SONIDO
Material didáctico para Educación Musical
Elaborado por Alejandra Argañaráz y Mónica Guadalupe
Principales Nociones sobre sonido
Concepto de Sonido
El sonido es una vibración mecánica que se propaga en un medio y que puede ser captada por el oído humano produciendo una sensación.
El sonido se produce cuando una fuente sonora (por ejemplo, una cuerda de guitarra) vibra. Dicha vibración es un movimiento de vaivén que obligará a moverse de la misma forma a las moléculas de aire que están próximas a la fuente. Las moléculas se juntarán o separarán de una forma alternada, es decir, se crearán zonas de compresión y de depresión que a su vez empujarán a otras moléculas contiguas y así sucesivamente, produciéndose ondas sonoras que se moverán haciéndose más grandes alrededor de la fuente, al igual que las olas producidas en un estanque cuando se lanza una piedra.

Acústica

La acústica, es la disciplina de la física que estudia el sonido; la psicoacústica, es la ciencia se ocupa también del sonido pero desde el punto de vista de nuestra percepción psíquica. Algunas de las áreas de trabajo en acústica son:
-Acústica Arquitectónica. Estudia la interacción del sonido con las construcciones. Participa en el diseño de: Salas de Conciertos, auditorios , teatros, estudios de grabación, iglesias, salas de reuniones, salones de clases, etc.
-Ingeniería Acústica. Estudia el diseño y utilización de transductores e instrumentos de medición de sonido. Incluye la instrumentación para diagnóstico médico, sísmico, grabación y reproducción de voz y música. Una rama de la Ingeniería Acústica es la Electroacústica la cual trata con micrófonos y Altavoces.
–Acústica Musical. Combina elementos de Arte y de Ciencia al incluir el diseño de instrumentos, el uso de sistemas de grabaciones, la modificación electrónica de la música con el estudio de su percepción. Su campo de trabajo está en la Industria de la grabación de música y cine, y en la Industria de la construcción de instrumentos. A esta área pertenece el llamado Ingeniero de Sonido
–Control de Ruido y Vibraciones. Esta área cobra cada vez mayor importancia dado el aumento en el reconocimiento del ruido como un factor de contaminación que afecta seriamente la salud. Su campo de trabajo está en las fábricas , en los organismos de control gubernamental y en asesorías a los arquitectos. También tiene un campo importante en el mantenimiento preventivo de maquinarias mediante el análisis de sus vibraciones.
–Bioacústica y Acústica médica. Estudia la interacción entre las ondas sonoras y los cuerpos humanos y animales. Se ha desarrollado enormemente el uso de ultrasonido como herramienta de diagnóstico y de tratamiento. También es importante el campo de las ayudas auditivas y de implantes para personas con defectos en la audición.

Transmisión Del Sonido

Cuando ponemos en vibración un cuerpo para producir un sonido, esto afecta o perturba a las capas de aire más cercanas, produciéndose en cada partícula el comportamiento que describimos anteriormente.
Estas partículas que por su oscilación van entrechocando, contagian el movimiento a las partículas más alejadas que estaban en reposo, mientras que las primeras van retornando a la posición original.
Las nuevas partículas que están en oscilación y por lo tanto entrechocando, transmitirán el movimiento a otras que están más lejos, y así sucesivamente hasta que la oscilación se extingue.
Como dijimos, las vibraciones se originan por movimiento de vaivén de partículas (aire, agua, cuerpos sólidos, etc.). Cuando este movimiento ocurre uniformemente, se habla de una vibración armónica.
Así tenemos:
-la elongación o la desviación de las partículas con respecto a la posición de reposo
-la amplitud o la máxima elongación
-la fase o el estado momentáneo de oscilación correspondiente al ángulo de fase
-el período o el tiempo transcurrido entre dos estados de oscilación iguales
-la frecuencia o número de oscilaciones por segundo
-la longitud de onda o la distancia entre dos puntos sucesivos de la oscilación en igualdad de fase
La propagación del sonido en el aire se efectúa a una velocidad constante de 340 metros por segundo, siendo ésta más rápida en los líquidos y sólidos. El sonido se transmite en línea recta, pero si encuentra un obstáculo parte se absorbe y parte se refleja: por lo tanto, lo que llega al oyente es una mezcla del sonido directo con, un poco más tarde, los múltiples rebotes del mismo.

