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El sonido, en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras consistentes en oscilaciones de la presión del aire, que son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.

La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de la materia sólida, líquida o gaseosa. Como las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal.

Física del sonido

La física del sonido es estudiada por la acústica, que trata tanto de la propagación de las ondas sonoras en los diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos físicos.

Propagación del sonido

Artículo principal: Propagación del sonido

Ciertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso que el sonido se propaga en los sólidos y en los líquidos con mayor rapidez que en los gases. En general cuanto mayor sea la compresibilidad (1/K) del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidad es un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad (ρ), a igualdad de todo lo demás, tanto menor es la velocidad de la propagación del sonido. La velocidad del sonido se relaciona con esas magnitudes mediante:

$v\varpropto {\sqrt {\frac {K}{\rho }}}$

En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera que el factor de importancia suele ser la temperatura misma.

Para que el sonido se transmita se necesita que las moléculas vibren en torno a sus posiciones de equilibrio.

En algunas zonas de las moléculas de aire, al vibrar se juntan (zonas de compresión) y en otras zonas se alejan (zonas de rarefacción), esta alteración de las moléculas de aire es lo que produce el sonido.

Magnitudes físicas del sonido

Como todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse como una suma de curvas sinusoides con un factor de amplitud, que se pueden caracterizar por las mismas magnitudes y unidades de medida que a cualquier onda de frecuencia bien definida: Longitud de onda (λ), frecuencia (f) o inversa del período (T), amplitud (que indica la cantidad de energía que contiene una señal sonora) y no hay que confundir amplitud con volumen o potencia acústica. Y finalmente cuando se considera la superposición de diferentes ondas es importante la fase que representa el retardo relativo en la posición de una onda con respecto a otra.

Sin embargo, un sonido complejo cualquiera no está caracterizado por los parámetros anteriores, ya que en general un sonido cualquiera es una combinación de ondas sonoras que difieren en los cinco parámetros anteriores. La caracterización de un sonido arbitrariamente complejo implica analizar tanto la energía transmitida como la distribución de dicha energía entre las diversas ondas componentes, para ello resulta útil investigar:

Potencia acústica: El nivel de potencia acústica es la cantidad de energía radiada en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada. La potencia acústica depende de la amplitud.
Espectro de frecuencias: que permite conocer en qué frecuencias se transmite la mayor parte de la energía.

Velocidad del sonido

Artículo principal: Velocidad del sonido

El sonido tiene una velocidad de 331,5 m/s cuando: la temperatura es de 0 °C, la presión atmosférica es de 1 atm (nivel del mar) y se presenta una humedad relativa del aire de 0 % (aire seco). Aunque depende muy poco de la presión del aire.
La velocidad del sonido depende del tipo de material. Cuando el sonido se desplaza en los sólidos tiene mayor velocidad que en los líquidos, y en los líquidos es más veloz que en los gases. Esto se debe a que las partículas en los sólidos están más cercanas.

La velocidad del sonido se puede calcular en relación a la temperatura de la siguiente manera:

$V_{s}=V_{0}+\beta T\,$

Donde:

V_{0}=331,3\ {\mbox{m/s}}\,

\beta =0,606\ {\mbox{m/(s}}^{\circ }{\mbox{C)}}

T\ [{}^{\circ }{\mbox{C}}]

, es la temperatura en grados Celsius.

Si la temperatura ambiente es de 15 °C, la velocidad de propagación del sonido es 340 m/s (1224 km/h ). Este valor corresponde a 1 MACH.

Reverberación

La reverberación es la suma total de las reflexiones del sonido que llegan al lugar del oyente en diferentes momentos del tiempo. Auditivamente se caracteriza por una prolongación, a modo de "colasonora", que se añade al sonido original. La duración y la coloración tímbrica de esta cola dependen de: La distancia entre el oyente y la fuente sonora; la naturaleza de las superficies que reflejan el sonido. En situaciones naturales hablamos de sonido directo para referirnos al sonido que se transmite directamente desde la fuente sonora hasta nosotros (o hasta el mecanismo de captación que tengamos). Por otra parte, el sonido reflejado es el que percibimos después de que haya rebotado en las superficies que delimitan el recinto acústico, o en los objetos que se encuentren en su trayectoria. Evidentemente, la trayectoria del sonido reflejado siempre será más larga que la del sonido directo, de manera que -temporalmente- escuchamos primero el sonido directo, y unos instantes más tarde escucharemos las primeras reflexiones; a medida que transcurre el tiempo las reflexiones que nos llegan son cada vez de menor intensidad, hasta que desparecen. Nuestra sensación, no obstante, no es la de escuchar sonidos separados, ya que el cerebro los integra en un único precepto, siempre que las reflexiones lleguen con una separación menor de unos 50 milisegundos. Esto es lo que se denomina efecto Haas o efecto de precedencia.

