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¿Cúales son las características del Sonido? ► Episodio II: Altura y Frecuencia

Basta de "finito" y "grueso", "altos y bajos", "incisivos" y "llenitos"... Comencemos ya a llamar las cosas por su nombre: ¡Altura del sonido! Frecuencia. De eso se trata esta segunda parte del artículo de Acústica Básica.

♦│ACÚSTICA│Fundamentos│Basta de “finito” y “grueso”, “altos y bajos”,  “incisivos” y “llenitos”… Comencemos ya a llamar las cosas por su nombre: Altura e Intensidad del sonido… De eso se trata esta segunda parte del artículo de Acústica Básica.

Sugerencia: te recomendamos que como saberes previos conozcas la física básica del sonido, para que puedas comprender lo que trataremos en este artículo. Si quieres leer o saber si ya conoces esos saberes, te invitamos a nuestra lectura recomendada previa: ► ¿Qué es el Sonido?

Generalidades

Artículo de lectura previa recomendado: Es importante que comprendas el funcionamiento básico de la física del sonido para ir progresando en tus conocimientos. Te recomendamos o bien leer el artículo indicado en este link o constatar que ya conoces los saberes previos descriptos en el mismo[/box]El sonido como materia prima presenta una serie de características o parámetros específicos. Los mismos, aunque a efectos prácticos sean estudiados por separado, forman parte indivisible de un todo, y están siempre presentes en el evento sonoro. Aunque hablemos de diferentes conceptos como altura, intensidad o timbre, debemos recordar siempre que el oído humano solo decodifica dos magnitudes: Presión Sonora y Tiempo. Todos los demás conceptos que manejamos son convenientes, pero siempre están únicamente relacionados con esas dos variables físicas. Tomemos como ejemplo una guitarra. Los cuerpos que producen la vibración original son las cuerdas, que consisten en sí mismas cuerpos elásticos tensados, estan hechos de diferentes materiales, y también tienen diferente masa, diferentes longitudes y distintos gradientes de tensión. Si pudiéramos realizar un trazado (con un ociloscopio por ejemplo) de la manera de producir las vibraciones observaríamos una imagen como la que sigue:

 

En nuestro gráfico, en el eje horizontal representamos a la variable “Tiempo” y en el eje vertical a la variable “Presión Sonora. Si observamos, en el momento “A”, no existe el sonido, por lo tanto no hay alteraciones de la presión en el medio. En el momento “B” se ha producido un cambio importante, el evento sonoro ha hecho su aparición. A partir de “C” el sonido va evolucionando hasta desaparecer en el momento “D”. Si somos un poco detallistas veremos que las zonas destacadas en los recuadros “E”, constituyen patrones de alteración de la presión sonora. Y el esquema “E” se repite a lo largo del tiempo con una notable similitud. Esa repetición está constituida por una periodicidad de los modos de vibrar, concretamente definidos como: ciclos vibratorios, y se mide en cantidad de ciclos por segundo. (cps) o a menudo también llamados Hertzios (Hz). Recién explicábamos que hay un patrón de repetición a lo largo del tiempo, dentro de un mismo sonido musical.

Esa característica de repetición de ciclos de presion a lo largo del tiempo, se denomina Frecuencia del sonido. Ahora bien, la frecuencia está directamente ligada a la sensación auditiva de agudo-grave.

La altura del sonido

Observemos que pasa cuando comparamos dos sonidos diferentes (producidos por distintas cuerdas de nuestra guitarra): Sonido “A” correspondiente a la cuerda más grave de la guitarra (6ta. Cuerda)

 

Sonido “B” correspondiente a la cuerda 4 ta, pisando el segundo casillero para obtener un MI medio, en la guitarra (4 ta. Cuerda)

 

Y por último el sonido “C”, correspondiente a la cuerda más delgada de la guitarra, la primera cuerda, que también es un MI:

 

La cuantificación del parámetro “Altura”

Si comparamos el sonido “A” con el sonido “B” y con el sonido “C”, notaremos que el segundo es más agudo que el primero. Y el tercero aún más agudo.  Observemos que en un mismo instante de tiempo se producen distintas cantidades de ciclos vibratorios. Para el ejemplo, en el mismo lapso de tiempo, existen 5 ciclos en el sonido “A” , 10 ciclos en el sonido “B” y 20 ciclos en el sonido “C”. De lo observado se desprende que la cualidad de “Altura” de un sonido está ligada a la cantidad de ciclos vibratorios que se producen en un determinado lapso de tiempo. Cuanto más ciclos vibratorios tenga un sonido, más agudo resultará.
La manera más común de valorar esta medición se expresa en cps (ciclos por segundos), o Hz (Hertzios) indistintamente. Este concepto técnico se llama frecuencia (F). Algunos factores morfológicos que inciden sobre la misma son: longitud, masa, y elasticidad del cuerpo vibratorio. Cuando una cuerda es más larga que otra, o es más gruesa, posee mayor masa y por lo tanto resultan más lentos los ciclos de vibraciones (menos frecuencia). Por otra parte cuando una cuerda o parche están más tensos, hay una mayor tensión, la masa se encuentra estirada, es decir hay menos masa y los ciclos vibratorios se producen a una mayor velocidad. Al haber una mayor tensión esto implica menos masa por longitud, produciendo el mismo efecto de aumento de la frecuencia. El factor determinante para la frecuencia del sonido es sin duda LA MASA. La longitud, el espesor, la tensión son todos factores que modifican la cantidad de masa que está en vibración.