Onda Sonora

La propagación del sonido se da a través de la onda sonora. Esta se produce a partir de la transmisión del movimiento oscilatorio a distintos “niveles” o “capas” de un medio dado – por ejemplo el aire -, cada vez más distantes del punto donde se originó la vibración.
A una onda de este tipo que se repite, se le llama onda periódica y a cada repetición ciclo. El período y la frecuencia son sus parámetros más importantes. El período es el tiempo que transcurre en un ciclo, y se expresa en segundos. La frecuencia es el número de veces que se repite un ciclo cada segundo, y se expresa en ciclos por segundo o Hertz. Es la que determina la altura del sonido, mientras que la amplitud determina la intensidad sonora. Según el movimiento vibratorio y la dirección de propagación de la onda se distinguen:
–Ondas transversales, en cuerpos sólidos, en los cuales el movimiento oscilatorio de las partículas transcurre en forma transversal o perpendicular a la dirección de propagación.
–Ondas longitudinales, en cuyo caso el movimiento oscilatorio de las partículas transcurre en la misma dirección de propagación.
Las ondas sonoras son ondas longitudinales, en las cuales un excitador comprime periódicamente las partículas (del aire) y de ese modo irradia la onda como una fluctuación de densidad o de presión.
El sonido como fenómeno ondulatorio cumple con diferentes propiedades:
Reflexión. Cuando percibimos un sonido lo hacemos como sonido directo (desde su fuente sonora) y todas las reflexiones de ese sonido en las superficies del lugar en que nos encontramos. Si al sonido se le opone una barrera suficientemente grande, producido el sonido fuerte y de corta duración, si el oyente esta suficientemente lejos podrá escuchar el eco o sea su reflexión.
Refracción. La rapidez de propagación de las ondas varia en dos medios adyacentes. Es el efecto que se produce cuando hablamos frente al ventilador encendido. En un lago helado, el sonido se curva y sube desde el hielo. Por esta razón los sonidos pueden recorrer grandes distancias sobre el hielo.
Difracción. Es la propiedad que tienen las ondas de contornear un obstáculo. Si en una habitación se producen sonidos, los sonidos más graves se escuchan a mayor distancia de la pared exterior, los sonidos agudos pueden oírse a distancias mucho menores.
Efecto Dopler. Se da cuando la distancia relativa entre emisor y receptor del sonido cambia. Se produce un cambio en la altura o tono del sonido. Es el caso de la sirena de la ambulancia que se acerca y luego se aleja.
Interferencia. Pueden combinarse ondas mediante su superposición. Cuando se combinan ondas de igual frecuencia para dar una sola, y  los efectos de ambas ondas se han sumado, se llama interferencia constructiva, la onda resultante es más potente.

Sonidos Simples Y Complejos

La vibración más simple es la senoidal. El sonido correspondiente es llamado sonido puro o simple. Los sonidos simples están constituidos por una única frecuencia, solo pueden ser generados electrónicamente o en el diapasón que da la frecuencia de 440 hertz. No existen en la naturaleza.
Los sonidos complejos tienen una frecuencia principal y otras que se denominan parciales. La altura que se percibe es la de la frecuencia principal, y los parciales determinan el timbre del sonido. Mediante el llamado análisis de Fourier, en cuyos detalles no vamos a entrar, cualquier onda compleja se puede descomponer en suma de ondas senoidales de distintas frecuencias y amplitudes que como dijimos se llaman “parciales”. Esto se expresa en un diagrama que se llama espectro, donde cada barra vertical indica la amplitud de cada parcial y a la línea que une los extremos de dichas barras se llama envolvente espectral. Si las frecuencias de los parciales están en proporción de números enteros (1, 2, 3, etc.) se llaman parciales armónicos y el parcial correspondiente al número 1 es la frecuencia fundamental. Los parciales inarmónicos son los que no están en proporción de números enteros. Los espectros de casi todos los instrumentos musicales son prácticamente armónicos, mientras que los de percusión, ruidos, etc. son inarmónicos. Las formas de onda periódicas corresponden a espectros armónicos y la aperiódicas a los inarmónicos.

Oscilaciones

Oscilación Libre

En el caso en que un sistema reciba una única fuerza y oscile libremente hasta detenerse por causa de la amortiguación, recibe el nombre de oscilación libre. Éste es por ejemplo el caso cuando pulsamos la cuerda de una guitarra.

