BIOFÍSICA DE LA PERCEPCIÓN AUDITIVA

Comencemos por algunas consideraciones anatómicas básicas: El sistema auditivo periférico está compuesto por el oído externo, el oído medio y el oído interno.


OÍDO EXTERNO.- El oído externo está compuesto por el pabellón, que concentra las ondas sonoras en el conducto, y el conducto auditivo externo que desemboca en el tímpano. El canal auditivo externo tiene unos 2,7 cm de longitud y un diámetro promedio de 0,7 cm. Por sus características anatómicas éste tiene una frecuencia de resonancia natural entre los 4.500 Hz y los 5.000 Hz.


OIDO MEDIO.- El oído medio está lleno de aire y está compuesto por el tímpano (que separa el oído medio), los osículos (martillo, yunque y estribo) y la trompa de Eustaquio. El tímpano es una membrana que es expuesta en movimiento por la onda que la alcanza. Sólo una parte de la onda que llega al tímpano es absorbida, la otra es reflejada. Se llama impedancia acústica a esa tendencia del sistema auditivo a oponerse al pasaje del sonido. Su magnitud depende de la masa y elasticidad del tímpano y de los osículos y la resistencia friccional que ofrecen. Los oscículos (martillo, yunque y estribo) tienen como función transmitir el movimiento del tímpano al oído interno a través de la membrana conocida como ventana oval. Dado que el oído interno está lleno de material líquido, mientras que el oído medio está lleno de aire, debe resolverse un desajuste de impedancias que se produce siempre que una onda pasa de un medio gaseoso a uno líquido. En el pasaje del aire al agua en general sólo el 0,1% de la energía de la onda penetra el agua, mientras que el 99,9% de la misma es reflejada. En el caso del oído ello significaría una pérdida de transmisión de unos 30 dB. El oído interno resuelve este desajuste de las impedancias de dos vías complementarias.


En primer lugar la disminución de la superficie en la que se concentra el movimiento. EL tímpano tiene un área `promedio de 69 mm2, pero el área vibrante afectiva es de unos 43 mm2. El pie del estribo, que empuja la ventana oval poniendo en movimiento el material líquido contenido en el oído interno, tiene un área de 3,2 mm2. La presión se incrementa en consecuencia en unas 13,5 veces. Por otra parte el martillo y el yunque funcionan como un mecanismo de palanca y la relación entre ambos brazos de la palanca es de 1,31: 1. la ganancia mecánica de este mecanismo de palanca es entonces de 1,3 de lo que hace que el incremento total de presión sea de unas 17,4 veces


El valor definitivo va a depender del área real de vibración de tímpano. Además, los valores pueden ser superiores para frecuencias entre los 2.000 Hz y los 5.000 Hz, debido a la resonancia del canal auditivo externo. En general el oído externo y el tímpano se producen una amplificación de entre 5 dB y 10 dB en las frecuencias comprendidas entre los 2.000 Hz y los 5.000 Hz, lo que contribuye de manera fundamental para la zona de frecuencias a la que nuestro sistema auditivo es más sensible. Los músculos del oído interno (tensor de tímpano y stapedius) pueden influir sobre la transmisión el sonido entre el oído medio y el interno. Como su nombre lo indica, el tensor del tímpano tensa la membrana timpánica aumentando su rigidez, produciendo en consecuencia una mayor resistencia a la oscilación al ser alcanzada por las variaciones de presión del aire.


El stapedius separa el estribo de la ventana oval, reduciendo la eficacia en la transmisión del movimiento. En general responde como reflejo, en lo que se conoce como reflejo acústico o reflejo timpánico. Ambos músculos cumplen una función primordial de protección, especialmente frente a sonidos de gran intensidad. Lamentablemente esta acción no es instantánea de manera que no protegen a nuestro sistema auditivo ante sonidos repentinos de muy alta intensidad, como pueden ser los estallidos o impulsos. Además se fatigan muy rápidamente y pierden eficiencia cuando nos encontramos expuestos por largo rato a sonidos de alta intensidad.

Audiómetro:

Equipo eléctrico que sirve para medir y evaluar la audición tanto a nivel umbral como supra umbral, permite explorar las posibilidades audiométricas a través del área auditiva. Pueden producir intensidades desde 10 hasta 110 o 120 dBs y cubren desde el tono 128 hasta el 16 000 Hz, mediante un potenciómetro graduado de 5 en 5 dBs. Se utiliza para realizar pruebas audiométricas. Permite determinar el nivel auditivo de un paciente en cada uno de sus oídos.

Pruebas que se realizan con este equipo

Umbrales (Limen o umbral mínimo de audibilidad, comodidad, conducción aérea y ósea, disconfort o algiacusia).


