SONIDO

El sonido es la sensación, en el órgano del oído, producida por el movimiento ondulatorio, debido a los cambios de presión en un medio elástico y generados por el movimiento vibratorio de un cuerpo sonoro.

El sonido no es un objeto que se mueve por el aire, sino una sensación creada por el cerebro al percibir ligeras vibraciones en el aire. Cuando un objeto (emisor) vibra, hace vibrar también al aire que se encuentra alrededor de él. Esa vibración se transmite a la distancia y hace vibrar (por resonancia) el interior del oído, que codifica (convierte) esa vibración en información eléctrica que va al cerebro a través de las neuronas. El cerebro decodifica esa información y la convierte en una sensación. A esa sensación se le denomina "sonido".

La función del medio transmisor es fundamental, ya que el sonido no se propaga en el vacío. El aire es el medio transmisor más común del sonido. La velocidad de propagación del sonido en el aire es de aproximadamente 343 metros por segundo a una temperatura de 20 ºC (293 kelvin).

Los distintos sonidos que conforman el habla se estudian en la fonética y en la fonología.

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Características físicas

Como todo movimiento ondulatorio, el sonido se representa por una sinuisoide en la que la amplitud representa la intensidad de sonido y la longitud de onda el tono del sonido. A longitudes de onda más pequeñas (mayor frecuencia), el sonido será más agudo; si son más largas (frecuencias menores), el sonido será más grave.

La inversa de la longitud de onda, teniendo en cuenta el tiempo, es la frecuencia, que equivale al número de ondas por unidad de tiempo (que en el Sistema Internacional es el segundo).

El oído humano es capaz de percibir frecuencias entre 20 y 20.000 hercios (ciclos por segundo).

El sonido puede ser puro, pero casi la totalidad de ellos son mezcla de sonidos de distinta longitud de onda que conforman el sonido resultante. Los sonidos añadidos a la onda principal (la que da el tono), se llaman armónicos. La suma de todas estas ondas determina el timbre, que permite conocer el instrumento que emite el sonido.

Desde el punto de vista musical, una nota dentro de una octava determinada se caracteriza por tener el doble de frecuencia que la misma nota en la octava inmediata más grave. Por ejemplo, el do₄ (la tecla blanca central del piano) posee 264 Hz, mientras que el do ₅ (la tecla blanca situada siete teclas a la derecha del do central) tiene 132 Hz.

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Medición del sonido

La medición física del sonido puede hacerse en la fuente (conociendo su potencia) o a cierta distancia de la fuente, midiendo la presión que las ondas inducen en el medio de propagación. En cada caso respectivo se utilizaría la unidad de potencia (que en el SI es el vatio, W) o la unidad de presión (que en el SI es el pascal, Pa).

Sin embargo, las personas perciben el sonido de un modo distinto, puesto que la sensación recibida no aumenta proporcionalmente al aumento de la potencia de la fuente, sino proporcionalmente al logaritmo de esa potencia, lo que obliga a definir el llamado nivel de potencia (y nivel de presión) del sonido, por la fórmula:

${L_W}= log \frac{W_1}{W_0}$

en donde W₁ es la potencia a estudiar, y W₀ es la potencia umbral de audición, que expresada en unidades del SI, equivale a $10 - 12$ vatios, y que se toma como referencia fija.

La unidad para medir este sonido sería el belio (B), pero como es una unidad muy grande, se utiliza normalmente su submúltiplo, el decibelio (dB), por lo que para obtener el resultado directamente habría que multiplicar el segundo término de la fórmula por 10.

Para sumar sonidos no es correcto sumar los valores de los niveles de potencia o de presión: han de sumarse las potencias o las presiones que los originan. Así, dos fuentes de sonido de 21 dB no dan 42 dB sino 24 dB.

En este caso se emplea la fórmula:

$L_{p res}= 10\cdot \log_{10}(10^{\frac{X_1}{10}}+10^{\frac{X_2}{10}}+ ... )$ (dB)

O lo que es lo mismo:

$L_{p res}= 10 \cdot \log_{10} \left( antilog\left( \frac{X_1}{10} \right )+ antilog \left( \frac{X_2}{10} \right )+ ... \right)$ (dB)

En las que $L pres$ , es el nivel de presión resultante y $X n$ son los valores de los niveles de presión a sumar, expresados en decibelios. Las fórmulas convierten los niveles en sus expresiones físicas (potencia o presión y, tras sumar éstas, vuelve a hallar la expresión del nivel sumado.

a velocidad del sonido es la velocidad de propagación de las ondas de presión longitudinales que constituyen el sonido. Esta velocidad varía dependiendo del medio a través del cual viajan las ondas sonoras. Aparte del interés del estudio del propio sonido su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión (ej. ver artículo sodio). La velocidad del sonido no depende del tono o longitud de onda pero sí su atenuación.

Más comúnmente el término se aplica a la velocidad del sonido en el aire. En este caso las propiedades físicas del aire, su presión y humedad por ejemplo, son factores que afectan la velocidad. Una velocidad aproximada (en metros/segundo) puede ser calculada mediante la siguiente fórmula empírica:

$c = (331{,}5 + 0{,}6 \cdot \vartheta) \ \mathrm{m/s}$

donde $\vartheta$ es la temperatura en grados celsius;

$\vartheta=T-273{,}15\,\mathrm{K}$ .

Una ecuación más exacta, referida normalmente como velocidad adiabática del sonido, viene dada por la fórmula siguiente:

$c = \sqrt \frac {\kappa \cdot R \cdot T} {m}$

donde R es la constante de los gases, m es el peso molecular promedio del aire (R/m = 287 J/kg K para el aire), κ es la razón de los calores específicos (κ=c_p/c_v siendo igual a 1,4 para el aire), y T es la temperatura absoluta en kelvin. En una atmósfera estándar se considera que T es 293,15 K, dando un valor de 343 m/s ó 1235 kilómetros/hora. Esta fórmula supone que la transmisión del sonido se realiza sin pérdidas de energía en el medio, aproximación muy cercana a la realidad.

En sólidos la velocidad del sonido está dada por:

$c = \sqrt{\frac{E}{\rho}}$

donde E es el módulo de Young y ρ es la densidad. De esta manera se puede calcular la velocidad del sonido para el acero que es aproximadamente de 5100 m/s.

La velocidad del sonido en el agua es de interés para realizar mapas del fondo del océano. En agua salada, el sonido viaja a aproximadamente 1500 m/s y en agua dulce a 1435 m/s. Estas velocidades varían debido a la presión, profundidad, temperatura, salinidad y otros factores.

Sonido

Características físicas

Medición del sonido

Propagación del sonido

Velocidad del sonido