Oscilación Amortiguada

Si en el caso de una oscilación libre nada perturbara al sistema en oscilación, éste seguiría vibrando indefinidamente. En la naturaleza existe lo que se conoce como fuerza de fricción (o rozamiento), que es el producto del choque de las partículas (moléculas) y la consecuente transformación de determinadas cantidades de energía en calor. Ello resta cada vez más energía al movimiento (el sistema oscilando), produciendo finalmente que el movimiento se detenga. Esto es lo que se conoce como oscilación amortiguada.
En la oscilación amortiguada la amplitud de la misma varía en el tiempo (según una curva exponencial), haciéndose cada vez más pequeña hasta llegar a cero. Es decir, el sistema (la partícula, el péndulo, la cuerda de la guitarra) se detiene finalmente en su posición de reposo.

Oscilación Autosostenida

Si logramos continuar introduciendo energía al sistema, reponiendo la que se pierde debido a la amortiguación, logramos lo que se llama una oscilación autosostenida. Éste es por ejemplo el caso cuando en un violín frotamos la cuerda con el arco, o cuando soplamos sostenidamente una flauta.
La acción del arco sobre la cuerda repone la energía perdida debido a la amortiguación, logrando una fase (o estado) casi estacionaria. Preferimos llamarla fase casi estacionaria -y no estado estacionario, como suele encontrarse en alguna literatura- debido a que, en condiciones prácticas, resulta sumamente difícil que la energía que se introduce al sistema sea exactamente igual a la que se pierde producto de la amortiguación. En consecuencia, la amplitud durante la fase casi estacionaria no es en rigor constante, sino que sufre pequeñas variaciones, cuya magnitud dependerá de nuestra habilidad para compensar la energía perdida.
Si la energía que se repone al sistema en oscilación es menor a la que se pierde producto de la fricción obtenemos una oscilación con amortiguación menor, cuyas características dependen de la relación existente entre la energía perdida y la que se continúa introduciendo. También en este caso el sistema termina por detenerse, aunque demore más tiempo. (En música lo llamaríamos decrescendo.)
Por el contrario, si la energía que introducimos al sistema es mayor que la que se pierde por la acción de la fricción, la amplitud de la oscilación crece en dependencia de la relación existente entre la energía perdida y la que se continúa introduciendo. (En música lo llamaríamos crescendo.)

Oscilación Forzada

Las oscilaciones forzadas resultan de aplicar una fuerza periódica y de magnitud constante (llamada generador G) sobre un sistema oscilador (llamado resonador R). En esos casos puede hacerse que el sistema oscile en la frecuencia del generador (ƒg), y no en su frecuencia natural (ƒr). Es decir, la frecuencia de oscilación del sistema será igual a la frecuencia de la fuerza que se le aplica. Esto es lo que sucede por ejemplo en la guitarra, cuando encontramos que hay cuerdas que no pulsamos pero que vibran “por simpatía”.
Debe tenerse en cuenta que no siempre que se aplica una fuerza periódica sobre un sistema se produce una oscilación forzada. La generación de una oscilación forzada dependerá de las características de amortiguación del sistema generador y de las del resonador, en particular su relación.