· Test de S.IS.I.


· Test de Fowler


· Test de la palabra


· Deterioro tonal


· Test de Lombard


· Acufenometría.

MECANISMOS BÁSICOS DE LA PRODUCCIÓN DE VOZ

Hay tres mecanismos básicos de producción de voz humana:

· Vibración de las cuerdas que produce los sonidos tonales o sonoros (vocales,

semivocales, nasales, etc.).

· Las interrupciones (totales o parciales) en el flujo de aire que sale de los pulmones que da lugar a los sonidos “sordos” (fricativas, etc.)

· La combinación de vibración e interrupción, como las oclusivas sonoras (en español ‘b', ‘d' y ‘g').

“El rango vocal lo determina la flexibilidad de las cuerdas vocales, que permite diferenciar los distintos tipos de voces (en canto: tenor, soprano, contralto), en función de la altura, intensidad y timbre.”(HEWITT, 2007)

La voz humana. Cantante soprano.

El sonido producido en las cuerdas vocales es muy débil; por ello, debe ser amplificado. Esta amplificación tendrá lugar en los resonadores nasal, bucal y faríngeo, donde se producen modificaciones que consisten en el aumento de la frecuencia de ciertos sonidos y la desvalorización de otros. La voz humana, una vez que sale de los resonadores, es moldeada por los articuladores (paladar, lengua, dientes, labios y glotis), transformándose en sonidos del habla: fonemas, sílabas, palabras. La posición concreta de los articuladores determinará el sonido que emita la voz.

Producción de la voz humana:

La física ha establecido que para que exista sonido se requieren tres elementos:

1. Un cuerpo que vibre.

2. Un soporte físico por el que transmitirse

3. Una caja de resonancia que amplifique esas vibraciones, permitiendo que sean percibidas por el oído.

La voz humana cumple con las tres condiciones señaladas:

1. El cuerpo elástico que vibra son las cuerdas vocales.

2. El soporte físico por el que se transmite es el aire

3. La caja de resonancia está formada por parte de la garganta, por la boca y por la cavidad nasal.

Además la voz se clasifica la de los hombres y mujeres que tienen sus diferencias.

LA VOZ HUMANA

La voz humana, por su timbre característico, su flexibilidad y fácil emisión, es el instrumento más natural que existe. Ha servido de modelo y base para la ordenación y formación de las distintas familias instrumentales que constituyen el eje de la orquesta. Debido a que la extensión de la voz se produce dentro de los límites del número de vibraciones que mejor tolera el oído humano, hace que sea considerado un instrumento muy agradable de oír. La voz humana se forma al pasar el aire de los pulmones por la laringe. Dicha laringe está compuesta de un esqueleto cartilaginoso que permite el paso del aire, en cuyas paredes internas hay dos repliegues llamados cuerdas vocales. Éstas, para producir la voz, se acercan voluntariamente, haciendo más o menos pequeño el espacio existente entre ellas. Este espacio recibe el nombre de glotis. Al pasar el aire a través de las cuerdas vocales, éstas se ponen en vibración, produciendo el sonido. Cuanto mayor sea la extensión de la glotis, más grave será el sonido que se produzca; por el contrario, cuanto más corta sea, más agudo será el sonido obtenido.

El timbre de la voz no se forma solamente en la laringe, sino que es conducida a otros órganos como la boca y la nariz, conformando el sonido final de la voz. Según donde se conduzca y apoye la voz determinará la calidad tímbrica de la voz, y por ello, las características únicas e irrepetibles en cada persona. Derivado de estas transformaciones podemos obtener ciertos efectos como la voz de falsete: dicha voz se produce cuando el aire pasa sólo por la mitad de la glotis, produciéndose un sonido a una octava alta de la voz natural. También podemos conseguir el vibrato, obtenido mediante la variación intermitente del aire; o el portamento, que consiste en el deslizamiento de los sonidos de una forma pronunciada y a veces excesiva. Dentro de los elementos que originan la voz, podemos destacar los siguientes:

Aparato respiratorio: es el lugar donde se almacena y circula el aire; está formado por la nariz, la tráquea, los pulmones y el diafragma.

Aparato de fonación: es el lugar donde se produce el sonido al pasar el aire a través de las cuerdas vocales; está formado por la laringe y las cuerdas vocales.

Aparato resonador: es el lugar donde el sonido producido adquiere su timbre característico; está formado por el paladar, los senos maxilares y frontales y la faringe.

