Una oscilación que se extiende en un medio (con velocidad finita) recibe el nombre de onda. En dependencia de la relación que exista entre el sentido de la oscilación y el de la propagación, charlamos de ondas longitudinales, transversales, de torsión, etcétera En el aire el sonido se extiende en forma de ondas longitudinales, o sea, el sentido de la oscilación coincide con el de la propagación de la onda.
Medio de transmisión del sonido
Podemos definir un medio como un conjunto de osciladores capaces de entrar en vibración por la acción de una fuerza. Cuando charlemos de un medio, y salvo que se indique particularmente otra cosa, nos vamos a estar refiriendo al aire. Esto se debe de nuevo a razones prácticas, en tanto que el aire es el medio más frecuente en el que se efectúa la propagación del sonido en los actos sociables a través de sistemas acústicos entre humanos, así sea a través de el charla o bien la música.
A fin de que una onda sonora se extienda en un medio, este debe cumplir por lo menos 3 condiciones fundamentales: ser flexible, tener masa y también inercia. Las ondas sonoras no se extienden en el vacío, mas hay otras ondas, como las electromagnéticas, que sí lo hacen.
El aire en tanto medio tiene por si fuera poco otras peculiaridades relevantes para la propagación del sonido:
- la propagación es lineal, que desea decir que diferentes ondas sonoras (sonidos) pueden extenderse por exactamente el mismo espacio al tiempo sin afectarse mutuamente.
- un medio no dispersivo, con lo que las ondas se extienden a exactamente la misma velocidad con independencia de su frecuencia o bien amplitud.
- un medio homogéneo, de forma que el sonido se extiende esféricamente, esto es, en todas y cada una de las direcciones, produciendo lo que se llama un campo sonoro.
La propagación del sonido
Un cuerpo en oscilación pone en movimiento a las moléculas del medio que lo rodean… Estas, por su parte, transmiten ese movimiento a las moléculas vecinas y de esta manera consecutivamente. Cada molécula de aire entra en oscilación en torno a su punto de reposo. Esto es, el desplazamiento que padece cada molécula es pequeño.
Entre la fuente sonora (el cuerpo en oscilación) y el receptor (el humano) tenemos entonces una transmisión de energía, no un traslado de materia. No son las moléculas de aire que rodean al cuerpo en oscilación las que hacen entrar en movimiento al tímpano, más bien las que están al lado del mismo, que fueron puestas en movimiento conforme la onda se fue extendiendo en el medio.
El (pequeño) desplazamiento (oscilatorio) que padecen las diferentes moléculas de aire produce zonas en las que hay una mayor concentración de moléculas (mayor densidad), zonas de condensación, y zonas en las que hay una menor concentración de moléculas (menor densidad), zonas de rarefacción. Esas zonas de mayor o bien menor densidad producen una alteración alterna en la presión estática del aire (la presión del aire en ausencia de sonido). Es lo que se conoce como presión sonora.
Si el cuerpo que produce la oscilación efectúa un movimiento armónico simple, las alteraciones de la presión en al aire pueden representarse a través de una onda sinusoidal. Por contra, si el cuerpo efectúa un movimiento complejo, las alteraciones de presión sonora van a deber representarse por medio de una manera de onda igual a la resultante de la proyección en el tiempo del movimiento del cuerpo.
Como afirmamos, en el aire el sonido se extiende esféricamente, o sea en todas y cada una direcciones. Podemos imaginarnos al sonido propagándose como una esfera cuyo centro es la fuente sonora y que se marcha haciendo poco a poco más grande. O bien, lo que es exactamente lo mismo, que va incrementando cada vez su radio. Por razones de comodidad, para estudiar el sonido vamos a poder hacerlo desde uno de esos 2 puntos de vista, en ocasiones como una esfera medrando, o bien como un radio (ocasionalmente todos y cada uno de los radios) de exactamente la misma (rayos).
Imaginemos entonces una cadena de partículas (moléculas) entre la fuente sonora y el receptor (un rayo). Entre el momento en que la fuente sonora pone en movimiento a la partícula más próxima y el momento en que la primer partícula transmite su movimiento a la segunda transcurre un tiempo determinado. O sea, cuando la primer partícula entra en movimiento, la tercera -por servirnos de un ejemplo- todavía está en su situación de reposo. Recordemos asimismo que las partículas de aire solo fluctúan en torno a su situación de reposo.
