Tono y volumen en ondas sonoras

Sonidos y sus parámetros

¿Eres una persona musical? ¿Tiene un tono perfecto? Si reproduzco este sonido aquí (vea 00:08 en el video de arriba), y luego reproduzco este sonido (vea 00:11 en el video de arriba), ¿puede decir cuál es la diferencia? Probablemente haya notado que el primer sonido fue más bajo y el segundo sonido más alto. Si tienes formación musical, es posible que hayas reconocido que el intervalo entre las dos notas era una sexta mayor. Y, si tiene un tono perfecto, es posible que haya reconocido las notas como una C y una A.

Pero, ¿qué significa “tono” cuando se trata de sonido? Sabemos que el sonido viaja en ondas y que esas ondas se caracterizan por sus longitudes de onda, amplitudes y otros parámetros. Si los dos tonos que acabo de tocar provienen de diferentes ondas sonoras, ¿qué es exactamente lo que las ondas son diferentes entre los dos?

En esta lección, exploraremos las características más familiares del sonido, como el tono y el volumen. Hablaremos sobre lo que estos significan en términos de las ondas sonoras que hemos aprendido hasta ahora en este capítulo. Al final, tendrás una comprensión más profunda de cómo funciona el sonido y tal vez aprecies un poco más la música.

Amplitud en ondas sonoras

Tocar una cuerda de guitarra crea ondas longitudinales en el aire, que producen sonido.

Comencemos recordando algunas cosas sobre las ondas sonoras. Si bien el sonido puede viajar a través de todo tipo de sustancias, usaremos el aire como medio en nuestros ejemplos aquí. Una excelente manera de visualizar ondas longitudinales en el aire es pensar en el sonido que proviene de una cuerda de guitarra. Cuando pulsas la cuerda, vibra de un lado a otro, empujando las moléculas de aire circundantes de forma periódica. Las compresiones y rarefacciones en el aire comprenden una onda longitudinal, que detectamos como sonido. Si pudiéramos mirar solo una partícula de aire, la veríamos oscilar hacia adelante y hacia atrás. A veces, las partículas se mueven hacia adelante y hacia atrás en una distancia muy grande. Otras veces, las partículas oscilan solo un poco. La cantidad de oscilación en las partículas del medio está relacionada con la cantidad de energía llevado por la ola.

¿Puedes recordar cuál de los cinco parámetros de onda describe la energía de una onda? Y por parámetros de onda, me refiero a la frecuencia , longitud de onda , período , velocidad y amplitud . Uno que describe la energía de una onda es la amplitud. En una onda transversal, la amplitud puede verse como la altura de las crestas. Pero en una onda longitudinal, como el sonido, la amplitud es una medida de cuánto oscilan las partículas hacia adelante y hacia atrás. En una onda de alta energía, la amplitud es grande porque las partículas oscilan en una gran distancia. Una onda de baja energía tiene poca amplitud porque las oscilaciones son pequeñas. Entonces, ahora obtenemos la relación entre energía y amplitud. Pero, ¿cómo se traduce eso en lo que escuchamos como una onda de sonido?

Intensidad y volumen

La escala de decibelios mide la intensidad de las ondas sonoras.

La energía de una onda de sonido tiene que viajar sobre un área determinada en un período de tiempo determinado. Detectamos que los sonidos son más fuertes cuando estamos más cerca de la fuente y más silenciosos cuando estamos más lejos. La cantidad de energía que detectamos se conoce como intensidad . La intensidad se mide en unidades de energía sobre el área y el tiempo. En otras palabras, es la cantidad de energía que se transporta sobre un área determinada en un período de tiempo determinado. Describimos diferentes niveles de intensidad utilizando la escala de decibelios , una escala logarítmica para medir la intensidad de las ondas sonoras. La conversación normal generalmente cae alrededor de 60 decibeles. Un susurro es más como 20 decibeles, mientras que una aspiradora funciona tan fuerte como 80 decibelios. Puede que esté más familiarizado con los decibeles como medida de volumen. Cuando se habla de ondas sonoras, el volumen es la percepción del volumen a partir de la intensidad de una onda sonora. Cuanto mayor es la intensidad de un sonido, más fuerte se percibe en nuestros oídos y mayor volumen tiene. Dado que la intensidad es una función de la energía y la energía está relacionada con la amplitud, podemos llegar a la conclusión de que el volumen de un sonido es proporcional a la amplitud de la onda sonora.