Mecanismos principales: los mecanismos que producen la voz son la inspiración, es decir, cuando el aire es retenido por los pulmones y expulsado y dosificado para producir el sonido; y la espiración, o sea, cuando expulsamos el aire haciéndolo pasar a través de las cuerdas vocales y de los distintos aparatos resonadores.

“La voz (del latín vox, vocis) se refiere, entre otras acepciones, al sonido que el aire expelido de los pulmones produce al salir de la laringe, haciendo que vibren las cuerdas vocales», además de la calidad, timbre o intensidad de este sonido.” (Fisiologia enfocada en clinica, 2013) Consiste en el sonido producido por un ser humano haciendo uso de sus cuerdas vocales para susurrar, hablar, cantar, gritar, reírse, chillar, etc. Su frecuencia oscila entre alrededor de los valores 60 a 7000 Hz. La fonación se realiza durante la respiración, cuando el aire contenido en los pulmones, sale de éstos, empujado por el diafragma y los intercostales y, a través de los

bronquios y la tráquea, llega a la laringe. Las cuerdas vocales, en combinación con los articulares, son capaces de producir grandes rangos de sonidos. El tono de la voz se puede modular para mostrar emociones tales como ira, sorpresa, o felicidad. Los cantantes usan la voz (música) humana como un instrumento para crear música.n la laringe se encuentran las cuerdas vocales. Las cuerdas vocales no tienen forma cordófona sino que se trata de una serie de repliegues o labios como podéis ver en la siguiente imagen ilustrativa.

Localización de las cuerdas vocales

Hay cuatro cuerdas vocales:

· 2 superiores (bandas ventriculares), que no participan en la articulación de la voz.

· 2 inferiores, las verdaderas cuerdas vocales, responsables de la producción de la voz.

Las dos cuerdas:

· Si se abren y se recogen a los lados, el aire pasa libremente, sin hacer presión:

respiramos.

· Si, por el contrario, se juntan, el aire choca contra ellas, produciendo el sonido que denominamos voz.


https://es.wikipedia.org/wiki/Voz_humana

ELEMENTOS DE UNA ONDA

En física, una onda es una propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo, densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vacío.

Cresta: La cresta es el punto más alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.

Período: El periodo es el tiempo que tarda la onda en ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.

Amplitud: La amplitud es la distancia vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el paso del tiempo.

Frecuencia: Número de veces que es repetida dicha vibración. En otras palabras, es una simple repetición de valores por un período determinado.

Valle: Es el punto más bajo de una onda.

En función del medio en el que se propagan:

Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un medio elástico para propagarse. Las partículas del medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura. Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y las ondas de gravedad.

Ondas electromagnéticas: las ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío. Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético asociado. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de 300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético, objeto que mide la frecuencia de las ondas.

Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del espacio-tiempo.

En función de su propagación:

Ondas unidimensionales: las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.

Ondas bidimensionales o superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse, en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en ella.

Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. “El sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras (mecánicas) y las ondas electromagnéticas.” (Fisiologia enfocada en clinica, 2013)

En función de la dirección de la perturbación:

Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio se mueven (ó vibran) paralelamente a la dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da lugar a una onda longitudinal.

Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

En función de su periodicidad

Ondas periódicas: la perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo una onda senoidal.

Ondas no periódicas: la perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita, las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas aisladas también se denominan pulsos.

Cualidades del sonido

Sonido no es puro y depende principalmente del espectro. Pero también depende en gran manera de la envolvente y de la frecuencia. La duración física de un sonido y la percibida están muy relacionadas aunque no son exactamente lo mismo. La duración percibida es aquel intervalo temporal en el que el sonido persiste sin discontinuidad. 

https://es.wikipedia.org/wiki/Onda

VELOCIDAD, LONGITUD DE ONDA Y FRECUENCIA DE UNA ONDA SONORA

A mayor frecuencia menor longitud de onda y viceversa. Para ver de que forma se relacionan consideremos una onda periódica desplazándose hacia la derecha. El tiempo entre el instante que una cresta pasa por un punto espacial dado y el instante en que llega la próxima es el período T (T=1/f). La distancia que recorre la onda de un instante a otro corresponde a la longitud de onda L, por lo que la relación es: L /T = Lf = c, donde c es la velocidad del sonido. Como ya mencionamos la velocidad de propagación del sonido no depende de la frecuencia ni de la intensidad del mismo sino de las características del medio. En el aire su velocidad es de aproximadamente 344 m/s a 20C (o 1200 km/h - 3 segundos para recorrer 1 km). 

