Información del curso

Acústica: 

Es la disciplina que se ocupa de estudiar el sonido en sus diversos aspectos.

Se puede dividir en una gran cantidad de disciplinas.Estas son algunas:

Acústica física: Análisis de los fenómenos sonoros mediante modelos

físicos y matemáticos

Psicoacústica: Estudio de las sensaciones evocadas por los sonidos y

sus diversos parámetros

Acústica musical: Estudio de los instrumentos musicales, las escalas,

los acordes, la consonancia y la disonancia, etc.

Acústica arquitectónica: Estudio de la acústica de salas y su influencia sobre

la escucha de la palabra y la música

Bioacústica: Estudio del efecto de los sonidos sobre los seres vi-

vientes, y de los sonidos producidos por éstos

Acústica fisiológica: Estudio del funcionamiento del aparato auditivo,

desde la oreja hasta la corteza cerebral

Acústica ultrasónica: Estudio del ultrasonido, es decir el sonido inaudible

de alta frecuencia, y sus aplicaciones

Acústica subacuática:: Estudio del comportamiento del sonido en el agua, y

sus aplicaciones

Macroacústica: Estudio de los sonidos extremadamente intensos,

como el de las explosiones, turborreactores, etc.

Acústica estructural: Estudio del sonido que se propaga por las estructu-

ras en forma de vibraciones

Acústica fonética: Análisis de las características acústicas del habla y

sus aplicaciones

Mediciones acústicas: Técnicas de medición de diversos parámetros acústi-

cos como frecuencia, intensidad, espectro, etc.

Sonido

El sonido consiste en la propagación de una perturbación en el aire.

El sonido es una alteración en la presión que se propaga a través de un medio

elástico. Un cierto tipo de vibraciones que viajan de un punto a otro en la forma

de ondas y a las cuales nuestros oídos son sensibles. Visto como un fenómeno

físico, el proceso puede caracterizarse a partir de la interacción de tres

sistemas:

Fuente—------------Medio—-------------Receptor

emite                                transmite                         detecta

En esta cadena de sistemas la fuente es la que emite el sonido, el medio es

aquello que lo transmite de un punto a otro y el receptor es lo que lo detecta,

registra o, en general, es afectado de alguna manera específica por la señal

acústica.

Un instrumento musical, un dispositivo de reproducción de audio, el tracto vocal

de una persona, la explosión de una mezcla inflamable, son ejemplos de

fuentes sonoras. Hacia el interior de la fuente, podemos identificar al menos

dos componentes. El primero es el mecanismo primario de excitación que actúa

como suministro primario de energía (por ejemplo, pellizcar una cuerda de un

instrumento). En segundo lugar, encontramos el elemento vibrante

fundamental (la cuerda en sí), cuya oscilación imparte el tono y la cualidad

característica del sonido emitido.

Sin un medio, el sonido no puede propagarse. Las ondas sonoras son

transmitidas, con mayor o menor eficacia, por los sólidos, los líquidos y los

gases. El aire, medio transmisor más usual, se encuentra entre estos últimos.

El medio está constituido a su vez por dos subsistemas. Por un lado, tenemos al

medio propiamente dicho que transmite el sonido (el aire, por ejemplo)

mientras que, por otro, identificamos los contornos o límites (paredes, techos,la gente en el auditorio, etc.) que afectan la manera que se propagarán las ondas sonoras a través de la reflexión, absorción, difracción y refracción de las mismas.

En el caso de la escucha, el receptor es el oyente; dentro del cual podemos

distinguir tres componentes principales: el tímpano, el oído interno y el sistema

nervioso. Alternativamente, el sistema receptor puede ser un dispositivo de

grabación o de medición de señales acústicas.

Velocidad del sonido

La pregunta es que tan rápido se aleja la onda de la fuente que produce el sonido.

La velocidad de propagación de la onda depende de las características

mecánicas del medio transmisor (su elasticidad y densidad). En el caso del aire

(una mezcla de gases), la velocidad del sonido depende principalmente de la temperatura ambiente.

La velocidad a la que se transportan las ondas sonoras es representada con la letra «c» y se mide en m/s (milisegundos)

A cero grados (0°C), la velocidad del sonido es de 331 m/s. Por cada grado de

aumento en la temperatura, la velocidad aumenta aproximadamente 0,6 m/s,

como se indica en la siguiente ecuación:

c = 331 + 0,6 t oC

Por ejemplo, para estimar la velocidad de propagación en el aire con una

temperatura ambiente de 20°C hacemos:

c = 331 + 0,6 (20) = 342 m/s

Es decir, a 20°C, una onda sonora tarda un segundo en recorrer 342 m. A pesar

de que el sonido viaja rápidamente, aproximadamente a unos 1230 km/h en el

aire, puede verse que su propagación no es instantánea.

Veamos algunos ejemplos. Si una persona se encuentra a 100 m de distancia de

otra (aproximadamente una cuadra), un grito de la primera demorará, a causa de esta

velocidad, 29 centésimas de segundo en llegar a donde se encuentra la segunda. Otro

ejemplo es el de los relámpagos y los truenos. Un relámpago es una enorme chispa que

se produce por una descarga eléctrica entre distintas capas de aire con cargas opuestas.

Esta chispa produce a la vez luz y sonido. Sin embargo, la luz viaja a una velocidad mu-

cho más alta, y alcanza nuestra vista casi instantáneamente, mientras que el sonido de-

mora un tiempo apreciable en llegar a nosotros.