Fisiología del sonido

Artículo principal: Percepción sonora

El aparato auditivo

Artículo principal: Oído

Los sonidos son percibidos a través del aparato auditivo que recibe las ondas sonoras, que son convertidas en movimientos de los osteocillos óticos y percibidas en el oído interno que a su vez las transmite mediante el sistema nervioso al cerebro. Esta habilidad se tiene incluso antes de nacer^{[cita requerida]}.

La voz humana

La voz humana se produce por la vibración de las cuerdas vocales, lo cual genera una onda sonora que es combinación de varias frecuencias y sus correspondientes armónicos. La cavidad buco-nasal sirve para crear ondas cuasiestacionarias por lo que ciertas frecuencias denominadas formantes. Cada segmento de sonido del habla viene caracterizado por un cierto espectro de frecuencias o distribución de la energía sonora en las diferentes frecuencias. El oído humano es capaz de identificar diferentes formantes de dicho sonido y percibir cada sonido con formantes diferentes como cualitativamente diferentes, eso es lo que permite por ejemplo distinguir dos vocales. Típicamente el primer formante, el de frecuencia más baja está relacionada con la abertura de la vocal que en última instancia está relacionada con la frecuencia de las ondas estacionarias que vibran verticalmente en la cavidad. El segundo formante está relacionado con la vibración el la dirección horizontal y está relacionado con si la vocal es anterior, central o posterior.

La voz masculina tiene un tono fundamental de entre 100 y 200 Hz, mientras que la voz femenina es más aguda, típicamente está entre 150 y 300 Hz. Las voces infantiles son aún más agudas. Sin el filtrado por resonancia que produce la cavidad buco nasal nuestras emisiones sonoras no tendrían la claridad necesaria para ser audibles. Ese proceso de filtrado es precisamente lo que permite generar los diversos formantes de cada unidad segmental del habla.

Sonidos del habla

Las lenguas humanas usan segmentos homogéneos reconocibles de unas decenas de milisegundos de duración, que componen los sonidos del habla, técnicamente llamados fonos. Lingüísticamente no todas las diferencias acústicas son relevantes, por ejemplo las mujeres y los niños tienen en general tonos más agudos, por lo que todos los sonidos que producen tienen en promedio una frecuencia fundamental y unos armónicos más altos.

Los hablantes competentes de una lengua aprenden a "clasificar" diferentes sonidos cualitativamente similares en clases de equivalencia de rasgos relevantes. Esas clases de equivalencia reconocidas por los hablantes son los constructos mentales que llamamos fonemas. La mayoría de lenguas naturales tiene unas pocas decenas de fonemas distintivos, a pesar de que las variaciones acústicas de los fonos y sonidos son enormes.

Resonancia

Es el fenómeno que se produce cuando los cuerpos vibran con la misma frecuencia, uno de los cuales se puso a vibrar al recibir las frecuencias del otro. Para entender el fenómeno de la resonancia existe un ejemplo muy sencillo, Supóngase que se tiene un tubo con agua y muy cerca de él (sin éstos en contacto) tenemos un diapasón, si golpeamos el diapasón con un metal, mientras echan agua en el tubo, cuando el agua alcance determinada altura el sonido será mas fuerte; esto se debe a que la columna de agua contenida en el tubo se pone a vibrar con la misma frecuencia que la que tiene el diapasón, lo que evidencia por qué las frecuencias se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido. Un ejemplo es el efecto de afinar las cuerdas de la guitarra, puesto que al afinar, lo que se hace es igualar las frecuencias, es decir poner en resonancia el sonido de las cuerdas.

El sonido en la música

El sonido, en combinación con el silencio, es la materia prima de la música. En música los sonidos se califican en categorías como: largos y cortos, fuertes y débiles, agudos y graves, agradables y desagradables. El sonido ha estado siempre presente en la vida cotidiana del hombre. A lo largo de la historia el ser humano ha inventado una serie de reglas para ordenarlo hasta construir algún tipo de lenguaje musical.

Propiedades

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

Cualidad	Característica	Rango
Altura	Frecuencia de onda	Agudo, medio, grave
Intensidad	Amplitud de onda	Fuerte, débil o suave
Timbre	Armónicos de onda o forma de la onda	Fuente emisora del sonido
Duración	Longitud de onda o tiempo de vibración	Largo o corto

La altura

Véanse también: Tono y Altura (música).