Esta velocidad aumenta con la temperatura (0.17% /grado C), pero no cambia con la presión. En los líquidos es un poco mayor (1440 m/s en el agua) y mayor aún en los sólidos (5000 m/s en el acero).No debemos confundir la velocidad de propagación de la onda sonora con la velocidad instantánea de las partículas (estas realizan un movimiento oscilatorio más rápido).Podemos apreciar que la velocidad del sonido es relativamente alta y normalmente la propagación parece instantánea. Sin embargo en algunos casos es notoria, por ejemplo al compararla con la velocidad de la luz. Ejemplos: ver una banda tocando en la plaza desde lo alto de un edificio, relámpago y trueno, eco, sistema de amplificación.

El rango de frecuencias audibles se considera de forma muy aproximada entre los 20 Hz y 20 kHz. Esto determina cierto rango de valores de longitud de onda del sonido que va desde los 1,7 cm a 17m. Las longitudes de onda son comparables a los objetos ordinarios de la vida cotidiana. Esto es determinante en la forma en que se propaga el sonido, como veremos a continuación. La longitud de onda juega un papel importante en las dimensiones de los altavoces. Cuando la longitud de onda emitida por un parlante es mucho menor que su propio tamaño la potencia emitida se reduce considerablemente. Es por esta razón que los tweeters son mucho más pequeños que los woofers.

Difracción:

Las ondas luminosas poseen una longitud de onda muy pequeña (de 0,6 millonésimos de metros). Sabemos por experiencia que la luz se propaga en línea recta y arroja sombras bien definidas. Por otra parte, las olas del océano tienen una longitud de onda de varios metros. También sabemos que fluyen alrededor de un pilote que sobresalga del agua y son poco afectadas por el mismo. Estos ejemplos ilustran un hecho sumamente importante: las ondas son afectadas por objetos grandes comparados con su longitud de onda. “Frente a objetos grandes las ondas arrojan sombras y parecen moverse en línea recta”. Pero las ondas son poco afectadas por objetos pequeños comparados con su longitud de onda y pasan a través de tales objetos.

La longitud de onda de las ondas sonoras está a medio camino respecto a los objetos que nos rodean, por lo que en general muestran un comportamiento mixto. Las ondas graves (de longitud de onda grande) son capaces de eludir objetos ordinarios y por ejemplo dar vuelta una esquina. Por el contrario los agudos tienden a propagarse en línea recta y arrojan sombras acústicas. Sabemos por experiencia que los graves de un parlante se dispersan en todas direcciones pero si salimos de la habitación donde está el parlante perdemos las notas agudas.

La difracción es de especial importancia en nuestra capacidad de localización del sonido (para sonidos agudos). La cabeza y las orejas arrojan sombras acústicas. Otro ejemplo son los micrófonos que arrojan sombra sobre sí mismos para las frecuencias agudas y tiene una transferencia no completamente plana. Ejercicio: Al aire libre, una persona canta una nota baja y luego silba una nota aguda. El sonido es casi tan intenso adelante y atrás para la nota grave y apreciablemente más fuerte adelante que atrás para el silbido.

Interferencia - Superposición de ondas:

Mencionamos que las ondas sonoras se propagan sin afectarse unas a otras, incluso cuando su diferencia de intensidad es muy grande (linealidad del medio). Sin embargo, el sistema auditivo es sensible a la presión sonora total. Es necesario analizar como se combinan o superponen diferentes ondas sonoras. La forma de onda resultante de la superposición de ondas se obtiene sumando algebraicamente cada una de las ondas que componen el movimiento. Si superponemos ondas sinusoidales de igual frecuencia (pero distinta amplitud y fase) obtenemos una sinusoidal de igual frecuencia pero diferente amplitud y fase. Eventualmente ambas ondas podrían cancelarse, si tuvieran igual amplitud pero a contrafase (180º).

Interferencia constructiva (dfi < L/2) y destructiva (dfi > L/2):

La superposición de sinusoidales es de especial relevancia ya que la teoría de Fourier establece que unos sonidos periódico complejo puede descomponerse como suma de sinusoidales.

Reflexión:

Cuando una onda sonora se refleja en un plano, parte de la energía se trasmite al obstáculo y otra parte es reflejada. Una de las formas de interferencia más usuales entre dos ondas sonoras es la que se produce entre una onda sonora proveniente de la fuente y una reflexión de la misma que viaja en la misma dirección. Dos ondas de igual frecuencia viajando en sentidos opuestos forman un patrón de onda estacionaria. “La onda resultante no se propaga, sino que oscila presentando puntos de amplitud mínima (nodos) y puntos de amplitud máxima (antinodos).” (Fisiologia enfocada en clinica, 2013) En una cuerda vibrando puede distinguirse un patrón de onda estacionaria.