Ahora también vemos que hay un modo mensurable de decir ¿Cuan Agudo o Grave es un sonido?. Ya deja de ser una comparación relativa. Podemos decir con precisión: “El primer MI tiene 82,4 Hz, el segundo MI tiene 174,61 Hz y el tercer MI tiene 329,62 Hz”. Son múltiplos de exactamente el doble del primer sonido. ¿Curioso? ¡NO!. Física pura. A esta relación de frecuencia del doble, se lle llama RELACIÓN DE OCTAVA

 

¿Y cuantos sonidos puedo encontrar entre una frecuencia y su octava?. La respuesta es interesantemente sorprendente. ¡INFINITOS! El hecho de que los primitivos sistemas tonales, solo utilizaran siete notas diferentes para dividir esa distancia de frecuencias (De ahí el nombre de Octava cuando se llegaba a la frecuencia múltiplo que resultaba ser el doble o la mitad) y posteriormente hayamos divido la octava en doce porciones iguales, llamadas SEMITONOS. Es meramente arbitraria, y está basada en situaciones históricas y sociologicas que escapan al ámbito de este artículo. Pero te recomendamos la lectura del proceso de ponerle nombre a los sonidos:  ► ¿Como comprender las notas musicales?

   En profundidad: Longitud de Onda
Si medimos la distancia que existe entre los ciclos observaremos que están espaciados a intervalos regulares. El período (T) es el tiempo que le lleva a una molécula del medio, completar un ciclo. Entonces la F (frecuencia) se define como F= 1/ T. Frecuencia= Número de Oscilaciones por Segundo, Cuando el sonido viaja a traves de una región del medio (en su velocidad de propagación influida por la humedad y la temperatura) Se crean momentos en donde las diferentes moléculas están o bien más comprimidas o bien más rarefaccionadas. Esa distancia es la longitud de onda (L).  y se mide en metros. La unidad de medición de L es el metro (m) Expresa en la realidad la longitud que media en el espacio de los puntos de mayor compresión de la onda expansiva. (recordemos que las partículas del medio no se desplazan). Como la velocidad del sonido es constante, eso explica que longitudes de onda mas cortas lleguen en mayor cantidad al oído poseyendo entonces una frecuencia mayor, y viceversa. Ejemplo: >F = <L y a <F = >L

Umbrales de la audición humana para frecuencias

Cualquier estímulo que llegue a nosotros, solo será percibido si cae dentro de la franja de sensación de los órganos receptores que poseemos. No podemos visualizar los rayos Ultra Violetas porque simplemente no tenemos receptores sensoriales adecuados. La percepción del sonido, no constituye ninguna excepción. El estímulo mínimo que un órgano receptor necesita para reaccionar se denomina umbral mínimo y el estímulo máximo que el recepto puede captar se llama límite máximo. La franja que existe entre el umbral y el límite es el rango de percepción. Los límites pueden variar de acuerdo a la variación que existe entre los seres vivos considerados como especie y también puede variar sutilmente a través de los distintos individuos.

Para el ser humano, el rango de audición tiene tres ejes de análisis. En el caso del límite teórico, en cuanto a las frecuencias fluctúa aproximadamente entre 20 Hz y 22.000 Hz (22 KHz, -KiloHertzios-). En el caso de la media estadística biométrica, nos movemos la mayoría de los seres humanos fluctúa entre 40 Hz y 18.000 Hz. Y desde luego existe una escala personal e individual, que debe resolverse con un estudio llamado audiometría.  Todo lo que cae por fuera de ese rango, no será percibido. (en verdad ). Las frecuencias que estén por debajo de los 20 Hz se denominan subsónicas y las que estén por encima de 22 KHz, ultrasónicas.

Aquí puedes escuchar (tal vez no puedas escuchar todo) un barrido de frecuencias que va desde 20 Hz hasta 20.000 Hz.  O sea desde lo más grave que un humano puede en teoría oír, hasta lo más agudo.