Podemos decir entonces que cada partícula se hallará en una situación diferente del movimiento oscilatorio. O sea, cada partícula va a tener una situación de fase (ángulo de fase) diferente. En algún sitio de la cadena encontraremos una partícula cuya situación de fase coincide con la de la primera, si bien la primer partícula va a estar empezando su segundo ciclo oscilatorio, al paso que la otra recién va a estar empezando su primer ciclo.
La distancia que existe entre 2 partículas sucesivas en igual situación de fase tiene por nombre longitud de onda (). Asimismo podemos delimitar la longitud de onda como la distancia que recorre una onda en un período temporal T. La longitud de onda está relacionada con la frecuencia f (inversa del periodo T) a través de la velocidad de propagación del sonido (c), de forma que c = · f. Las ondas sonoras tienen longitudes de onda de entre dos cm y veinte m más o menos.
No debemos confundir la velocidad de propagación de la onda con la velocidad de desplazamiento de las partículas. Estas efectúan un movimiento oscilatorio rapidísimo, cuya velocidad es diferente a la velocidad de propagación de la onda.
La velocidad de propagación de la onda sonora (velocidad del sonido) depende de las peculiaridades del medio en el que se efectúa dicha propagación y no de las peculiaridades de la onda o bien de la fuerza que la produce. En el caso de un gas (como el aire) es de manera directa proporcional a su temperatura concreta y a su presión estática y también inversamente proporcional a su densidad. Puesto que si cambia la presión, cambia asimismo la densidad del gas, la velocidad de propagación continúa incesante frente a los cambios de presión o bien densidad del medio.
Mas la velocidad del sonido sí cambia frente a los cambios de temperatura del aire (medio). Cuanto mayor es la temperatura del aire mayor es la velocidad de propagación. La velocidad del sonido en el aire aumenta 0,6 m/s por cada 1º C de incremento en la temperatura.
La velocidad del sonido en el aire es de más o menos trescientos cuarenta y cuatro m/s a 20º C de temperatura, lo que equivale a unos 1.200 km/h (1.238,4 km/h, para ser precisos). Esto es que precisa unos tres segundos para recorrer 1 km.
Ondas estacionarias
Hasta el momento hemos hablado de ondas propagándose en un medio, o sea ondas viajantes.
Las ondas estacionarias son el desenlace de la interferencia de 2 ondas viajantes iguales propagándose en direcciones contrarias. Por servirnos de un ejemplo, una onda que llega perpendicularmente a una pared y se refleja sobre sí.
La característica de las ondas estacionarias es que se producen puntos (ocasionalmente líneas o bien planos) en los que la amplitud de oscilación es siempre y en toda circunstancia cero (nodos) y otros en los que es siempre y en todo momento máxima.
Dada una frecuencia que produce una onda estacionaria, los múltiplos de dicha frecuencia (o sea los armónicos) asimismo generarán ondas estacionarias. El orden del armónico determinará la cantidad de nodos que se generan. Por poner un ejemplo, el primer armónico producirá un nodo, el segundo 2 y de esta forma consecutivamente.
Las ondas estacionarias son relevantes en el funcionamiento de los instrumentos (las cuerdas, las columnas de aire encerradas en un cilindro), mas asimismo en las resonancias modales (los modos de resonancia) de las habitaciones.
¿Que es un Decibelio?
El decibelio es una unidad logarítmica, adimensional y matemáticamente escalar. Es la décima parte de un belio (símbolo B), que es el logaritmo de la relación entre la magnitud de interés y la de referencia, pero no se utiliza por ser demasiado grande en la práctica, y por eso se utiliza el decibelio. El belio recibió este nombre en honor de Alexander Graham Bell.
Un belio equivale a 10 decibelios y representa un aumento de potencia de 10 veces sobre la magnitud de referencia. Cero belios es el valor de la magnitud de referencia. Así, dos belios representan un aumento de cien veces en la potencia, 3 belios equivalen a un aumento de mil veces y así sucesivamente. Por esto mismo es que los “decibelios no sean todos iguales”.
Ese carácter logarítmico es el que hace que cuando hablamos de 65 dB o 71,5 no sea realmente un aumento del 10% del ruido que percibimos, sino mucho más, y si seguimos subiendo cada vez el dB “es mucho mayor” que el anterior.
Si lo representáramos en una escalera los peldaños crecerían en tamaño, respecto del anterior, en proporciones cada vez mayores conforme subamos escalones.
En cuanto la suma, no pienses que si una suegra emite 90 dB a pleno rendimiento pulmonar y una madre emite 91 dB entre las dos serán 181 dB, pues gracias a Dios no es así afortunadamente, entre las dos sumarán 93,5 dB.
