Nivel de intensidad
En el caso de la cuerda de la figura 9, podemos hacerla vibrar con distintas
amplitudes y con la misma frecuencia (Figura 12). De estas ondas, la que tiene
mayor amplitud (A) tiene más energía que la que tiene menor amplitud (B). Esta
energía se propaga con la onda. De manera análoga, una onda sonora lleva
consigo energía.
El oído humano es capaz de distinguir sonidos fuertes de sonidos débiles; es
decir, es sensible al nivel de intensidad del sonido. Mientras más energía
lleve consigo una onda más fuertemente lo percibiremos y por tanto mayor será
su nivel de intensidad.
Los niveles de intensidad que el oído puede percibir están comprendidos en un
determinado intervalo. Si el sonido es muy débil, el oído no lo alcanza a oír y
no se oye nada. Este hecho se debe a que los movimientos que ocurren dentro del
cuerpo humano, como son la circulación de la sangre, los latidos del corazón,
etc., producen continuamente vibraciones que generan sonidos. Cualquier sonido
externo que se quiera oír deberá sobrepasar estos sonidos humanos, o sea, deberá
tener un nivel de, intensidad más grande que estos sonidos producidos por el
cuerpo. A la mínima intensidad de un sonido externo al cuerpo que el oído puede
registrar se le llama umbral de audibilidad.
Por otro lado, un sonido muy fuerte, es decir con una intensidad muy alta,
puede dañar al oído. A la máxima intensidad que el oído puede resistir sin
causarle daños se llama el umbral de dolor.
El oído oye un sonido cuya intensidad se encuentra entre los umbrales arriba
descritos. El intervalo entre los umbrales de audibilidad y de dolor es
notablemente grande. La intensidad del umbral de dolor es 10 12 (un uno seguido
de doce ceros) veces mayor que la del umbral de audibilidad. Este intervalo es
extraordinario ya que prácticamente no existe ningún aparato diseñado por el
hombre que tenga un intervalo de respuesta tan extenso como el que hay entre
los dos umbrales del oído.
Timbre
Si oímos tocar una nota “La” de frecuencia 440 Hz por un piano y la misma nota
(de la misma frecuencia) tocada por una guitarra, y si además ambas notas son
ejecutadas con el mismo nivel de intensidad, nuestro oído es capaz de
distinguir entre los dos sonidos. Podemos decir cuál fue producida por el piano
y cuál por la guitarra. Esto quiere decir que a pesar de que los dos sonidos
tienen las mismas frecuencias y los mismos niveles de intensidad se les puede
distinguir. Decimos que ambos sonidos, tienen distintos timbres.
¿En qué consiste la diferencia de timbres de los dos sonidos? Pues bien, cuando
se hace vibrar un instrumento para producir un sonido ocurren dos cosas que
describiremos a continuación.
Al hacer vibrar un instrumento para producir cierta nota, por ejemplo el “La”
de 440 Hz, entonces resulta que además de esta frecuencia, el instrumento
también produce sonidos con otras frecuencias, que son los armónicos. El
instrumento produce sonidos con frecuencias de 880 Hz, 1 320 Hz, etc. Es decir,
produce ondas con frecuencias que tienen 2, 3,... veces el valor de la
frecuencia requerida. Estos armónicos, en nuestro ejemplo, también son notas
“La”, pero corresponden a octavas superiores.
Cada instrumento produce cierta nota acompañada de sus armónicos y cada
armónico así producido tiene determinada energía. Sin embargo, resulta que la
distribución de energía entre los armónicos de un instrumento no es la misma
que la de otro instrumento.
Por otra parte, cuando un instrumento produce una nota, tarda cierto tiempo en
hacerlo. Además, al terminar de pulsar la nota, aunque ya no estemos tocando el
instrumento, éste continuará vibrando hasta que, por fricción, deja de hacerlo
es decir, continuará produciendo sonido durante cierto intervalo de tiempo, o
sea, el instrumento tarda cierto tiempo en decaer. La forma en que se produce y
decae el sonido se llama el ataque del instrumento. Diferentes instrumentos
tienen distintos ataques.
Las características del timbre de un instrumento dependen del número de
armónicos que produce, de la distribución de energía en cada armónico, así como
del ataque de cada uno de los sonidos que produce. El oído humano es sensible
al timbre de un sonido y es capaz de distinguir dos sonidos con timbres
distintos.
La capacidad del oído de distinguir los timbres de diferentes instrumentos
implica que cuando llegan simultáneamente ondas con diferentes frecuencias e
intensidades, el oído es capaz de separar cada una de las ondas que llegan.
Esta cualidad no la tiene el ojo; si diferentes ondas luminosas llegan al mismo
tiempo al ojo entonces uno las ve combinadas. Si por ejemplo nos llega luz
blanca, nuestros ojos no son capaces de distinguir cada una de las componentes
de luz. Si así fuera, lo que veríamos serían los colores de un arco iris y
nunca veríamos el blanco, hecho que no sucede. Ésta es una propiedad que
distingue esencialmente al oído del ojo.
ALGUNOS FENÓMENOS FÍSICOS
En esta sección haremos una revisión de algunos fenómenos y propiedades físicas
que nos ayudarán a entender lo que ocurre en el proceso auditivo.
Resonancia
Cuando cualquier cuerpo o estructura puede vibrar lo hace solamente con determinadas
frecuencias. Los valores de estas frecuencias dependen de la forma y de las
características mecánicas del cuerpo o estructura. Tomemos como ejemplo
ilustrativo el caso de una cuerda que tiene sus dos extremos fijos. Supongamos
que inicialmente la cuerda está en equilibrio, es decir en su posición
horizontal y en reposo. Si en un determinado instante la jalamos y luego la
soltamos, nos daremos cuenta de que empezará a vibrar. De hecho esta vibración
la podemos oír. Éste es el caso cuando se toca una guitarra, en la que las
cuerdas están fijas en sus extremos y se rasgan. Otro ejemplo es el del violín,
en que las cuerdas están fijas en un extremo y se fijan con el dedo del artista
en el otro; se dice que se pisa la cuerda. En el caso del violín, no se jala la
cuerda con el dedo sino se saca de su posición de equilibrio por medio del
arco. Otros casos son el del piano, el arpa, el laúd, etcétera.
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