EL SONIDO

¿Qué es el sonido? ¿Cómo se mide su intensidad? ¿Por qué los tonos agudos y los graves nos producen sensaciones distintas? La fascinante ciencia de la acústica nos lo explica

Estemos donde estemos, incluso en los lugares que nos parecen más silenciosos, podremos percibir un remoto sonido, aunque sólo sea el de nuestra propia respiración. Al menos, si nos encontramos en un ambiente lleno de aire u otro gas, en el interior de un líquido o pegados a un objeto sólido. Y es que el sonido, como toda onda mecánica que se precie, necesita de un medio adecuado para ser transmitido. En eso se distingue de otras familias de ondas como las electromagnéticas –la luz es una de ellas– que pueden viajar por el vacío. El sonido no. Así que la próxima vez que vea una película de ciencia-ficción en la que los rayos láser lanzados de una nave a otra producen un estruendo espantoso no se lo crea.

El sonido es una onda mecánica y se comporta como tal, comprimiendo y estirando el medio por el que viaja. La percepción de un ruido en la calle no es otra cosa que la recepción de rapidísimos cambios de la presión del aire por encima y por debajo de su valor estático.

Nuestra peculiar onda sonora presenta otra característica diferenciadora. Cuando se mueve, las partículas del medio se juntan y se separan en paralelo a la propagación de la onda como si se tratara de un muelle que se tensa y destensa muy deprisa. Por eso se llama “onda longitudinal”. Se diferencia de las “ondas transversales” como las olas del mar en que éstas producen movimientos en perpendicular a la dirección de propagación. Si hacemos la ola en un estadio de fútbol veremos que la onda generada por el público recorre las gradas conforme los indivIduos (“las partículas”) se levantan y se sientan.

EL AIRE NO TRASMITE

La onda longitudinal del sonido tiene como misión transportar energía generada por la fuente emisora a través de un medio. El medio más habitual es el aire, pero no por eso es el más adecuado. Para que el sonido se transmita es necesario que la energía que transporta choque con cuantas más moléculas mejor. Las moléculas del aire, del agua o del hierro, impactadas por la onda sonora, vibran y transmiten a su vez la vibración. Cuanto más denso sea el medio, más juntas están las moléculas que lo forman y más probabilidades de impacto hay. Por eso, un objeto sólido es mejor transmisor del sonido que uno líquido y éste, a su vez, mejora la transmisión de un gas. Así, en el aire el sonido alcanza una velocidad de 340 metros por segundo; en el agua, puede llegar a los 1.438 metros por segundo, si está a dos grados de temperatura; en un sólido como el acero, la velocidad se dispara hasta los 5.200 metros por segundo.

A pesar de sus peculiaridades, la onda sonora mantiene similitudes con el resto de sus hermanas. Como toda onda, el sonido es producido por la vibración de un cuerpo. Puede ser las cuerdas vocales, la tripa de un tambor, la cuerda de un violín o un campo magnético activado por un aparato de Resonancia Magnética. Precisamente esta capacidad vibradora es de gran importancia para la ciencia acústica porque los físicos definen la frecuencia de una onda como el número de veces que las partículas atravesadas por ella vibran. Una vibración equivale a un ciclo completo de ida y vuelta de la partícula. Si las partículas realizan este viaje completo 1.000 veces, se dice que la onda tiene una frecuencia de 1.000 hertzios (Hz). Tal y como hemos señalado, la onda de sonido produce minúsculas oscilaciones en la presión del aire. Los aparatos que miden la frecuencia acústica lo que hacen es, precisamente, calibrar esas diferencias de presión.

El oído humano es un medidor perfecto de presiones. Puede detectar pequeñísimas fluctuaciones en la presión del aire que le llega. Si esas oscilaciones están en el rango entre 20 y 20.000 hertzios, las convierte en sonido traducible.

