CARACTERISTICAS Y CUALIDADES DEL SONIDO
ALTURA
"Depende de la frecuencia que es el número de vibraciones por segundo. Cuantas más vibraciones por segundo el sonido es más agudo y cuantas menos vibraciones por segundo el sonido es más grave. Cuanto más corta, fina y tensa esté una cuerda más agudo será el sonido que produzca y viceversa."
Gráficamente la diferencia entre un sonido agudo y un sonido grave podría representarse:
La unidad de medida de la frecuencia es el hercio (Hz) que equivale a una vibración por segundo.
El ser humano no percibe todas las frecuencias. El rango de audición va de los 20 Hz hasta los 20000 Hz. Por encima de esta frecuencia se producen los ultrasonidos que no podemos percibir.
Las alturas que son capaces de producir los instrumentos musicales, excepto los electrónicos, no llegan a utilizar todo el rango de audición humano. De hecho, la mayoría de los instrumentos manejan una extensión limitada dentro de ese rango, las notas que son capaces de producir (su tesitura) suelen situarse en la zona grave, intermedia o aguda de ese rango posible de audición.
Al proceso de igualar las frecuencias de las diferentes notas entre los distintos instrumentos y/o con relación a un punto de referencia, que se denomina diapasón, se lo conoce con el nombre de afinación. Las distintas familias de instrumentos pueden tener sistemas de afinación distintos, aunque para poder igualarlos todos tienden a una afinación "temperada", en la que se supone que todos los semitonos (la distancia mínima que puede haber entre dos notas dentro de la música occidental) son iguales.
DURACIÓN
Está en relación con el tiempo que permanece la vibración y se representaría gráficamente:
El tiempo máximo de permanencia de la vibración, está muchas veces limitado por las características de producción de sonido del instrumento musical. Naturalmente, los instrumentos electrónicos no tienen este tipo de limitaciones y, siempre que el timbre del instrumento que produzcan no tenga como característica una pronta extinción, la duración de los sonidos puede ser todo lo larga que deseemos.
También existe una duración mínima de los sonidos a partir de la cual, aunque un instrumento electrónico fuese capaz de generar sonidos tan breves y tan rápidos (si los hace consecutivamente), nuestro oído acabaría percibiéndolos como simultáneos.
INTENSIDAD O VOLUMEN
Está en relación con la fuerza con que hubiésemos pulsado la cuerda. Su unidad de medida es el decibelio (dB). Cada incremento de 10 dB nuestro oído lo percibe como el doble de intensidad. A partir de 120 dB entraríamos en el umbral del dolor.
En la representación gráfica de un sonido fuerte observaríamos que posee una mayor amplitud que un sonido débil.
Los sonidos de los distintos instrumentos musicales no tienen todos las mismas posibilidades de potencia sonora. Esta realidad se reconoce claramente en la disposición de los instrumentos dentro de una orquesta, donde los instrumentos con mayor potencia sonora son colocados hacia atrás. Sin embargo, hoy en día gracias a los avances de la tecnología de amplificación del sonido, los posibles desequilibrios se pueden compensar con una adecuada utilización de los micrófonos y la mesa de mezclas.
TIMBREEs la cualidad que nos permite distinguir entre los distintos sonidos de los instrumentos o de las voces, aunque interpreten exactamente la misma melodía. El timbre de los distintos instrumentos se compone de un sonido fundamental, que es el que predomina (siendo su frecuencia la que determina la altura del sonido), más toda una serie de sonidos que se conocen con el nombre de armónicos.
ECOLOCALIZACIÓN
El término de ecolocalización se refiere a una capacidad que los odontocetes que les permite localizar y discriminar objetos por las ondas acústicas de alta frecuencia de proyección y escuchar ecos. Los odontocetes ecolocalizan produciendo sonidos chasqueantes para así recibir e interpretar el eco resultante.
Las ondas acústicas viajan a través del agua a una velocidad cerca de 1.5 km/seg, lo cual es 4.5 veces mas rápido que el sonido que viaja a través del aire. Estas ondas acústicas rebotan en los objetos en el agua y regresan al delfín en forma de eco. El cerebro recibe las ondas acústicas en forma de impulsos nerviosos que retransmiten los mensajes del sonido y permiten al delfín interpretar los significados del sonido.
Debido a este complejo sistema de ecolocalización, los odontocetes pueden determinar el tamaño, forma, velocidad, distancia, dirección, e incluso un poco de la estructura interna de los objetos en el agua.
A pesar de la eficacia de la ecolocalización, los estudios muestran que un delfín con una vista pobre tarda más tiempo en ecolocalizar un objeto que un delfín usando la visión en tandem con la ecolocalización. Muchos detalles de la ecolocalización, aun no son completamente entendidos por lo que hoy en día sigue en investigación constante.
ECOLOCALIZACIÓN EN CETACEOS
Los cetáceos, al igual que otros vertebrados y algunos invertebrados, como por ejemplo las polillas (orden Lepidoptera), han desarrollado a lo largo de su evolución un sofisticado sistema sensorial denominado ecolocalización, consistente en la emisión de ondas sonoras en el agua que el animal termina recogiendo en forma de ecos y analizándolos en el cerebro.
