Percepción Humana del Sonido

Percepción Humana del Sonido

    1. Parámetros de las ondas sonoras:
  1. Amplitud y Frecuencia:

Como ocurre con todos los fenómenos ondulatorios, en el sonido son importantes dos parámetros: La frecuencia y la amplitud. La frecuencia es percibida como tono: las frecuencias elevadas se perciben como tonos agudos, las más bajas como tonos graves.

Por su parte, la amplitud se percibe como intensidad, volumen o sonoridad. Las vibraciones de gran amplitud se perciben como sonidos fuertes, las de pequeña amplitud son sonidos débiles.

La frecuencia F de un sonido y su longitud de onda L están directamente relacionadas con la velocidad de propagación V en la forma:

L = V / F <===> F = V / L

Por ejemplo, a una frecuencia de 10 KHz le corresponde una longitud de onda:

L = 340 / 10 · 103 m = 34 mm

Las longitudes de onda de las frecuencias audibles oscilan entre 1.7 cm y 17 metros. Los murciélagos pueden utilizan sonidos de unos 10 KHz. Los 34 mm de longitud de onda de este “Sonar” es suficiente para discriminar y capturar insectos en vuelo.

El conocimiento de la longitud de onda del sonido es fundamental cuando se trabaja en espacios acústicos como estudios de grabación, micrófonos, cajas acústicas, etc. Cuando se trata del sonido, además de la frecuencia (tono) y amplitud (sonoridad) también es importante el timbre o calidad del tono.

Otro aspecto importante para la identificación de sonidos es su evolución en el tiempo. La amplitud del sonido tiene una evolución desde el momento inicial hasta que desaparece, y esta evolución concierne tanto a la componente fundamental como a sus armónicos.

  1. Nivel de sonido:

El umbral de audición representa el patrón de la intensidad mínima para que un sonido sea audible. Su valor a una frecuencia de 1000 Hz es:

I0 = 1 x 10-2 W/m2 = 1 x 10-10 ?W/cm2

El intervalo de intensidades por arriba del cual el oído humano es sensible es enorme. Abarca desde el umbral de audición I0 hasta una intensidad de 10-12 veces mayor. EL extremo superior representa el punto en el que la intensidad es intolerable para el oído humano. La sensación se vuelve dolorosa y no sólo auditiva.

El umbral del dolor representa la intensidad máxima que el oído promedio puede registrar sin sentir dolor. Su valor es: 1p = 1 W/m2 = 100 ?W/cm2

En vista de la amplitud del intervalo de intensidades al que es sensible el oído, es más conveniente establecer una escala logarítmica para las mediciones de intensidades sonoras. Dicha escala se establece a partir de la siguiente regla.

Cuando la intensidad I, de un sonido es 10 veces mayor que la intensidad I2 de otro, se dice que la relación de intensidades es de 1 bel (B).

O sea que, cuando se compara la intensidad de dos sonidos, nos referimos a la diferencia entre niveles de intensidad dada por:

donde I1, es la unidad de un sonido e I2 es la intensidad del otro.

En la práctica, la unidad de 1 B es demasiado grande. Para obtener una unidad más útil, se define el decibel (dB) como un décimo del bel. Por lo tanto, la respuesta al ejemplo también se puede expresar como 76.8 dB.

Usando la intensidad I0 como patrón de comparación para todas las intensidades, es posible establecer una escala general para valorar cualquier sonido. El nivel de intensidad en decibeles de cualquier sonido de intensidad I puede calcularse a partir de la relación general.

Donde I0 es la intensidad del umbral de audición (1 x 10-12 W/m2). El nivel de intensidad para I0 es de cero decibeles.

  1. Banda Sonora

Puede ser óptica, que se registra haciendo incidir un rayo luminoso que varía de intensidad con la variación de timbre y velocidad de sonido sobre una película virgen, magnética, cuando está adherida a la película en una banda estrechísima, o es una cinta de 35 mm. que se proyecta en doble banda. Físicamente es la tira óptica o magnética impresa a la izquierda de los fotogramas que almacena todos los sonidos. Figuradamente es el conjunto de sonidos del film: voz, música, efectos sonoros…y silencio. De forma incorrecta se llama así a la música de la película para su venta en disco.

    1. Generación, transmisión y recepción de ondas de sonido

Deben existir dos factores para que exista el sonido. Es necesaria una fuente de vibración mecánica y también un medio elástico a través del cual se propague la perturbación. La fuente puede una cuerda que vibre o una columna de aire vibrando en un tubo de órgano. Los sonidos se producen por una materia que vibra.

La necesidad de la existencia de un medio elástico se puede demostrar colocando un timbre eléctrico dentro de un frasco conectado a una bomba de vacío. Cuando el timbre se conecta a una batería para que suene continuamente, se extrae aire del frasco lentamente. A medida que va saliendo el aire del frasco, el sonido del timbre se vuelve cada vez más débil hasta que finalmente ya no se escucha. Cuando se permite que el aire penetre de nuevo al frasco, el timbre vuelve a sonar. Por lo tanto, el aire es necesario para transmitir el sonido.

Una onda es una perturbación que avanza o que se propaga en un medio material o incluso en el vacío. A pesar de la naturaleza diversa de las perturbaciones que pueden originarlas, todas las ondas tienen un comportamiento semejante. El sonido es un tipo de onda que se propaga únicamente en presencia de un medio que haga de soporte de la perturbación. Los conceptos generales sobre ondas sirven para describir el sonido, pero, inversamente, los fenómenos sonoros permiten comprender mejor algunas de las características del comportamiento ondulatorio.

El sonido y su propagación

Las ondas que se propagan a lo largo de un muelle como consecuencia de una compresión longitudinal del mismo constituyen un modelo de ondas mecánicas que se asemeja bastante a la forma en la que el sonido se genera y se propaga. Las ondas sonoras se producen también como consecuencia de una compresión del medio a lo largo de la dirección de propagación. Son, por tanto, ondas longitudinales.

Ondas sonoras longitudinales en el aire

Una tira metálica delgada se sujeta fuertemente en su base, se tira de uno de sus lados y luego se suelta. Al oscilar el extremo libre de un lado a otro con movimiento armónico simple, se propagan a través del aire una serie de ondas sonoras longitudinales periódicas que se alejan de la fuente. Las moléculas de aire que colindan con la lámina metálica se comprimen y se expanden alternativamente, transmitiendo una onda. Las regiones densas en las que gran número de moléculas se agrupan acercándose mucho entre sí se llaman compresiones. Son exactamente análogas a las condensaciones estudiadas para el caso de ondas longitudinales en un resorte en espiral. Las regiones que tienen relativamente pocas moléculas se conocen como rarefacciones. Las compresiones y rarefacciones se alternan a través del medio en la misma forma que las partículas de aire individuales oscilan de un lado a otro en la dirección de la propagación de la onda. Puesto que una compresión corresponde a una región de alta presión y una rarefacción corresponde a una región de baja presión, una onda sonora también puede representando trazando en una gráfica el cambio de presión P como una función de la distancia x. La distancia entre dos compresiones o rarefacciones sucesivas es la longitud de onda.

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