Resonancia

Si, en el caso de una oscilación forzada, la frecuencia del generador (ƒg) coincide con la frecuencia natural del resonador (ƒr), se dice que el sistema está en resonancia.
La amplitud de oscilación del sistema resonador R depende de la magnitud de la fuerza periódica que le aplique el generador G, pero también de la relación existente entre ƒg y ƒr.
Cuanto mayor sea la diferencia ente la frecuencia del generador y la frecuencia del resonador, menor será la amplitud de oscilación del sistema resonador (si se mantiene invariable la magnitud de la fuerza periódica que aplica el generador). O, lo que es lo mismo, cuanto mayor sea la diferencia entre las frecuencias del generador y el resonador, mayor cantidad de energía se requerirá para generar una determinada amplitud en la oscilación forzada (en el resonador).
Por el contrario, en el caso en que la frecuencia del generador y la del resonador coincidieran (resonancia), una fuerza de pequeña magnitud aplicada por el generador G puede lograr grandes amplitudes de oscilación del sistema resonador R. La Figura 04 muestra la amplitud de oscilación del sistema resonador, para una magnitud constante de la fuerza periódica aplicada y en función de la relación entre la frecuencia del generador ƒg y la frecuencia del resonador ƒr.
En un caso extremo el sistema resonador puede llegar a romperse. Esto es lo que ocurre cuando un cantante rompe una copa de cristal emitiendo un sonido con la voz. La ruptura de la copa no ocurre solamente debido a la intensidad del sonido emitido, sino fundamentalmente debido a que el cantante emite un sonido que contiene una frecuencia igual a la frecuencia natural de la copa de cristal, haciéndola entrar en resonancia. Si las frecuencias no coincidieran, el cantante debería generar intensidades mucho mayores, y aún así sería dudoso que lograra romper la copa.
El caso de resonancia es importante en el estudio de los instrumentos musicales, dado que muchos de ellos tienen lo que se conoce como resonador, como por ejemplo la caja en la guitarra. Las frecuencias propias del sistema resonador (caja de la guitarra) conforman lo que se denomina la curva de respuesta del resonador. Los parciales cuyas frecuencias caigan dentro de las zonas de resonancia de la caja de la guitarra serán favorecidos frente a los que no, de manera que el resonador altera el timbre de un sonido.

Ruido

Es un sonido producido por movimientos oscilatorios irregulares, que percibimos como confuso, desagradable o molesto.
Schafer dice que el“Ruido es una señal sonora indeseable. Ruido es la estática en un teléfono o el crujido del celofán de los caramelos mientras escuchamos a Beethoven.
No hay otra forma de definirlo. A veces se llama ruido a la disonancia, y puede que lo sea para algunos oídos medrosos. Sin embargo, consonancia y disonancia son términos relativos y subjetivos. Lo que suena disonante a un individuo, edad o generación puede sonar consonante a otro individuo, edad o generación.
La disonancia más antigua en la historia de la música fue la tercera mayor (do-mi). La consonancia más reciente en la historia de la música fue la tercera mayor (do-mi).
Ruido es cualquier señal sonora que interfiere. El ruido es el destructor de las cosas que deseamos escuchar.
Schopenhauer decía que la sensibilidad de una persona hacia la música varía en forma inversamente proporcional a la cantidad de ruido que puede soportar, o algo así….”
El ruido blanco. Es una combinación de todas las frecuencias audibles con amplitudes al azar.
Es producido por un circuito electrónico conocido como generador de ruido. Este se encuentra en los sintetizadores analógicos como un elemento complementario de los demás que hacen a la generación de un sonido. El nombre de ruido blanco proviene de una analogía con la luz blanca, cuyo espectro contiene toda la gama de frecuencias con aproximadamente la misma amplitud. Su característica principal es que presenta un aumento de frecuencia de 3 dB por octava, o sea que tiene igual energía por ancho de banda. Si bien se trata de un sonido atonal, puede ser utilizado para la creación de distintos efectos, siendo el ejemplo más frecuentemente citado, el del sonido del soplido agregado para dar más naturalidad a un timbre de flauta. También se lo utiliza para la creación de sonidos de percusión y para la emulación de sonidos como explosiones, truenos, viento, etc.
Se lo puede filtrar para atenuar o aumentar ciertas bandas de frecuencias, en cuyo caso estamos frente a un sonido que se denomina coloreado. Por el ejemplo el sonido rojo, tiene una preeminencia de las frecuencias bajas, al igual que el llamado ruido rosa. En cambio el sonido azul, acentúa las frecuencias altas.

Silencio

Murray Schafer dice que el silencio es un continente en el cual se inserta un evento musical. Al hombre le gusta hacer sonidos y rodearse de ellos. El silencio se torna cada vez más valioso a medida que lo perdemos por acción de diversos tipos de exhibicionismo sonoro: ruidos industriales, motos ruidosas, compact disc.
John Cage le ha dado al silencio un lugar muy importante en su creación musical, siendo la mayor muestra de esto su obra 4’33’’, obra que se ejecutó una única vez, y consistió en un ejecutante frente a su instrumento durante 4 minutos y 33 segundos sin producir sonidos en su instrumento. También realizó experiencias en cuanto a la existencia o no del silencio absoluto, con la construcción de una habitación aislada acústicamente en la cual entró y comprobó que sus propios sonidos corporales impedían la existencia del silencio absoluto.