CARACTERÍSTICAS DEL SONIDO
TONO
El tono o altura de un sonido es la característica a la cual nos referimos cuando decimos que un sonido es mas agudo o grave que otro. A los sonidos altos o agudos como los producidos por las cuerdas delgadas de una guitarra corresponden frecuencias altas, en tanto que a los sonidos graves o bajos corresponden frecuencias bajas.
La respuesta del oído depende de la frecuencia del sonido percibido. El oído solo puede percibir sonidos de frecuencias entre \(20 Hz\) y \(20000 Hz\). Las ondas longitudinales con frecuencias mayores de \(20000 Hz\), se conocen como ultrasonidos y las ondas con frecuencias menores de \(20Hz\) se conocen como infrasonidos. Muchos animales como los perros o los murciélagos detectan rangos de frecuencias ultrasónicas. Las ondas de infrasonido son características de las ondas sísmicas.
Los músicos identifican los tonos de las notas musicales por su frecuencia característica.
Para el calculo de la longitud de onda de una nota, se cumple que \(v=\lambda * f\).
INTENSIDAD
La intensidad del sonido se relaciona con la intensidad de la energía que transportan las ondas. Estas características nos permite diferenciar sonidos fuertes de sonidos débiles.
Definimos intensidad del sonido como la energía transmitida por unidad de área en la unidad de tiempo. Es decir, la intensidad es la potencia transmitida por unidad de área. La intensidad del sonido se expresa en vatios sobre metro cuadrado (\(W/m^2\)).
Recuerda que la energía asociada a una onda es proporcional al cuadrado de la amplitud. Como la intensidad del sonido depende de la energía transmitida, entonces la intensidad varia con el cuadrado de la amplitud de la onda. El oído humano puede detectar sonidos con una intensidad comprendida entre \(10^{-12}\) y \(1\ W/m^2\). En realidad la sensación del oído se describe por medio de una característica subjetiva llamada volumen del sonido o sonoridad. Si la intensidad de un sonido es 10 veces la de otro, la sonoridad del mas intenso es el doble de la sonoridad del mas débil.
Es usual expresar la medida de lo intenso o débil que resulta un sonido con una escala logarítmica de la cual a cada intensidad I le corresponde un nivel de intensidad \(\beta\) que se define como:
\(Nivel\ de \ intensidad=\beta=10\, dB*log(\frac{I}{I_0})\)
Donde \(I_0\) es la mínima intensidad audible por el oído humano, es decir, \(10^{-12}W/m^2\). El nivel de intensidad se expresa en decibeles (dB), Por cada 10 dB que aumenta el nivel de intensidad de un sonido, la sonoridad de duplica.
Por estos efectos es importante conocer las consecuencia de los sonidos intensos en el organismo y eliminar las fuentes de contaminación acústica. Para ello existen regulaciones internacionales.
Al alejarnos de una fuente que emite sonido con determinada potencia encontramos que la intensidad percibida disminuye. Hay dos factores que intervienen en la disminución de la intensidad: el medio de propagación absorbe parte de la energía y cuanto mas lejos estemos de la fuente la potencia se distribuye en un área mayor.
Consideremos el segundo factor. Si una fuente emite un sonido con una potencia P, como lo muestra la figura, la potencia se distribuye en el área de una esfera de radio igual a la distancia que separa la fuente del observador. Supongamos que no hay absorción por parte del medio de propagación y que la potencia emitida por la fuente atraviesa una superficie esférica de radio r. Como el área de la superficie de la esfera es \(4\pi r^2\), la intensidad de una distancia r de la fuente es:
\(I=\frac{P}{A}\), es decir, \(I=\frac{P}{4\pi r^2}\)
Si el radio, que corresponde a la distancia a la fuente, se duplica, el área sobre la cual se debe distribuir el sonido se cuadruplica y la intensidad se reduce a la cuarta parte. Si el radio se triplica, el área queda multiplicada por 9 y la intensidad se reduce a la novena parte.
DURACIÓN
La duración diferencia sonidos largos o cortos, depende de la persistencia de la onda y corresponde al tiempo en el que una onda permanece en el medio de propagación. Se mide en segundos. En música se representa por medio de figuras, silencios, etc.
TIMBRE
El timbre del sonido es la característica a la cual nos referimos para distinguir los sonidos emitidos por dos fuentes diferentes aun cuando tengan al mismo tono y la misma intensidad. Por ejemplo, diferenciamos dos sonidos, uno proveniente de un violín y otro proveniente de una flauta aunque produzcan la misma nota con la misma intensidad.
Analicemos la figura en la cual se muestran dos pares de ondas (a y b), con amplitudes y frecuencia diferentes, que se superponen generando una tercera onda (c). La onda de mayor amplitud (a y c), se denomina onda predominante. Observa que la frecuencia de las ondas de menor amplitud son múltiplos enteros de la frecuencia de la onda predominante. Así mismo, nota que la onda resultante (c) tiene la misma amplitud de la onda predominante (a), pero diferente forma. La onda resultante a tiene entonces un timbre diferente a la onda c, aun cuando ambas tienen la misma frecuencia y la misma amplitud. El timbre esta dado, por lo tanto, por la presencia de ondas menos intensas que la onda predominante, cuyas frecuencias son múltiplos de la frecuencia de esta. De acuerdo con la forma y el material de los instrumentos musicales, se superponen diferentes frecuencias que determinan la forma de la onda resultante y en consecuencia, el timbre del sonido que producen.
PREGUNTA: ¿Cuál es la longitud de onda de la nota "la", cuya frecuencia es \(440Hz\) y la velocidad del sonido es \(340m/s\)?