Sonido para niños
En física, el sonido es un fenómeno que ocurre cuando las ondas mecánicas viajan a través de un material, ya sea líquido, sólido o gaseoso. Estas ondas tienen una frecuencia que los humanos podemos escuchar, generalmente entre 20 y 20 000 hercios. Las ondas con frecuencias más altas se llaman ultrasonidos, y las de frecuencias más bajas se llaman infrasonidos.
El sonido se forma por ondas acústicas que se crean cuando la presión del aire cambia rápidamente. Estas vibraciones se convierten en ondas mecánicas en nuestro oído y luego son interpretadas por el cerebro. En líquidos, el sonido viaja como cambios de presión. En sólidos, el sonido se propaga como variaciones en la tensión del material.
Azul: ondas sonoras. Rojo: tímpano. Amarillo: cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuencia de respuesta del oído. Naranja: impulso del nervio auditivo.
La propagación del sonido es un transporte de energía, no de materia. Las ondas mecánicas viajan a través de un medio elástico, como un sólido, un líquido o un gas. El aire y el agua son ejemplos comunes. A diferencia de las ondas de luz, las ondas sonoras no pueden viajar en el vacío.
Si las vibraciones se mueven en la misma dirección que el sonido, se llaman ondas longitudinales. Si las vibraciones son perpendiculares a la dirección del sonido, se llaman ondas transversales.
Contenido
¿Cómo se produce y propaga el sonido?
La acústica es la rama de la física que estudia el sonido. Se encarga de cómo las ondas sonoras se mueven en diferentes materiales y cómo interactúan con los objetos.
La velocidad del sonido
Las frecuencias son más altas cuanto más abajo en la gráfica.
El eje horizontal representa el tiempo.
La velocidad a la que viaja el sonido depende del material por el que se propaga. El sonido se mueve más rápido en sólidos y líquidos que en gases. Esto se debe a que las partículas en sólidos y líquidos están más juntas, lo que facilita la transmisión de la vibración.
La velocidad del sonido también se ve afectada por la compresibilidad (qué tan fácil es comprimir un material) y la densidad (cuánta masa hay en un volumen). Cuanto menos denso y más compresible sea un medio, más lenta será la velocidad del sonido. En los gases, la temperatura es muy importante, ya que afecta tanto la compresibilidad como la densidad.
Las ondas sonoras se crean cuando un objeto vibra rápidamente. La frecuencia es el número de vibraciones completas por segundo y se mide en hercios (Hz). Los humanos podemos oír sonidos con frecuencias entre 20 y 20 000 Hz. Las frecuencias por encima de este rango son ultrasonidos y las de abajo son infrasonidos. Algunos animales pueden oír ultrasonidos que nosotros no podemos.
La intensidad de un sonido está relacionada con la fuerza de la onda sonora. Un sonido grave tiene una frecuencia baja, mientras que un sonido agudo tiene una frecuencia alta.
Ejemplos de velocidad del sonido
- En el aire, a 0 °C y presión normal, el sonido viaja a unos 331.5 metros por segundo (m/s).
- A una temperatura ambiente de 15 °C, la velocidad del sonido en el aire es de aproximadamente 340 m/s (1224 kilómetros por hora).
- En el agua (a 25 °C), la velocidad es de 1593 m/s.
- En la madera, es de 3700 m/s.
- En el hormigón, es de 4000 m/s.
- En el acero, es de 6100 m/s.
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Reverberación y resonancia
La reverberación ocurre cuando el sonido rebota en las superficies de un lugar y llega a nuestros oídos en diferentes momentos. Esto crea una especie de "cola" sonora que se añade al sonido original. La duración y el "color" de esta cola dependen de la distancia a la fuente de sonido y del tipo de superficies que lo reflejan. Nuestro cerebro integra estas reflexiones si llegan muy rápido, haciéndonos sentir un solo sonido prolongado.
La resonancia es un fenómeno que sucede cuando dos objetos tienen la misma frecuencia de vibración. Si uno de ellos emite ondas sonoras, el otro comienza a vibrar con más fuerza. Un ejemplo sencillo es cuando afinas una guitarra: lo que haces es igualar las frecuencias de las cuerdas para que resuenen y el sonido sea más claro y fuerte.
