Características del sonido
3. Física del sonido
"Desde el punto de vista físico, la señal acústica es la vibración mecánica de un medio elástico (gaseoso, líquido o sólido) y la propagación de esta vibración a través de ondas."
El movimiento genera sonido. El agua que corre, el viento, las pezuñas con herraduras al percutir la calle, nuestra voz...
Una vibración es un movimiento rápido en torno a una posición de equilibrio.
¿Cuán rápidas son las vibraciones que escuchamos?
Las vibraciones que percibimos como sonido son de decenas y hasta miles de oscilaciones por segundo.
Por eso, para estudiar trabajaremos con modelos e imágenes que analicen el fenómeno en un tiempo más lento, para que nuestros ojos puedan ver lo que sucede.
Veamos, por ejemplo, cómo vibran algunos instrumentos de percusión (¡ver sin sonido!):
El video en cámara lenta del platillo nos permite ver en un tiempo más lento cómo es la vibración de dicho objeto. Ahora bien, ¿qué sucede con el aire cuando un objeto vibra?
En la siguiente animación se representa un tubo, un pistón y partículas de aire.
Aclaración: este modelo también debe ser entendido como si estuviera en cámara lenta: la vibración del pistón es mucho más lenta que las vibraciones que producen sonido. El pistón podría representar, por ejemplo, el cuerpo del platillo que vimos antes.
Animación extraída de eMe - Acústica
- Los puntos grises representan las partículas de aire dentro de un tubo. Recordemos que el aire es un medio elástico.
- Cuando el pistón comprime el aire, la fuerza elástica hace que las partículas tiendan a descomprimirse, empujando a las partículas que están próximas. De esta manera se trasmite la energía y la zona de compresión viaja a lo largo del tubo.
- Por el contrario, cuando el pistón se retira, genera una descompresión (rarefacción) del aire. Nuevamente la fuerza elástica hará que las partículas vuelvan a juntarse atrayendo a las partículas próximas y trasladando así la zona de descompresión o rarefacción.
El aire como todo gas tiene un valor de presión al que nos referimos como presión atmosférica. Cuando un objeto pone en vibración el aire, las variaciones de presión (compresión-rarefacción) se darán en torno a esta presión atmosférica.
Por ejemplo: la presión atmosférica a nivel del mar es de aproximadamente 1013,2 hPa (hectopascales) es decir 101325 Pascales. Dicha presión diremos que es constante para ciertas condiciones climáticas. Cuando estamos en "silencio" nuestros tímpanos están expuestos a esta presión de aire. Cuando recibimos una señal acústica en el tímpano la presión comienza a oscilar, aumentando y disminuyendo en torno a este valor de presión atmosférica. Para tener una idea, las variaciones de presión que podemos escuchar como sonido van desde 0,00002 Pa hasta 20 Pa. Es decir que somos sensibles a muy pequeñas variaciones de presión.
Propagación: volvamos un momento al ejemplo del pistón. Observe atentamente una de las partículas de aire...
Observe que las partículas no viajan con la onda. Estas vibran en torno a su posición de equilibrio.
En conclusión, el sonido no trasporta partículas de aire, el sonido trasporta energía.
Conclusión: el sonido puede ser representado como variaciones de presión en torno a la presión atmosférica.
También podemos decir que las vibraciones de una fuente acústica se trasmiten al aire y que las partículas de aire vibran de forma análoga a la fuente que produce el sonido.
En el caso del pistón, su "vibración" se corresponde con una oscilación simple. En el caso del platillo, podemos adelantarnos a pensar que la vibración es más compleja y por ende las partículas tendrán vibraciones más complejas que una oscilación simple.
Para poder visualizar cómo es la forma en la que vibra el aire, debemos utilizar otros medios de representación como un oscilograma.