HERRAMIENTAS DE LA CIENCIA EN AUGE

La investigación acústica cobra cada vez más importancia merced al interés social por temas como el ruido ambiental, la contaminación sonora o la música digital. Los ingenieros y físicos que se dedican a ella utilizan tecnologías como las cámaras anecoicas (izquierda), que reducen casi a cero la reflexión de las ondas. Además se usan potentes programas informáticos para descomponer y sintetizar el sonido (derecha).

VIBRA, LUEGO SUENA

El sonido no es otra cosa que el efecto de la vibración de un objeto o de las partículas del medio por el que se desplaza, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Cuando golpeamos un diapasón y lo ponemos junto al oído podemos percibir el sonido que produce la vibración sutil e invisible del metal.

MAQUINAS DE SILENCIO

Vivir en la gran ciudad, cerca de un aeropuerto o a la vera de una discoteca puede ser un suplicio. Algunos ingenieros se han propuesto aliviar los padecimientos de las personas expuestas a ruidos indeseables creando aparatos que fabriquen silencio. Es el caso de Selwyn Wright, un científico de la Universidad británica de Huddersfield autor de lo que él llama Silence Machine (máquina del silencio). Se trata de un equipo de grabación que recoge los ruidos emitidos por una determinada fuente, los analiza y genera otro ruido en una frecuencia exactamente complementaria que se conoce como antifase o reverso. Para ello hay que lograr que cuando una onda alcanza su máxima longitud, la otra esté en su valor mínimo. Según el autor, el nuevo “antirruido” neutraliza la fuente acústica indeseada y, como resultado, aparece el silencio. De momento, sólo está lista para comercializar una versión muy sencilla capaz de eliminar ruidos muy concretos, como los producidos por una taladradora en una obra.
Por otro lado, un equipo noruego ha diseñado un dispositivo que puede introducirse en la oreja y que filtra sólo los sonidos que el usuario desea amplificar: por ejemplo, la voz de un amigo entre el griterío de la muchedumbre en un concierto.

LA HISTORIA DE UNA CIENCIA RUIDOSA

La acústica es la ciencia del sonido en toda su extensión. Es decir, trata no sólo de la capacidad de percepción de los ruidos, sino de los fundamentos físicos de la onda sonora y del medio por el que viaja. El sonido, por ejemplo, puede utilizarse como fuente de información sobre la composición de materiales o la cualidad de un cuerpo. Por eso, las ondas sonoras, infrasónicas o ultrasónicas se pueden usar en física de materiales, en astronomía e, incluso, como método de diagnóstico en medicina.
Desde hace siglos, los sabios han intuido que el sonido se comporta de manera análoga a las ondas en el agua. Especulaciones tales se encuentran ya en la obra del filósofo griego Crisipo (año 240 antes de Cristo) y del arquitecto romano del siglo I antes de Cristo Vitruvio.
Pero no fue hasta el siglo XVII cuando la ciencia empezó a conocer las leyes físicas que regulan la propagación del sonido. El padre de la acústica moderna es Marin Mersenne (1588-1648), fílósofo natural francés cuya obra Harmonic universelle estableció en 1636 la primera determinación absoluta de la frecuencia de un tono audible. Galileo, con sus equivalencias de frecuencia y Newton, que confeccionó una teoría matemática de la propagación del sonido, contribuyeron al desarrollo de la acústica.

CUANDO EL SONIDO SE PUEDE VER

es una visión en rayos X del cúmulo galáctico de Perseo. Un reciente estudio ha demostrado que en ese ambiente, las burbujas de gas azotadas por jets procedentes de un agujero negro interior hacen vibrar el entorno y generan ondas de sonido que pueden ser captadas por un telescopio.

FOTOGRAFIAR
Se dice que un avión supera la barrera del sonido cuando vuela a más velocidad que el propio sonido en el aire, 340 metros por segundo. En ese caso, la onda de choque que se produce emite un estruendo potentísimo y puede tener efectos físicos como la condensación de las moléculas de agua o del gas que desprende la nave.