Fisiología del sonido

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Fisiología del sonido

Mensaje  Uni-Q el Mar Dic 28, 2010 3:47 pm

Estimados foristas, como aporte al foro copio este articulo de la prestigiosa revista española Cine en Casa (Alta Fidelidad) sobre la Fisiología del sonido.

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 sensaciones auditivas.

INTENSIDAD

Como ya hemos comentado, cada sonido se diferencia de otro por su intensidad, 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 1.000 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.



Este es el inicio de un grupo de articulos tecnicos, relacionados a comprender mejor la terminologia tecnica, mas adelante entregare otros articulos sobre como audicionar equipos para conformar un sistema, y los componentes de un sistema de Cine en Casa, su selección y configuración.

Saludos,
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Uni-Q

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