¿Cómo percibimos el sonido?
El oído humano
Los sonidos son captados por nuestro aparato auditivo. Las ondas sonoras se convierten en movimientos dentro del oído, que luego son transmitidos al cerebro a través del sistema nervioso. Esta capacidad de oír la tenemos incluso antes de nacer.
La voz humana
La voz humana se produce por la vibración de las cuerdas vocales. Esto genera una onda sonora que es una mezcla de varias frecuencias. La forma de nuestra boca y nariz ayuda a crear ciertas frecuencias llamadas formantes, que son como "filtros" que dan a cada sonido del habla su característica única. Por ejemplo, los formantes nos permiten distinguir entre diferentes vocales.
La voz de un hombre suele tener un tono más grave (entre 100 y 200 hercios) que la de una mujer (entre 150 y 300 hercios). Las voces de los niños son aún más agudas.
Sonidos del habla
Las lenguas humanas utilizan sonidos específicos, llamados fonos, que duran unas pocas milésimas de segundo. Aunque hay muchas variaciones en cómo se pronuncian los sonidos, nuestro cerebro los clasifica en grupos llamados fonemas. La mayoría de los idiomas tienen solo unas pocas decenas de fonemas distintivos, lo que nos permite entender el lenguaje a pesar de las diferencias individuales en la forma de hablar.
El sonido en la música
El sonido, junto con el silencio, es el elemento principal de la música. En la música, los sonidos se describen por sus cualidades: largos o cortos, fuertes o suaves, agudos o graves, y agradables o desagradables. A lo largo de la historia, los humanos hemos creado reglas para organizar los sonidos y formar un lenguaje musical.
Cualidades del sonido
Las cuatro cualidades principales del sonido son la altura, la duración, la intensidad y el timbre.
| Cualidad | Característica | Rango |
|---|---|---|
| Altura o tono | Frecuencia de onda | Agudo, medio o grave |
| Duración | Tiempo de vibración | Largo o corto |
| Intensidad | Amplitud de onda | Fuerte, débil o suave |
| Timbre | Armónicos de onda o forma de la onda | Depende de la fuente (áspero, aterciopelado, metálico, etc.) |
Altura o tono
La altura nos dice si un sonido es grave, agudo o medio. Está determinada por la frecuencia de las ondas sonoras, medida en hercios (Hz).
- Vibración lenta = baja frecuencia = sonido grave.
- Vibración rápida = alta frecuencia = sonido agudo.
Los humanos podemos oír sonidos entre 20 y 20 000 Hz. Con la edad, este rango de audición puede reducirse. En la música, las notas son tonos específicos que se repiten en octavas, donde cada octava duplica la frecuencia.
Duración
La duración es el tiempo que se mantiene un sonido. Podemos escuchar sonidos largos, cortos o muy cortos. Instrumentos como el violín o los de viento pueden mantener los sonidos por más tiempo. El cerebro tarda unas 12 a 15 centésimas de segundo en reconocer un sonido. Si dura menos, lo percibimos como un chasquido.
Intensidad
La intensidad es la cantidad de energía que tiene un sonido, es decir, qué tan fuerte o suave es. Está relacionada con la potencia de la onda y nos permite distinguir si un sonido es fuerte o débil.
La intensidad se mide en decibelios (dB), en honor a Alexander Graham Bell. Los sonidos que podemos oír deben estar por encima del umbral auditivo (0 dB) y por debajo del umbral de dolor (130 dB).
En la notación musical, la intensidad se indica con términos italianos:
- fortissimo (muy fuerte)
- forte (fuerte)
- mezzoforte (moderadamente fuerte)
- mezzopiano (moderadamente suave)
- piano (suave)
- pianissimo (muy suave)
Timbre
El timbre es la cualidad que nos permite identificar la fuente de un sonido. Por ejemplo, una misma nota suena diferente si la toca una flauta, un violín o una trompeta. Cada instrumento tiene un timbre único. También la voz de una persona (hombre, mujer, niño) tiene un timbre distinto. El timbre nos ayuda a diferenciar si una voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada.
Fuentes de sonido
El sonido es un tipo de onda mecánica producida por cambios en la presión del medio. Estas variaciones de presión son captadas por el oído humano y percibidas como sonido en el cerebro.
