Luego de haber sentado bases científicas firmes, dedicamos las semanas cuatro, cinco y seis, al estudio del sonido como fenómeno acústico.

La Onda de Sonido

En primer lugar, definimos el concepto de “onda”. Una onda es definida como el cambio periódico y cíclico de una magnitud física determinada, la cual se propaga a través del espacio. Existen dos tipos principales de ondas: las mecánicas y las electromagnéticas. El sonido pertenece al primer tipo, mientras que la luz es un ejemplo del segundo.

Pero, ¿qué es realmente el sonido? El sonido es una onda mecánica que consiste en el cambio de la presión en un medio. Las partículas del medio oscilan, creando zonas de baja y alta presión y ejerciendo fuerza sobre las superficies con las que se encuentran. La magnitud de esa fuerza determina la amplitud de la onda, la cual a su vez influye en el volumen percibido.

Al ser una onda, el sonido también posee una frecuencia. La frecuencia es una magnitud que expresa la cantidad de repeticiones de un fenómeno cíclico que ocurre en un tiempo determinado. La importancia de la frecuencia radica en que esta determina la altura del sonido.

El período es el tiempo que le toma a la onda completar un ciclo. Por lo tanto, el período es el inverso de la frecuencia. 

De una manera similar, la longitud de onda es la distancia que la onda recorre en un período. Recordemos que la velocidad a la que viaja el sonido es independiente de la frecuencia. La velocidad de propagación es determinada por las condiciones del medio. Por lo tanto, frecuencias bajas tienen una longitud de onda grande, y viceversa.

Difracción y Reflexión

Cuando una onda de sonido se encuentra con un obstáculo, pueden ocurrir dos cosas: la onda rodeará el objeto o rebotará contra él. Lo que sucederá depende de la longitud de onda de la onda que se encuentra con el objeto. Si la longitud de onda es más grande que el obstáculo, la onda lo rodeará. A este fenómeno se le llama difracción. Si la longitud de onda es menor a las dimensiones del obstáculo, la onda rebotará contra este. Cuando sucede esto último, se generará una zona de sombra acústica detrás del objeto, de la misma manera que sucede cuando la luz es bloqueada por un objeto (Figura 14.23).

Figura 14.23: Difracción y reflexión

En espacios abiertos, no habrá superficies contra las que el sonido rebote, por lo que no habrá reflexiones. Por el contrario, en espacios cerrados sí habrá reflexiones. Por tanto, el tratamiento acústico de un espacio cerrado debe incluir las siguientes etapas:

Aislamiento: para impedir que el sonido emitido dentro del recinto salga de este, y que los sonidos externos ingresen.

Absorción: para absorber parte de la energía de las reflexiones, de tal modo que la reverberación del espacio sea menor.

Difusión: para que las reflexiones restantes sean distribuidas uniformemente en todo el espacio. Para la difusión de la energía acústica se utilizan superficies convexas. Las superficies cóncavas, por su parte, tienden a concentrar la energía en un solo punto.

Intensidad Sonora

La intensidad sonora se refiere a cuánta potencia P es transportada por una onda que cubre un área A (Figura 14.24). Por lo tanto, la unidad de intensidad es watt sobre metro cuadrado. Cuanto mayor sea la potencia, mayor será la intensidad. Cuanto mayor sea el área sobre la cual se distribuye una misma potencia, menor será la intensidad.

Figura 14.24: Intensidad sonora

Cuando una onda de sonido se propaga, alejándose de la fuente, cubre un área cada vez mayor. No obstante, la potencia sonora es constante. Por lo tanto, la intensidad sonora disminuirá progresivamente. Esto, en conjunto con la pérdida de energía por la fricción de las partículas de aire, es la razón por la que las ondas de sonido se atenúan a la distancia.

Fase

La interacción de fase entre dos o más ondas de sonido se da por la superposición de las ondas. Las partículas de aire no pueden moverse en dos direcciones a la vez. Por lo tanto, cuando dos o más ondas de sonido alcanzan una misma partícula de aire, se da una suma vectorial. La fuerza ejercida por cada onda son los vectores componentes. La partícula de aire se mueve según el vector resultante.

Decibel

El decibel es una unidad que expresa cambios en cualquier magnitud. La utilidad del decibel radica en que permite expresar cambios logaritmos de forma lineal. Cabe mencionar, que todas las magnitudes deben ser expresadas de manera proporcional a la potencia antes de poder obtener los decibeles.

Algunos de los tipos más comunes de decibeles son:

dB SPL: expresa cambios de presión acústica con respecto a un valor de referencia de 20 micropascales

dBV: expresa cambios de voltaje con respecto a un valor de referencia de 1V

dBu: expresa cambios de voltaje con respecto a un valor de referencia de 0.775V

dBm: expresa cambios de potencia eléctrica con respecto a un valor de referencia de 1mW

dBW: expresa cambios de potencia eléctrica con respecto a un valor de referencia de 1W