La mayoría de las llamadas vulgarmente "ballenas con dientes" (suborden Odontoceti) presentan ecolocalización; principalmente delfines, orcas y calderones (familia Delphinidae), marsopas (familia Phocoenidae), cachalotes (familia Physeteriidae), delfines fluviales (familias: Iniidae, Platanistidae y Pontoporiidae), narvales y belugas (familia Monodontidae) y algunas de las llamadas "ballenas con barbas" (suborden Mysticeti), como los rorcuales (familia Balaenopteridae).
Los sonidos utilizados en la ecolocalización por estos mamíferos consisten en cortas emisiones de "clicks" agudos repetidos a diferentes frecuencias. Los "clicks" de baja frecuencia tienen un alto poder de penetración y pueden recorrer largas distancias; éstos son reflejados por estructuras y el animal puede obtener información de la topografía circundante. Por el contrario, para localizar presas cercanas emiten "clicks" de alta frecuencia, inaudible por los humanos. Por ejemplo, el delfín mular o delfín de nariz de botella (Tursiops truncatus), el cetáceo mejor estudiado, estrella indiscutible de los delfinarios, se sabe que emite "clicks" a frecuencias comprendidas entre los 15 y 130 KHz, mientras que la orca (Orcinus orca) emite "clicks" a una frecuencia media de 14 KHz.
Las dimensiones de las ondas
Las ondas que produce una piedra al caer
en un estanque se propagan en dos
direcciones, a lo largo y ancho delestanque. Las ondas luminosas de la
bombilla de la derecha se propagan en las
tres direcciones del espacio.
Son ondas bidimensionales y
tridimensionales respectivamente.
Algunas propiedades de las ondas,, de validez muy general, se pueden
estudiar a partir de ondas unidimensionales que se propagan en una sola
dirección y son más fáciles de analizar. Pulsemos el botón avanzar para
estudiar este tipo de ondas.
Ecuación general de las ondas
La forma de la onda transversal recuerda a la función sinusoidal, así que no es
extraño que una función de este tipo explique el movimiento ondulatorio.
En la escena utilizamos una onda transversal por ser más fácil observar sus
características. Sin embargo, la ecuación de ondas y todas las conclusiones
de la escena son igualmente válidas para ondas longitudinales.
Ayuda: En la escena vemos una onda transversal y la ecuación de onda que nos da el
estado de vibración de cualquier partícula afectada por la onda en cualquier momento.
El usuario puede controlar el periodo (pulsador T), longitud de onda, (pulsador L) y
amplitud (pulsador A).
También puede controlar la vibración de dos puntos diferentes, pinchando y
arrastrando en los puntos verde y amarillo del eje X.
El programa informa en todo momento del tiempo pasado y los valores de los
parámetros w y k.
Los botones tipo casete arrancan, detienen y devuelven la animación a su comienzo.
El botón Inicio restaura la situación inicial.
A1: El parámetro w se denomina frecuencia angular y el parámetro k es el número de
ondas.
Alterando los controles numéricos a disposición del usuario, debemos investigar de
qué magnitudes dependen estos parámetros y cómo es la relación matemática que
regula esta dependencia.
A2: Con la escena detenida, es decir, con el tiempo congelado, desplazando
cualquiera de los puntos móviles verde y amarillo, podemos ver la fase de la vibración
en que se encuentra cada punto.
Demos a la longitud de onda el valor 4 m y separemos los controles verde y amarillo
por distancias de 1, 2, 3 y 4 m. ¿Qué observamos en las diferencias de fase
correspondientes en cada caso? ¿Cómo expresaríamos este resultado en valores
angulares correspondientes a la función trigonométrica incluida en la función de onda?
A3: A estas alturas ya sabemos que la velocidad de propagación es igual a la longitud
de onda dividida por el periodo.
¿Se puede calcular esta longitud en función de los parámetros w y k de la onda?
Trate el usuario de encontrar la relación matemática correspondiente y compruébela
experimentalmente en la escena.
Para ello situaremos los puntos móviles verde y amarillo, con la escena detenida, a
una unidad exacta (1 m) de distancia. Después, puesta la escena en marcha,
deténgase en el momento en que la fase en que estaba inicialmente el punto verde
alcance al amarillo.
Dividiendo la distancia (1m) por el tiempo transcurrido mediremos la velocidad de
propagación.
El fenómeno de la interferencia
En la imagen vemos una serie de ondas propagándose sobre la superficie del
agua a partir de dos focos puntuales.
La superposición
de las ondas, que no
altera la velocidad
de ninguna de ellas,
se llama
interferencia.
Dependiendo de la
fase de las ondas
que se superponen
se pueden formar
grandes crestas o
zonas en que las
ondas parecen
anularse.
La forma de estudiar mejor este fenómeno es mediante ondas
unidimensionales transversales, aunque las conclusiones que saquemos con
este estudio son generalizables a cualquier fenómeno ondulatorio. Para realizar
este estudio, pulsemos interferencia.
La refracción de las ondas
Cuando un movimiento ondulatorio cambia de medio, es normal que cambie
también su velocidad de propagación. Indirectamente, este cambio de
velocidad puede causar cambios de dirección.
Conocemos como refracción este fenómeno de cambio de velocidad y
dirección. Podemos estudiarlo pulsando Onda refractada.
El fenómeno de la difracción
La difracción es la propiedad que permite a los movimientos ondulatorios
propagarse en todas las direcciones a partir de aberturas en obstáculos.
Esta propiedad es la que permite también a las ondas "doblar las esquinas".
Por eso podemos, por ejemplo, oír la conversación de dos personas a la vuelta
de una esquina o detrás de una tapia.
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