En la naturaleza, existen muchos sonidos generados por diferentes fuentes, y sus características (frecuencia, intensidad, timbre) los hacen únicos. Por ejemplo, el sonido de una cascada es mucho más intenso que el de un grifo, aunque ambos sean agua en movimiento.
Los instrumentos musicales también tienen timbres distintos. Los instrumentos de cuerda frotada (como el violín) o de viento (como el saxofón) pueden mantener un sonido constante. Otros, como los de percusión (bombos, platillos), producen un sonido que comienza fuerte y se desvanece rápidamente.
La percepción del sonido en animales y humanos
Los humanos y muchos animales percibimos el sonido a través del sentido del oído. Además, podemos sentir sonidos de baja frecuencia con otras partes del cuerpo. El rango de audición humana es de 20 a 20 000 Hz, pero este límite superior disminuye con la edad.
Otros animales tienen rangos de audición diferentes:
- Gato doméstico: 100-32 000 Hz
- Elefante africano: 16-12 000 Hz
- Murciélago: 1000-150 000 Hz
- Roedores: 70-150 000 Hz
- Perro: 40-46 000 Hz (pueden oír sonidos que los humanos no).
Para muchos animales, el oído es vital para su supervivencia, ya que lo usan para detectar peligros, encontrar alimento o comunicarse. Muchos fenómenos naturales, como la lluvia o el viento, tienen sonidos característicos. Algunas especies han desarrollado órganos especiales para producir sonidos, como el canto de los pájaros o el habla humana. Los humanos hemos creado mucha tecnología para generar y transmitir sonidos, como el teléfono o la radio.
Para medir el sonido, se usa una escala logarítmica llamada decibelios (dB). Esta escala permite representar sonidos muy fuertes y muy suaves con números más manejables. El valor 0 dB corresponde al umbral de audición humana, es decir, el sonido más suave que podemos oír.
Nivel de presión sonora
El nivel de presión sonora (Lp) es una medida de la presión de una onda sonora en comparación con una presión de referencia. Se mide en decibelios (dB). Para el aire, la presión de referencia es de 20 micropascales (μPa), que es el sonido más débil que un humano puede oír (como un mosquito volando a tres metros).
Ejemplos de niveles de presión sonora
La tabla muestra algunos ejemplos de sonidos y sus niveles en decibelios:
| Decibelios | Presión (Pa) | Ejemplo |
|---|---|---|
| 180 | 20 000 | Misiles |
| 160 | 2000 | Lanzamiento de cohete espacial |
| 150 | 630 | Explosión |
| 140 | 200 | Avión |
| 130 | 63 | Erupción volcánica, cañón |
| 120 | 20 | Martillo neumático, concierto de rock |
| 110 | 6,3 | Discoteca, huracán |
| 100 | 2 | Tormenta fuerte, bocina de coche |
| 90 | 0,63 | Tormenta, moto con silenciador |
| 80 | 0,2 | Oleadas |
| 70 | 0,063 | Lluvia |
| 60 | 0,02 | Conversación normal |
| 50 | 0,0063 | Llovizna |
| 40 | 0,002 | Hablar bajo |
| 30 | 0,00063 | Cuchicheo |
| 20 | 0,0002 | Movimiento de hojas |
| 10 | 0,000063 | Noche en el campo, ordenador |
| 0 | 0,00002 | Umbral auditivo |
Contaminación acústica
La contaminación acústica o contaminación sonora es el exceso de sonido que altera las condiciones normales del ambiente en un lugar. Aunque el ruido no se acumula como otros contaminantes, puede afectar mucho la calidad de vida de las personas si no se controla.
Este tipo de contaminación es causada por actividades humanas como el tráfico, las industrias, los lugares de ocio o los aviones. Puede tener efectos negativos en la salud auditiva, física y mental de los seres vivos.
La Organización Mundial de la Salud (OMS) considera que 70 dB es el límite superior deseable de ruido. Muchos países tienen normas para controlar los niveles de ruido en diferentes entornos y proteger la salud de las personas.
Galería de imágenes
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Comportamiento de las ondas de sonido a diferentes velocidades
Véase también
- Acústica
- Audio digital
- Contaminación acústica
- Silencio (sonido)
- Volumen (sonido)
