NATURALEZA DEL SONIDO


El estímulo apropiado del sistema sensorial auditivo es el sonido.

El sonido se puede definir como el desplazamiento o propagación de ondas (oscilaciones) de compresión y rarefacción (depresión) que viajan a través de un medio más o menos elástico. Las oscilaciones del sonido pueden ser periódicas armónicas, en cuyo caso la oscilación se repite en el tiempo.

En este caso el número de ondas que pasan por un punto concreto del medio en un tiempo determinado o frecuencia es única y en este caso se habla de un sonido o tono puro.

Este tipo de sonidos no existen en la naturaleza, pero se emplean en la mayoría de los estudios como estímulos auditivos.

La mayoría de los sonidos naturales, periódicos o no, son susceptibles a su análisis en el contenido de las frecuencias sonoras que incluyen (análisis espectral de frecuencias). En el caso de sonidos periódicos (p.ej., una nota musical sostenida) su descripción puede hacerse mediante la suma de tonos puros y las frecuencias que son múltiplos de la frecuencia fundamental (frecuencias armónicas). Los sonidos no periódicos en los que cambia de presión en función del tiempo también se pueden describir como sumas de funciones de diferentes frecuencias.

Las unidades de frecuencia son ciclos por segundo o hertzios; cps o Hz

Además de la frecuencia, el sonido se puede caracterizar por su intensidad que es la magnitud del desplazamiento de las partículas del medio por el que se propaga el sonido o también la tasa media del flujo de energía de un sonido a través de un área perpendicular a la dirección de propagación del sonido.

Debido al amplio rango de intensidades que es capaz de detectar el sistema auditivo humano (rango de 1012) y a que somos capaces de percibir incrementos de intensidad de 10, se emplea una escala logarítmica que permite relacionar la intensidad del sonido con la percepción del volumen sonoro.

Las unidades de la intensidad de las ondas sonoras son los decibelios (dB) que se definen como 20 por el logaritmo de la relación de la presión de la onda sonora en un área determinada con relación a una presión de referencia en dicho medio, es decir:  

Normalmente se emplea como presión de referencia 20 μPascales, que representa el umbral de la audición en humanos para sonidos de entre 1 y 4 KHz, y da como resultado 0dB de intensidad sonora. Por tanto una intensidad igual a 0dB no indica ausencia de sonido, sino una onda sonora de presión igual a 20 μPascales.

Impedencia acústica

El desplazamiento de la onda de presión por el medio se ve dificultada por la naturaleza del medio.

La resistencia al desplazamiento de la onda sonora por el medio se le conoce como impedancia acústica.

Medios no sólidos

En medios no sólidos viene definida por la densidad y elasticidad y no depende de la frecuencia del sonido.

Sin embargo, el aire es un medio poco denso y muy compresible(medio de baja impedancia), mientras que el agua es un medio más denso y menos compresible(medio de alta impedancia), la transmisión del sonido desde el aire al oído interno tendrá que compensar mediante diversos mecanismos los cambios de impedancia asociados a la transmisión a través de diferentes medios.

Medios sólidos

En medios sólidos, como el hueso, la impedancia está condicionada por su masa y rigidez, y varía con la frecuencia de sonido. Así, cuanto mayor es la masa mayor es el impedimento a frecuencias sonoras altas y cuanto mayor es la rigidez mayor el impedimento a la transmisión de frecuencias sonoras bajas.

En la transmisión del sonido a través de un sistema es importante no sólo la resistencia a su paso sino también un fenómeno que puede facilitar el paso selectivo de algunas frecuencias sonoras. Las vibraciones producidas en objetos, como un tubo de metal de un órgano, tienen una banda de frecuencias determinada que dependen de las propiedades mecánicas del sistema: forma, tamaño, densidad, elasticidad, etc.

Esta banda de frecuencia que es siempre la misma para el sistema se denomina banda de frecuencia propia.

Cuando llega una onda sonora que incluye banda de frecuencias igual a la frecuencia propia del sistema, el sistema entra en vibración aprovechando la energía de entrada, es decir el sistema entra en resonancia.

Cuando esto ocurre el sistema acumula la energía que le llega reforzando el sonido en esa banda de frecuencia propia. Como ocurre en el canal auditivo interno con una banda de frecuencias que amplifica en 15-20dB los sonidos de la voz humana (en el rango de frecuencias 2 -5KHZ).

A la hora de estudiar el sistema auditivo no sólo se caracteriza por sus propiedades físicas de frecuencia e intensidad, sino que se estudia la relación entre las características físicas del estímulo acústico y la capacidad del individuo de detectarlo en lo que se denomina estudios de psicoacústica.

En relación con la intensidad del estímulo sonoro, los estudios psicoacústicos establecen:

I

La intensidad mínima detectable para sonidos de frecuencias puras (entre 2Hz-20KHz).

Estableciéndose, de esta manera, el nivel de presión mínimo requerido para oír sonidos de diferentes frecuencias (umbral absoluto de intensidad) dando lugar a una curva de umbral El rango en humanos de audición entre 20Hz -20KHz con capacidad de discriminación de cambios de frecuencias alrededor de entre 2–5Hz y con umbrales mínimos para sonidos de entre 1-5KHz.

Estableciendo en 1 dB el umbral de discriminación de intensidad sonora, aunque este valor varía en función de la frecuencia e intensidad del sonido examinado.

II

Cuál es la mínima intensidad de sonido que llega a producir sensación de dolor (umbral de intensidad de sensación dolorosa). De nuevo se construye una curva de umbral doloroso  con tonos puros, está en el rango de 110-120dB, con valores mínimos para sonidos de alrededor de 5KHz.

Mediante las representaciones del umbral de intensidad frente a frecuencia podemos establecer diversos valores de intensidad asociados a la percepción auditiva.

Así una intensidad de 0dB sería el umbral de audición, de 20dB un susurro, de 40dB el ruido en un aula, de 60dB cuando conversamos, de 80dB el de una calle con tráfico pesado; de 100-120dB sería de malestar, y de 120-140dB sería doloroso.

La sensación auditiva está caracterizada además de por su frecuencia e intensidad por su propiedades subjetivas de sonoridad, altura y timbre.

La sonoridad permite distinguir sonidos fuertes y débiles, está relacionada con la intensidad (más o menos dB implica más o menos fuerte) pero no depende sólo de ella un tono puro de 100Hz y 40dB se oye menos fuerte que uno de 1kHz y 25dB.

La altura del sonido permite distinguir sonidos más graves o agudos y aunque está determinada por la frecuencia del sonido, no depende sólo de ella, así un sonido de frecuencia doble no tiene el doble de altura subjetiva.

Por último, el timbre permite distinguir entre dos sonidos de igual altura pero de distintas fuentes, por ejemplo permite distinguir el Do de una flauta y un violín. El timbre viene determinado por la frecuencia fundamental del sonido y sus frecuencias armónicas (múltiplos de la fundamental).

En sonidos más complejos, como los empleados cuando hablamos, el estudio del patrón de variación de la intensidad en el contenido de frecuencias del sonido natural (análisis espectral de frecuencias) permite establecer la forma característica de los distintos sonidos (formantes, forma de la onda sonora) imprescindible para el reconocimiento y la producción del habla.