Como ves, no hay pasos intermedios. Para los sonidos de la música durante muchos años hemos usado porciones de estas frecuencias. Determinados escalones, que han servido de acuerdo a la estética de cada cultura para la construcción de sus sistemas musicales. Pero desde punto de vista científico, son posibles todas las frecuencias intermedias.

Si observas con cuidado en las últimas páginas de tus aparatos de HI FI, podrás leer (en letra pequeña, seguramente) cual es “Frecuency Response” que tu sistema puede ofrecerte. Es decir, cuales frecuencias puede reproducir (o captar) con fidelidad. Observa esto cuidadosamente antes de elegir un equipo, un micrófono, etc. porque es uno de los factores importantes de la Alta Fidelidad.

Implicaciones del conocimiento de las frecuencias

Como veremos más adelante, las frecuencias que corresponden a las notas musicales, tienen que ver con las fundamentales. La fundamental de la frecuencia es la vibración básica del cuerpo elástico. En realidad los movimientos vibratorios son mucho más complejos dado que se generan ondas estacionarias en la vibración, produciendo lo que se llama armónicos. Las vibraciones armónicas tienen una importancia increíblemente radical en la percepción del sonido.

No tiene sentido mover potenciómetros sin ton ni son si realmente no comprendemos un poco acerca del fenómeno sonoro en sí mismo. No sólo tiene un aspecto técnico el manejo de la frecuencia. También es artístico. Cuando estamos haciendo un arreglo musical, estamos trabajando con una compleja paleta de frecuencias y armónicos. A. Diego Merlo

Por lo tanto conocer de frecuencias ya no es solo una cuestión de saber como se expresan en el lenguaje musical. También es una cuestión de timbre. En el proceso de colocación de micrófonos, en el proceso de las tomas de audio durante una grabación, en la mezcla, etc. Todo el tiempo estamos lidiando con frecuencias. Cuando queremos filtrar (Equalizador) algún tipo de armónico o realzar (filtrar todos los otros menos ése) debemos saber por donde comenzar a buscar. Y para eso nada mejor que pararse en la física del sonido. No tiene sentido mover potenciómetros sin ton ni son si realmente no comprendemos un poco acerca del fenómeno sonoro en sí mismo. No solo tiene un aspecto técnico el manejo de la frecuencia. También es artístico. Cuando estamos haciendo un arreglo musical, estamos trabajando con la creación de una compleja paleta de frecuencias, amplitudes, fases y armónicos. Cuando avances en tus estudios de armonía y orquestación te iras dando cuenta cuan importante son la teoría de los intervalos diferenciales o sub armónicos, y la preservación del límite de intervalos graves en la orquestación. Una tercera mayor puede sonar realmente buena en el registro central del piano, pero prueba bajarla dos o tres octavas… ¿Qué paso? , todo tu mundo de conocimientos acerca de la consonancia y disonancia, se desmorona. Por esa razón es que todos debemos comprender la ciencia del sonido. En la tabla que sigue podemos observar una serie de relaciones interesantes entre las fundamentales, los registros de los instrumentos musicales, y su relación con las frecuencias y subjetividades del oyente:

SI HACES CLICK EN ESTA IMAGEN, TE LLEVARÁ A UNA ILUSTRACIÓN INTERACTIVA EN DONDE PODEMOS OBSERVAR DETALLES INCREÍBLES ACERCA DE LOS RANGOS DE FRECUENCIAS DE CADA INSTRUMENTO MUSICAL, INCLUYENDO LAS VOCES. El link nos lleva a www.independentrecording.net

En el siguiente episodio nos pondremos a comprender el tema de la sonoridad, intensidad, amplitud y volumen del sonido. Te adelantamos algo, el oído no percibe con la misma sensación de sonoridad todas las frecuencias. En algunos casos, si algunas frecuencias no sobrepasan un nivel determinado, no son escuchadas. En la próxima entrega iremos viendo como se relacionan frecuencia y amplitud en curvas isofónicas.

Angel Diego Merlo

Haz click aquí para ver el ► Episodio III

Por ultimo quisiéramos compartir un video, que explica muy fácilmente y de manera didáctica, este y varios otros aspectos de la física del sonido


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"Música con computadoras" Diego Merlo
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Angel Diego Merlo

Diego Merlo es compositor, arreglador y director de orquesta. Con más de 30 años de experiencia docente en el tema, al frente del aula y como director. Técnico de sonido y Sound Designer para varias marcas internacionales. Periodista técnico con más de 900 páginas publicadas en medios gráficos. E incontables artículos publicados en formato digital. Ha resuelto más de 106 horas de post producción para cine y TV emitidas al aire. Ha participado en más de 70 conferencias y congresos nacionales e internacionales, como disertante,  sobre sus especialidades. Varios premios internacionales de composición. Es consultor de algunas universidades para la carrera de imagen y sonido. Quince años de experiencia como operador de Sonido En Espn.

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