Frecuencia

Habíamos dicho que el sonido era una perturbación en el aire, la frecuencia es la cantidad de perturbaciones (o ciclos) por segundo. Se expresa en hertz (Hz), unidad llamada así en honor a Heinrich Hertz, científico del siglo XIX que descubrió las ondas de radio.

 Esta unidad es equivalente al ciclo por segundo (cps), aunque la unidad Hz se encuentra más frecuentemente en los textos y en las especificaciones técnicas de los diversos equipos. La frecuencia de los sonidos audibles para el ser humano está comprendida entre los 20 Hz (sonidos graves) y los 20.000 Hz (sonidos agudos) ó 20 kHz (kilohertz, es decir 1.000 Hz).

La voz humana (al hablar normalmente) tiene una frecuencia de unos 120 Hz.

La frecuencia está asociada auditivamente con la tonalidad de

un sonido. A una frecuencia más alta, corresponde un tono más agudo. Por ejemplo, la primera cuerda, pulsada al aire en un violín y en un contrabajo, produce un tono fundamental respectivamente. El violín suena más agudo porque genera frecuencias de un valor mayor.

Amplitud

La amplitud es una descripción de la potencia de la onda de un sonido; el volumen de un sonido aumenta en función de la amplitud de su onda sonora. La música consiste en mezclar diferentes frecuencias y amplitudes.

La amplitud de un sonido no es necesariamente constante, sino que puede variar en el tiempo.

La amplitud se denomina también valor de pico o valor pico.

La amplitud se define como el máximo valor que alcanza una oscilación

en un ciclo (perturbacion).

Hasta acá vimos una pequeña síntesis de la acústica física.

Psicoacústica

La Psicoacústica se dedica a estudiar la percepción del sonido, es decir, cómo el oído y el cerebro procesan la información que nos llega en forma de sonido.

Sensaciones psicoacústicas

Cuando escuchamos un sonido, percibimos sensaciones que pueden ser clasificadas en tres tipos: la altura, la intensidad y el timbre.

 La altura es la sensación que nos permite distinguir los sonidos graves de los agudos, y, más específicamente, diferenciar los sonidos de una escala musical. 

La intensidad , en cambio, es la sensación por la cual distinguimos un sonido fuerte de uno débil. 

El timbre agrupa una serie de cualidades por las cuales es posible distinguir los sonidos de los diversos instrumentos y voces.

En una primera aproximación, cada parámetro físico del sonido se corresponde de

manera más o menos directa con un tipo de sensación psicoacústica específica. Así, la

frecuencia está relacionada con la sensación de altura, la amplitud con la intensidad,

 Veremos, sin embargo, que la cuestión no es tan sencilla, existiendo en general una importante dependencia entre cada sensación y todos los parámetros del sonido.

Altura

La relación entre frecuencia y altura es bastante directa, correspondiendo las bajas

frecuencias a sonidos graves y las altas frecuencias a sonidos agudos (Figura 2.1). En

realidad, la altura como parámetro psicofísico varía un poco, además, con la intensidad

del sonido, es decir que un sonido débil y otro fuerte de la misma frecuencia parecen

tener alturas ligeramente distintas. También varía un poco con el timbre. Un timbre muy

brillante parece ser más agudo que uno más opaco, aún cuando la frecuencia y la inten-

sidad sean iguales.

Intensidad

La sensación de intensidad, es decir de fuerza, volumen de un sonido está, en principio, relacionada con su amplitud. Sin embargo la relación no es tan directa como la que existe entre la frecuencia y la altura. De hecho, la intensidad resulta en realidad fuertemente dependiente no sólo de la amplitud sino también de la frecuencia. 

Timbre

El timbre nos permite distinguir la calidad de dos sonidos de igual tono (frecuencia) e igual intensidad (presión) cuando son emitidos por dos focos sonoros diferentes. Por ejemplo dos voces cantando la misma nota, o dos instrumentos reproduciendo en simultáneo la misma partitura.

El timbre de un sonido es una cualidad compleja, que depende de varias características físicas. El estudio de los diversos aspectos del timbre fue muy motivado por el 

deseo de reproducir artificialmente los sonidos de los instrumentos naturales, así como

de crear timbres completamente nuevos, dando origen a diversas técnicas de síntesis de

sonidos. Si bien hoy en día los sintetizadores electrónicos son los de mayor difusión y

expansión, la síntesis de sonidos cuenta con varios siglos de historia. En efecto, el ór-

gano de tubos puede atestiguar los esfuerzos del ingenio humano en este sentido.

Hay dos enfoques para el análisis del timbre. El primero estudia los sonidos aislados, y se propone identificar todos los elementos que los distinguen de otros sonidos. 

El Segundo enfoque, clasifica los sonidos según la fuente (por ejemplo un instrumento), y

asocia una cualidad tímbrica con cada fuente.

El primer enfoque distingue un sonido grave de un clarinete, por ejemplo, de otro

sonido agudo del mismo instrumento. De hecho, quien no conoce el clarinete, al escu-

char separadamente ambos registros (grave y agudo) puede pensar que se trata de instrumentos diferentes.

El segundo enfoque de análisis del timbre, en cambio, busca las características

comunes a todos los sonidos de un instrumento o de una voz, y las que los distinguen de

los sonidos de otros instrumentos o voces. El elemento fundamental de este análisis es

la existencia de resonancias en los componentes accesorios al mecanismo propiamente

dicho de producción del sonido, resonancias que filtran el sonido, favoreciendo deter

minadas frecuencias más que otras.