Pulsaciones:

La superposición de ondas de frecuencia cercana produce un fenómeno particular denominado pulsación o batido. Si las frecuencias son muy cercanas el sistema auditivo no es capaz de discriminarlas y se percibe una frecuencia única promedio de las presentes (½ [f1+f2]). La onda resultante cambia en amplitud a una frecuencia igual a la diferencia entre las frecuencias presentes (f1-f2).Este fenómeno de batido se percibe para diferencias de frecuencia de hasta aproximadamente 15-20 Hz. “Al aumentar la diferencia se comienza a percibir un sonido áspero y al seguir aumentando llega un punto en que son percibidas como frecuencias diferentes.” (Fisiologia enfocada en clinica, 2013).

Oscilaciones:

Si un sistema recibe una única fuerza y comienza a oscilar hasta detenerse, el tipo de oscilación se denomina oscilación libre. Si nada perturbara el sistema este seguiría oscilando indefinidamente. En la naturaleza la fuerza de rozamiento (o fricción) amortigua el movimiento hasta que finalmente se detiene. Este tipo de oscilación se llama oscilación amortiguada y su amplitud varía exponencialmente decayendo con cierta constante de tiempo.Si se continúa introduciendo energía al sistema podemos contrarrestar la amortiguación logrando una oscilación autosostenida. Esta oscilación se caracteriza por tener además de un ataque y un decaimiento, una fase intermedia casi estacionaria. Una oscilación forzada puede producirse al aplicar una excitación periódica de frecuencia diferente a la frecuencia propia de oscilación del sistema, logrando que este vibre a la frecuencia de la excitación.

Se denomina generador al elemento que produce la excitación, y resonador al sistema que se pone en vibración. Este tipo de oscilación forzada es la que se produce en las cuerdas de una guitarra que vibran por "simpatía". No siempre es posible obtener una oscilación forzada, sino que depende de la relación entre las características del generador y el resonador. En el caso de una oscilación forzada, cuando la frecuencia del generador coincide con la del resonador, se dice que el sistema está en resonancia. La magnitud de la oscilación del resonador depende de la magnitud de la excitación pero también de la relación entre las frecuencias de excitación y de resonancia. Cuanto mayor es la diferencia de frecuencias menor será la amplitud de la oscilación. Por el contrario cuando las frecuencias coinciden exactamente una pequeña cantidad de energía de excitación puede producir grandes amplitudes de vibración. En un caso extremo el sistema resonador puede llegar a romperse, como cuando un cantante rompe una copa de cristal al dar una nota aguda. Muchos instrumentos musicales tienen un elemento resonador que determina el timbre del instrumento favoreciendo algunos parciales de la excitación original.

http://www.eumus.edu.uy/eme/ensenanza//acustica/apuntes/material-viejo/fisica_r/

NATURALEZA DEL SONIDO

El sonido consiste en la propagación de una perturbación en un medio (en general el aire). La energía sonora se propaga de un lugar a otro como un tubo muy largo lleno de aire. El aire está formado por una cantidad muy grande de pequeñas partículas o moléculas. Inicialmente, el aire dentro del tubo está en reposo (o más técnicamente, en equilibrio). Este equilibrio es dinámico ya que las moléculas se mueven en todas direcciones debido a la agitación térmica, pero con la particularidad de que están homogéneamente distribuidas. Supongamos que se mueve rápidamente el pistón hacia el interior del tubo. Las moléculas que se encuentran junto al pistón serán empujadas, mientras que las que se encuentran alejadas no. En la zona del pistón el aire se encontrará más comprimido que lejos de él, es decir que la misma cantidad de aire ocupa menos espacio. El aire comprimido tiende a descomprimirse (como cuando abrimos la válvula de un neumático) desplazándose hacia la derecha y comprimiendo el aire próximo. Esta nueva compresión implica nuevamente una tendencia a descomprimirse, por lo que la perturbación original se propaga a lo largo del tubo alejándose de la fuente. Es importante enfatizar que el aire no se mueve de un lugar a otro junto con el sonido. Hay trasmisión de energía pero no traslado de materia.

Propagación:

Características del medio - Para que la onda sonora se propague en un medio este debe ser elástico, tener masa e inercia. El aire posee además algunas características relevantes para la propagación del sonido:

·         La propagación es lineal (en el intervalo de sonidos audibles la aproximación es válida). Esto permite que diferentes ondas sonoras se propaguen por el mismo espacio al mismo tiempo sin afectarse.

·         El medio es no dispersivo. Por esta razón las ondas se propagan a la misma velocidad independientemente de su frecuencia o amplitud.