Para realizar estas sumas existe un método bastante fácil en el que si aplicamos una tabla de valores y un procedimiento muy sencillo nos ahorraremos tediosas y complicadas operaciones matemáticas que seguramente olvidamos hace tiempo (nuestro cerebro tiende a olvidar lo que no nos agrada demasiado como las matemáticas y alguna cosilla más).
Te lo comento por si pudiera interesarte, pero también te digo que hay calculadoras apropósito del tema, por si no te quieres calentar la cabeza demasiado. Pero no está de más que veamos este método.
Ordenar de mayor a menor los niveles de ruido a sumar. Restar el primero al segundo y la diferencia obtenida, llevarla al eje X del gráfico y en el eje Y obtendremos el número de dB que se han de sumar al ruido de mayor nivel.
- Al nivel resultante de la suma anterior, se le resta el tercer valor y se opera del mismo modo.
- Y así repetiremos el proceso hasta terminar con todos los niveles que queremos sumar.
La suma de dos niveles de presión acústica iguales, siempre da un valor incrementado en 3 decibelios. Por ejemplo: 58 dB + 58 dB = 61 dB.
La suma de dos niveles de presión acústica en el que uno de ellos es superior al otro en 20 decibelios o más, da un resultado prácticamente igual al sumando mayor. Por ejemplo si sumamos 90 dB + 70 dB = 90 dB.
UN EJEMPLO:
Sumemos 87 dB + 92 dB.
1º-La diferencia aritmética entre 92 y 87 es 5 decibelios.
2º-En el eje horizontal buscamos 5 de donde subimos hasta la curva y de ésta al eje vertical obtenemos el valor 1,19.
3º-Añadimos 1,19 al valor mas grande de los sumandos y queda 92 +1,19 = 93,19 dB.
Bueno, ya sabemos hasta sumar dB, pero para llevar todo esto a un terreno más cotidiano y nos hagamos una clara idea de las magnitudes que manejamos le daremos un vistazo a la siguiente escena familiar y ya tendremos el cuadro completo.
Sitúate e imagina lo siguiente:
La paz absoluta, estamos sólos en casa 0 dB (que es el umbral dela audición), pero era demasiado bonito para durar eternamente y llega nuestra suegra y se sienta, pues bien su sola respiración (tu no respiras de momento) genera 10 dB, pero como trae el Hola debajo del brazo se pone a leer en voz muy bajita, casi susurrante (cosa rara) ya nos vamos a los 20 dB.
Y claro se le ocurre comentar lo último de Belén Esteban y entabla una conversación tranquila contigo 40 dB, de momento lo soportamos.
En fin, vuelven a llamar a la puerta y entran en casa la esposa, los dos hijos y el Suegro con su maletín de herramientas para colgar no se qué, todos saludando y hablando a la vez, pues ya está 60 dB, y acto seguido como la esposa viene estresada y con mil tareas por hacer te dice “pasa la aspiradora” mientras preparo los niños, procedes a desarrollar la tarea encomendada y conectas la aspiradora que como no es de última generación produce 70 dB.
Dios el ruido empieza a perturbarte, pero lo peor no ha llegado aún.
El tren de las 19:45 que pasa junto a tu casa está pasando 80 dB.
Dios mío la presión acústica está pudiendo contigo y tus nervios se están alterando, y claro tu suegra te dice: así no se hace, ¿es que no sabes ni pasar la aspiradora?, claro ya no puedes contenerte y empiezas una acalorada discusión 90 dB, pero entonces tu suegro acciona el magnífico taladro profesional que acaba de comprar en el Leroy y ahí tienes los 100 dB.
Llegados a este punto la presión (de todos los tipos, sonora, nerviosa y espiritual) se hace insoportable y piensas ¿que más puede ocurrir…?, ¡Ea, pues toma ya, por pensar! Tu hijo mayor acaba de encender el estéreo de su habitación y acaba de poner a Extremo-Duro a 110 dB y al momento pasa volando bajito un avión (vives muy cerca de la T-4, y AENA no está por insonorizarte la vivienda) que está despegando 130 dB, y creo que vamos a dejarlo ahí… por tu salud física y mental, por que lo siguiente sería traspasar el umbral del dolor 140 dB, y la explosión del Krakatoa 180 dB (que como vives cerca de la T-4 es imposible que la escuches) o una explosión atómica 200 dB (pero ya con el taladro, la aspiradora, los niños el estéreo, la suegra, la señora, etc, creo que es suficiente estrés).