: https://www.youtube.com/watch?v=1x1OBu1atQo, mientras que si las frecuencias son iguales se escucha algo más armónico que puede ser hasta el silencio.
Resonancia
Todos los objetos tienen una frecuencia natural, una frecuencia con la que pueden vibrar. Si tenemos 2 cuerpos con la misma frecuencia natural y hacemos sonar a uno, estamos obligando al otro a vibrar. La resonancia es obligar a un cuerpo a vibrar usando su frecuencia natural, lo que se puede usar en algunas tecnologías médicas o para romper copas de cristal.
Efecto Doppler
El efecto Doppler es un efecto que se puede apreciar cuando tenemos cualquier tipo de onda y el receptor o el emisor se mueven respecto al otro. El efecto Doppler es el cambio aparente de la frecuencia de la onda cuando los cuerpos tienen estados de movimiento diferentes. En el sonido, este efecto produce el cambio de tono en un sonido, lo que puedes observar cuando una ambulancia se acerca hacia ti haciendo ruido. Para calcular la frecuencia que vamos a observar si el emisor se mueve, podemos ocupar la siguiente formula.