·         El medio es homogéneo. No existen direcciones de propagación privilegiadas por lo que el sonido se propaga esféricamente (en todas direcciones).

Ondas de sonido:

“Las ondas mecánicas son las que se propagan a través de un material (sólido, líquido, gaseoso).”(HEWITT, 2007) La velocidad de propagación depende de las propiedades elásticas e inerciales del medio. Hay dos tipos básicos de ondas mecánicas: transversales y longitudinales. En las ondas longitudinales el desplazamiento de las partículas es paralelo a la dirección de propagación, mientras que en las ondas transversales es perpendicular. “Las ondas sonoras son longitudinales. En muchos instrumentos (como en la vibración de una cuerda) podemos identificar ondas transversales (así como en la membrana basilar dentro de la cóclea, en el oído interno).”(HEWITT, 2007).

Excitación periódica:

La mayoría de los sonidos de la naturaleza no son producto de una única perturbación del aire, sino de múltiples perturbaciones sucesivas. Un ejemplo de esto es la excitación producida por un diapasón luego de ser golpeado, analizada la clase pasada. Como ya mencionamos, al aire libre, las ondas sonoras se propagan en todas direcciones, como ondas esféricas. En presencia de superficies reflectoras la onda deja de ser esférica para volverse sumamente compleja debido a la superposición con las reflexiones. Se denomina campo sonoro a la forma en que se distribuye el sonido en diversos puntos dentro de un determinado espacio como una sala o al aire libre. Se denomina frente de onda al conjunto de puntos de la onda sonora que se encuentran en fase, o de otra forma, una superficie continua que es alcanzada por la perturbación en un instante. Dentro del tubo el frente de onda es plano, mientras que en el monopolio al aire libre el frente de onda es esférico. A determinada distancia las ondas esféricas pueden considerarse ondas planas.

Presión sonora:        

Según lo visto hasta el momento, el sonido puede considerarse como una sucesión de ondas de compresión y rarefacción que se propaga por el aire. Sin embargo si nos ubicamos en un punto en el espacio veremos como la presión atmosférica aumenta y disminuye periódicamente a medida que tienen lugar las sucesivas perturbaciones. La presión atmosférica se mide en Pascal y es del orden de los 100.000 Pa. Sin embargo, cambios de presión debidos al pasaje de una onda sonora son muy pequeños respecto a este valor de presión atmosférica. Los sonidos más intensos que se perciben implican un incremento de 20 Pa. Por esta razón, para distinguir el incremento de presión de la presión atmosférica en ausencia de sonido se lo denomina presión sonora (p). La presión sonora es la presión que se debe agregar a la presión atmosférica para obtener el valor real de presión atmosférica en presencia de sonido.

Las presiones sonoras audibles varían entre los 20 micro Pa y los 20 Pa (esto se verá mejor en otras clases). Es importante apreciar que es un rango muy importante de variación (de un millón de veces). Esta gran cantidad de cifras es incómoda de manejar. Es por esta razón y por razones fisiológicas que normalmente se expresa la presión sonora en decibles y se denomina Nivel de Presión Sonora (NPS o SPL por sus iniciales en inglés). Se define un nivel de presión sonora de referencia, que es aproximadamente la mínima presión audible (20 micro Pa). Se define el Nivel de Presión Sonora como:

El nivel de referencia corresponde a 0dB mientras que el nivel sonoro máximo corresponde a 120dB. El rango de audición es entonces de 120dB.

Representación de una onda sonora:

Según la naturaleza del sonido que hemos analizado, su representación en un oscilograma es para un punto espacial, el valor de presión sonora en cada instante de tiempo. Es decir, que la representación más usual de la onda sonora es como la variación de presión sonora en el tiempo. Esta variación de presión sonora puede traducirse a la variación de otra magnitud. Por ejemplo un micrófono es un trasductor de variación de presión sonora a variación de una magnitud eléctrica (voltaje o corriente).


https://www.fceia.unr.edu.ar/acustica/comite/sonido.htm

PROPIEDADES DEL SONIDO

Las cuatro cualidades básicas del sonido son la altura, la duración, el timbre o color y la intensidad, fuerza o potencia.

La altura:

Indica si el sonido es grave, agudo o medio, y viene determinada por la frecuencia fundamental de las ondas sonoras, medida en ciclos por segundo o hercios (Hz).

· vibración lenta = baja frecuencia = sonido grave.

· vibración rápida = alta frecuencia = sonido agudo.

Para que los humanos podamos percibir un sonido, éste debe estar comprendido entre el rango de audición de 16 y 20.000 Hz. Por debajo de este rango tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos. A esto se le denomina rango de frecuencia audible. Cuanta más edad se tiene, este rango va reduciéndose tanto en graves como en agudos.