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 20 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

Véanse también: Intensidad de sonido y Sonoridad.

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:

Nombre	Intensidad
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. Está determinada por la longitud de onda, que indica la distancia entre el principio y el final de una onda completa (ciclo).

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. 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.

Bibliografía

Iglesias Simón; Pablo; "El diseñador de sonido: función y esquema de trabajo", ADE-Teatro Nº 101. Julio-agosto de 2005. Páginas 199-215.

Véase también

Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga una galería multimedia sobre Sonido.

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 se refuerzan y en consecuencia aumenta la intensidad del sonido.
 Un ejemplo es el efecto de afinar las cuerdas de la guitarra, puesto que al afinar, lo que se hace es igualar las frecuencias, es decir poner en resonancia el sonido de las cuerdas.
-Para entender un poco más cómo reaccionamos al sonido creemos que vale la
-pena repasar algunos conceptos técnicos que relacionan el “sonido” con nuestros
-oídos. Veremos cómo representamos numéricamente los sonidos que
-escuchamos, para luego poder valorarlo y obtener información fidedigna, con la
-cual poder trabajar. Repasaremos las nomenclaturas estandarizadas que se
-utilizan en ambientes científicos, así como las diferencias entre lo que se “emite”
-y lo que se “escucha”. El sonido no es más que una perturbación del medio que
-nos produce una sensación auditiva. Existen sonidos periódicos o
-pseudoperiódicos, con o sin carácter musical, y los no periódicos (ruido). Los
-periódicos se distinguen por su tono, por su timbre y por su intensidad. Nuestro
-magnífico oído puede soportar grandes presiones sonoras (hasta 1.000
-microbares) y es capaz de discernir sonidos cuyas diferencias de presión son de
-tan sólo 0,0001 microbares, es decir, 10 millones de veces más pequeñas que la
-más alta que puede soportar. El rango de frecuencias de nuestros oídos, en una
-persona sana y joven, va de los 16 Hz hasta los 20.000 Hz; somos capaces de
-analizar las frecuencias muy selectivamente, hasta el punto de poder discernir
-una de ellas entre una amplia amalgama.
-Todo cuerpo que emita vibraciones (sonido, si la frecuencia está comprendida
-entre los 16 y los 20.000 Hz) y alcance nuestra membrana timpánica en el oído
-hará que ésta vibre a la misma frecuencia. Dicha vibración se transmitirá, a
-través del oído medio, hasta el órgano de Corti, convirtiéndose en impulsos
-nerviosos. Nuestro cerebro interpretará esas descargas eléctricas como
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-Como ya hemos comentado, cada sonido se diferencia de otro por su intensidad,
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-tono y timbre. Veamos qué significan cada uno de ellos. La intensidad define la
-energía con la que un sonido llega a nuestro oído. Está relacionada con la
-amplitud de la frecuencia de onda con la cual la representamos. Un sonido puro
-de 1 kHz (cada segundo realiza 1.000 ciclos) tiene una amplitud diferente en
-función del eje vertical de coordenadas. Esa diferencia de amplitud o, lo que es
-lo mismo, la cantidad de energía que se libera, aumenta o disminuye la energía
-que nuestros oídos perciben; la vibración es más o menos intensa.
-La relación entre la energía emitida y la que nuestros oídos escuchan no es
-lineal. Podemos comprobarlo al generar nuestro propio tono de 1 kHz: hasta que
-el nivel de presión sonora del altavoz no consiga un valor determinado, nuestro
-oído no escuchará nada.
-Para que un oído normal empiece a escuchar algo de ese tono, la potencia de
-salida debe ser de 10-16 W/cm2 o, lo que es lo mismo, 0,002 microbares o 0,20
-microPa. Un microbar es una presión igual a 0,1 N/cm2 o 0,0001 pascal.
-Esta intensidad mínima recibe el nombre de umbral auditivo para mil ciclos. A
-partir de aquí, si aumentamos el nivel de volumen para percibir el doble en esta
-prueba, observamos que el nivel de potencia de salida ha aumentado en 10
-veces. Para aumentarla tres veces, la potencia suministrada por el amplificador
-será 1.000 veces superior a la del umbral. Ésta es una sensación logarítmica,
-pues no existe una relación lineal entre el incremento de potencia y la sensación
-de intensidad. Para alcanzar el umbral auditivo estábamos aplicando una