Frecuencia en ondas sonoras

Fue un poco difícil intentar visualizar la amplitud de las ondas sonoras. Debido a que el sonido es una onda longitudinal, no obtenemos la agradable forma de onda de “arriba y abajo” que hace que sea tan fácil ver los parámetros. Descubrimos una forma de ver la amplitud del sonido. Pero, ¿qué pasa con el período y la frecuencia? ¿Hay alguna forma de ver los parámetros relacionados con el tiempo?

Digamos que una onda de sonido viaja hacia un micrófono. El micrófono capta compresiones y rarefacciones a medida que pasa la onda. Cuando una compresión golpea el micrófono, recibe una gran cantidad de presión de aire de las partículas en ese espacio. Durante una rarefacción, la presión del aire es muy baja. Con el tiempo, el micrófono experimenta altibajos en la presión, que podemos ilustrar como una onda de ‘arriba y abajo’ como esta:

La onda ascendente y descendente muestra los cambios en la presión del aire que recibe el micrófono.

Parece una onda transversal, ¿no? Pero, en realidad, es un gráfico de la presión a lo largo del tiempo, que nos muestra los períodos entre las compresiones sucesivas de la onda. Si tomamos el recíproco del período, podemos encontrar la frecuencia . Esta onda de sonido tiene una frecuencia de 262 Hertz.

Entonces, ¿qué significa cuando describimos las ondas como que tienen cierto Hertz ? Seguro, sabemos que se refiere a la frecuencia de la onda. Una onda de 262 Hz tiene 262 ciclos de onda que pasan cada segundo. Una onda de 440 Hz tiene 440 ciclos por segundo. Pero, ¿qué significa eso para una onda de sonido? ¿Podemos escuchar la diferencia de frecuencias entre dos sonidos?

Tono y rango acústico

Volvamos a esos dos sonidos que escuchamos al principio. El tono que se reproduce aquí (consulte 05:13 en el video de arriba) tiene una frecuencia de 262 Hz. Y este tono aquí (vea 05:19 en el video de arriba) tiene una frecuencia de 440 Hz. El primero fue un medio C , y el segundo fue el A anterior Medio C, o Concert A . En música, el tono de una determinada nota se define como la percepción de frecuencia. Escuchar el tono musical nos ayuda a ordenar los diferentes sonidos de alta a baja frecuencia. Las notas de tono alto tienen una frecuencia alta, mientras que las notas de tono bajo tienen una frecuencia baja. La diferencia de tono entre Middle C y Concert A es una diferencia de 178 Hz.

El rango acústico representa los sonidos que los humanos pueden escuchar.

Normalmente, los seres humanos pueden escuchar sonidos tan bajos como 20 Hz y tan altos como 20.000 Hz. Esta gama se conoce como gama acústica de sonido. Los sonidos por encima de 20.000 Hz se consideran ultrasonidos . Los perros, delfines y murciélagos pueden escuchar sonidos en el rango ultrasónico. En el otro extremo del espectro está la gama de infrasonidos . Estos son sonidos que son demasiado bajos para que los escuchemos, como las llamadas de comunicación entre ballenas y elefantes. Obviamente, los humanos solo tocamos nuestra música dentro del rango de sonido acústico, entre 20 y 20.000 Hz. Cuando pueda discernir una diferencia entre los tonos musicales, simplemente sepa que lo que realmente percibe es una diferencia en las frecuencias de las ondas sonoras.

Resumen de la lección

Las ondas sonoras son ondas longitudinales que requieren un medio en el que viajar. El medio consta de partículas que oscilan dentro de una cierta amplitud. La amplitud de una onda de sonido es un reflejo de cuánta energía se transporta, lo que contribuye a la intensidad del sonido. La intensidad se mide en decibelios y se percibe como volumen de sonido . Por tanto, el volumen es proporcional a la amplitud de la onda sonora.

La frecuencia de una onda de sonido se percibe como tono . Los seres humanos pueden detectar tonos dentro del rango acústico de 20 a 20.000 Hz, pero no podemos detectar ultrasonidos o infrasonidos. Podemos escuchar cambios en las frecuencias de las notas musicales, que describimos como cambios en el tono. Cuando escuchamos sonidos, los describimos en función de los tonos y volúmenes que percibimos. Estas entidades son simplemente nuestras percepciones de las frecuencias y amplitudes de las ondas sonoras.

Resultado de aprendizaje

Después de ver este video, podrá:

• Describe las características de las ondas sonoras.
• Definir varios términos relacionados con el sonido: amplitud, intensidad y volumen.
• Explica cómo se relaciona la frecuencia con el tono.
• Resumir lo que se entiende por rango acústico para humanos