La intensidad:

Es la cantidad de energía acústica que contiene un sonido, es decir, lo fuerte o suave de un sonido. La intensidad viene determinada por la potencia, que a su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibelios (dB) en honor al científico e inventor Alexander Graham Bell. En música se escriben así:

· piano pianissimo (ppp) - más suave que pianissimo

· Pianissimo (pp) - muy suave

· Piano (p) - suave

· Mezzo Piano (mp) - medio suave

· Mezzo Forte (mf) - medio fuerte

· Forte (f)-fuerte

· Fortissimo (ff) - muy fuerte

· forte fortissimo (fff) - más fuerte que fortissimo

El timbre:

Es la cualidad que confiere al sonido los armónicos que acompañan a la frecuencia fundamental. La voz propia de cada instrumento que distingue entre los sonidos y los ruidos. Esta cualidad es la que permite distinguir dos sonidos, por ejemplo, entre la misma nota (tono) con igual intensidad producida por dos instrumentos musicales distintos. Se define como la calidad del sonido, cada cuerpo sonoro vibra de una forma distinta. Las diferencias se dan no solamente por la naturaleza del cuerpo sonoro (madera, metal, piel tensada, etc.), sino también por la manera de hacerlo sonar (golpear, frotar, rascar). Una misma nota suena distinta si la toca una flauta, un violín, una trompeta, etc. Cada instrumento tiene un timbre que lo identifica o lo diferencia de los demás. Con la voz sucede lo mismo. El sonido dado por un hombre, una mujer, un/a niño/a tienen distinto timbre. El timbre nos permitirá distinguir si la voz es áspera, dulce, ronca o aterciopelada. También influye en la variación del timbre la calidad del material que se utilice. Así pues, el sonido será claro, sordo, agradable o molesto.

La duración:

Es el tiempo durante el cual se mantiene un sonido. Podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc. Los únicos instrumentos acústicos que pueden mantener los sonidos el tiempo que quieran, son los de cuerda con arco, como el violín, y los de viento (utilizando la respiración circular o continua); pero por lo general, los de viento dependen de la capacidad pulmonar, y los de cuerda según el cambio del arco producido por el ejecutante.

Fuentes del sonido:

El sonido es un tipo de ondas mecánicas longitudinales producidas por variaciones de presión del medio. Estas variaciones de presión (captadas por el oído humano) producen en el cerebro la percepción del sonido. Existen en la naturaleza sonidos generados por diferentes fuentes de sonido y sus características de frecuencia (altura), intensidad (fuerza), forma de la onda (timbre) y envolvente (modulación) los hacen diferentes e inconfundibles, por ejemplo, el suave correr del agua por un grifo tiene las mismas características en frecuencia, timbre y envolvente que el ensordecedor correr del agua en las cataratas del Iguazú, con sus aproximadamente 100 metros de altura de caída libre, pero la intensidad (siempre medida en decibelios a un metro de distancia de la zona de choque) es mucho mayor. 

“De los requisitos apuntados, el de la envolvente es el más significativo, puesto que es "la variación de la intensidad durante un tiempo, generalmente el inicial, considerado", el ejemplo de la diferencia de envolventes es la clara percepción que tenemos cuando algún instrumento de cuerda raspada (violín, violoncelo) son ejecutados "normalmente" (con el arco raspando las cuerdas" o cuando son pulsados (pizzicato); mientras que en el primer caso el sonido tiene aproximadamente la misma intensidad durante toda su ejecución, en el segundo caso el sonido parte con una intensidad máxima (la cuerda tensa soltada por el músico) atenuándose rápidamente con el transcurso del tiempo y de una manera exponencial, de manera que la oscilación siguiente a la anterior sigue una ley de variación descendente.” (Fisiologia enfocada en clinica, 2013).

Entre los instrumentos que exhiben una envolvente constante tenemos primordialmente el órgano de tubos (y sus copias electrónicas), el saxofón (también de aire, como el órgano) y aquellos instrumentos que, no siendo de envolvente fija, pueden fácilmente controlar esta función, como la flauta (dulce y armónica), la tuba, el clarinete y las trompetas, pífano y pitos, bocinas de medios de transportes (instrumentos de advertencia); entre los instrumentos de declinación exponencial tenemos todos los de percusión que forman las "baterías": bombos, platillos, redoblantes, tumbadoras (en este ramo debemos destacar los platillos, con un tiempo largo de declinación que puede ser cortado violentamente por el músico) mediante un pedal.