-potencia de 1 W y para doblar la sensación de doble intensidad hemos tenido
-que llegar a los 10 W (por lo tanto, hemos “añadido” 9 W de potencia); esto no
-significa que con otros 9 W más de potencia tengamos una sensación de
-intensidad triple.
-La unidad de medida que relaciona dos niveles de potencia se denomina belio
-(B). Si el cociente de dos potencias resulta 10, podemos decir que la diferencia
-entre ambas es de 1 belio. Como nuestro oído es capaz de percibir diferencias de
-intensidad por debajo del belio, solemos trabajar con los decibelios (dB), una
-unidad 10 veces menor.
-Recuperemos, en nuestro experimento, el nivel de potencia umbral que
-conseguimos para 1 kHz. Si mantenemos el mismo nivel de potencia de salida
-pero modificamos la frecuencia del tono que estamos utilizando, nos daremos
-cuenta de que nuestro oído parece percibir más intensidad a medida que el tono
-llega a los 4.000 Hz, para luego volver a decaer hacia los 6.000 Hz y,
-finalmente, desaparecer. Si optamos por escuchar qué pasa por debajo de los
-.000 Hz, el silencio se convertirá en el protagonista. Esto significa que las
-intensidades del umbral son diferentes para cada frecuencia. La gráfica de esta
-misma página muestra este nivel de umbral para cada frecuencia, tomando
-como referencia un tono de 1 kHz. Lo que está por debajo de la línea indica
-intensidades no audibles para nuestro oído. Por ejemplo, para 50 Hz el umbral
-es 100.000 veces mayor que para 1 kHz.
-La curva superior es la de intensidad sonora máxima soportable para el oído
-humano. Notamos que la diferencia entre el umbral a 1 kHz y el umbral del dolor
-es de 12 B (o 120 dB). Fíjense que la variación de la curva superior es menor en
-comparación con la del umbral, por lo que podemos deducir que las diferencias
-de intensidad son más críticas cuando el nivel de potencia es más bajo.
-TONO
-Si la amplitud define la intensidad, la frecuencia define el tono. El ser humano es
-capaz, aunque debe entrenarse, de detectar mínimas diferencias de tono,
-aunque le es mucho más fácil discernir entre niveles de intensidad. Aun así,
-nuestro oído más bien lo que hace es buscar la frecuencia dominante de
-cualquier sonido ya que, en el mundo real, no existe el tono puro (por ejemplo,
-el 1 kHz que hemos utilizado en las anteriores pruebas).
-Es más fácil agrupar un conjunto de frecuencias identificables, algo que
-musicalmente es habitual. Definimos “octava” como el grupo de frecuencias
-donde la última sipone el doble de la primera. Así, los 440 Hz de la nota LA
-pueden iniciar una octava hasta los 880 Hz del LA superior.
-TIMBRE
-Dos sonidos de misma intensidad y misma frecuencia no nos suenan igual. Hay
-un tercer elemento que los define: el timbre. El DO de un piano no es el mismo
-que el DO de un violín. ¿Por qué identificamos bien el origen de cada nota
-musical? En el mundo real, como hemos comentado apenas hace unas líneas, no
-existen los tonos puros, sino que todo sonido tiene asociados una serie de
-armónicos. Éstos son los responsables de que sepamos que suena un piano o un
-violín, si habla nuestra madre o nuestro hermano. Las diferencias de intensidad
-de estos armónicos son los que definen el timbre de cada fuente sonora. Los
-armónicos son múltiplos enteros de la frecuencia fundamental, es decir, octavas
-de la primaria. Un sonido cuya fundamental es de 440 Hz (el LA musical) tiene
-su primer armónico superior a los 880 Hz, el segundo a los 1.760 Hz, y así
-sucesivamente. En función de la cantidad de armónicos y de la coherencia de
-sus intensidades, consideramos que el sonido es más o menos rico. Dos pianos
-de cola supuestamente idénticos presentarán diferencias notables en dichos
-armónicos, siendo siempre uno mejor que el otro.
-Cuando una onda fundamental presenta armónicos que no se corresponden
-conningún múltiplo de la misma, consideramos que es ruido.
-CONCLUSIÓN
-Como vemos, un sonido es mucho más que una frecuencia: su intensidad, su
-timbre y su tono nos permiten identificar correctamente qué tipo de fuente
-estamos escuchando. En las grabaciones es importante mantener esas
-características para que en la reproducción podamos restituir con eficacia lo que
-queremos grabar. También es necesario, por lo tanto, tener un sistema de
-reproducción que sea fiel a lo grabado, algo que, como hemos ido viendo en esta
-revista y en sus bancos de prueba, no implica siempre una desmesurada
-inversión económica.
 == El sonido en la música ==