Audición y ondas sonoras:

En la audición los sonidos que vienen del aire es decir de dicha fuente origina las ondas cuando es inducida a vibrar, por algún mecanismo adecuado. Su vibración es comunicada al medio que le rodea, al cual comprime y descomprime, generando así un juego de presiones que se propagan como ondas. En el aire estas ondas sonoras se propagan a una velocidad de 332 m/seg (0° C).Cada onda sonora tiene una longitud () y una amplitud (a) o intensidad o fuerza, parámetros que se combinan y la caracterizan. Así al aumentar , el tono se escucha más bajo. Cuando se reduce al sonido se escucha menos. Otra propiedad de las ondas sonoras es su frecuencia (F) medida en Hertz (Hz). Cada sonido puro tiene una sola F, que lo define y que representa su tono (número de ciclos por segundo). Normalmente, los sonidos son mezclas de tonos diferentes. Hay una frecuencia fundamental (el tono más bajo) sobre la cual se sobreponen frecuencias más altas distintas, que constituyen el timbre del sonido.

El umbral para la percepción de un sonido, que depende de la frecuencia, es la presión mínima que necesita un sonido para inducir su audición. La presión de un sonido se mide, como nivel de presión, en unidades prácticas, los decibeles (dB). Para cualquier sonido (Px), su intensidad se calcula comparándola con un nivel arbitrario de presión sonora (Po = 2*105 Pa, donde Po es la presión de referencia, Pa = Pascal). Su presión se calcula, entonces, aplicando la siguiente fórmula: Nivel de presión del sonido x (en dB) = 20 log Px/Po.Las ondas sonoras se propagan por el aire y alcanzan al oído externo, en el cual penetran a través del conducto auditivo externo. Al hacerlo estimulan la membrana del tímpano, que cierra el extremo interno de dicho conducto. Al vibrar esta membrana, se induce la vibración de una cadena de huesecillos ubicados en el oído medio. Estos huesecillos transmiten su vibración a la ventana oval, que es una estructura membranosa que comunica el oído medio con la cóclea del oído interno. 

Al moverse la membrana oval, mueve el líquido (perilinfa) que llena una de las tres cavidades de la cóclea generando en él ondas. Estas ondas estimulan mecánicamente a las células sensoriales (células pilosas) ubicadas en el órgano de Corti, dentro de la cóclea en la cavidad central, la rampa media. Esta cavidad está llena de un líquido rico en K+, la endolinfa. Las células embebidas en la endolinfa, cambian su permeabilidad al K+ por efecto del movimiento de los cilios y responden liberando un neurotransmisor que excita a los terminales nerviosos, que inician la vía sensorial auditiva.

Para entender cómo oímos, primero tiene que saber que los sonidos son vibraciones invisibles que se desplazan por el aire. Cuando alguien habla, las hojas crujen, suena un teléfono o alguien genera un 'sonido', se envían vibraciones por el aire en todas las direcciones. A estas vibraciones las llamamos ondas sonoras. Casi todas las ondas sonoras son únicas. Por eso cada persona o cosa suena diferente, y también por eso una persona o cosa no siempre suena igual. Las ondas sonoras pueden ser agudas o graves, altas o bajas. Cuando nuestros oídos captan ondas sonoras, las convierten en mensajes que puede entender nuestro cerebro. La calidad con que son captadas y la claridad con que son enviadas a nuestro cerebro dependen de lo bien que funcionen nuestros oídos.

· Las partes del oído

· Hay tres partes principales en el oído:

· El oído externo: capta las ondas sonoras y las dirige al oído medio.

· El oído medio: transforma las ondas sonoras del aire en ondas de presión mecánica que a continuación se transfieren a los líquidos del oído interno.

· El oído interno (cóclea): convierte las ondas de presión en señales sonoras que nuestro cerebro puede entender.

Para oír de forma natural, cada una de estas partes debe funcionar correctamente.

1) El sonido entra en el conducto auditivo

Las ondas sonoras se desplazan a través del conducto auditivo y alcanzan el tímpano.

2) El tímpano y los huesos auditivos vibran

Estas ondas sonoras hacen vibrar el tímpano y los tres huesos (huesecillos) del oído medio.

3) El líquido se mueve a través del oído interno

Las vibraciones se transmiten a través del líquido del oído interno en forma de espiral y hacen moverse las minúsculas células ciliadas de la cóclea. Las células ciliadas detectan el movimiento y lo convierten en señales químicas para el nervio auditivo.

4) El nervio auditivo lo comunican al cerebro

El nervio auditivo envía la información al cerebro mediante impulsos eléctricos, que son interpretados allí como sonido.

https://www.vix.com/es/btg/curiosidades/2010/09/22/propiedades-del-sonido