Nuestra percepción del tono de un sonido y sus otras propiedades está determinada por las características de la onda acústica. Estas son las mismas características que son inherentes a cualquier onda mecánica, a saber, el período, la frecuencia y la amplitud de las oscilaciones. Las sensaciones subjetivas del sonido no dependen de la longitud y velocidad de la onda. En el artículo analizaremos la física del sonido. Tono y timbre: ¿cómo se determinan? ¿Por qué percibimos algunos sonidos tan fuertes y otros tan bajos? Las respuestas a estas y otras preguntas se darán en el artículo.
Paso
¿Qué determina la altura? Para entender esto, hagamos un experimento simple. Tomemos una regla larga flexible, preferiblemente de aluminio.
Presionémoslo contra la mesa, empujando el borde con fuerza. Golpeemos el borde libre de la regla con el dedo: temblará, pero su movimiento será silencioso. Ahora acerquemos la regla a nosotros, de modo que su parte más pequeña sobresalga más allá del borde de la encimera. golpeemos de nuevogobernante. Su borde vibrará mucho más rápido y con menor amplitud, y escucharemos un sonido característico. Llegamos a la conclusión de que para que se produzca el sonido, la frecuencia de oscilación debe tener al menos un cierto valor. El límite inferior del rango de frecuencia de audio es de 20 Hz y el límite superior es de 20 000 Hz.
Continuemos con el experimento. Acorte aún más el borde libre de la regla, vuelva a ponerla en movimiento. Se nota que el sonido ha cambiado, se ha vuelto más alto. ¿Qué muestra el experimento? Demuestra la dependencia del tono del sonido de la frecuencia y amplitud de las oscilaciones de su fuente.
Volumen del sonido
Para estudiar el volumen, usaremos un diapasón, una herramienta especial para estudiar las propiedades del sonido. Hay diapasones con diferentes longitudes de patas. Vibran cuando se golpean con un martillo. Los diapasones grandes oscilan más lentamente y producen un sonido bajo. Los pequeños vibran con frecuencia y difieren en el tono.
Golpeemos el diapasón y escuchemos. El sonido se debilita con el tiempo. ¿Por qué está pasando esto? El volumen del sonido se atenúa debido a una disminución en la amplitud de la oscilación de las patas del dispositivo. No vibran con tanta fuerza, lo que significa que la amplitud de las vibraciones de las moléculas de aire también disminuye. Cuanto más bajo sea, más silencioso será el sonido. Esta afirmación es cierta para sonidos de la misma frecuencia. Resulta que tanto el tono como el volumen del sonido dependen de la amplitud de la onda.
Percepción de sonidos de diferentes volúmenes
De lo anterior, parece que cuanto más fuerte es el sonido, más claroescuchamos, más cambios sutiles podemos percibir. Esto no es verdad. Si se hace que el cuerpo oscile con una amplitud muy grande, pero con una frecuencia baja, dicho sonido será difícilmente distinguible. El hecho es que en todo el rango de audibilidad (20-20 mil Hz), nuestro oído distingue mejor los sonidos alrededor de 1 kHz. El oído humano es más sensible a estas frecuencias. Tales sonidos nos parecen los más fuertes. Señales de advertencia, las sirenas se sintonizan exactamente a 1 kHz.
Nivel de volumen de diferentes sonidos
La tabla muestra los sonidos comunes y su intensidad en decibelios.
| Tipo de ruido | Nivel de volumen, dB |
| Respiración tranquila | 0 |
| Susurro, susurro de follaje | 10 |
| Tirando un reloj a 1 m de distancia | 30 |
| Conversación normal | 45 |
| Ruido en la tienda, conversación en la oficina | 55 |
| Sonido de la calle | 60 |
| Hablar en voz alta | 65 |
| Ruido de imprenta | 74 |
| Coche | 77 |
| Autobús | 80 |
| Máquina herramienta de ingeniería | 80 |
| Grito fuerte | 85 |
| Motocicleta con silenciador | 85 |
| Torno | 90 |
| Planta metalúrgica | 99 |
| Orquesta, vagón de metro | 100 |
| Estación de compresores | 100 |
| Motosierra | 105 |
| Helicóptero | 110 |
| Trueno | 120 |
| Motor a reacción | 120 |
| Remachado, corte de acero (este volumen es igual al umbral del dolor) | 130 |
| Avión en el lanzamiento | 130 |
| Lanzamiento de un cohete (causa una conmoción) | 145 |
| Sonido de una escopeta de mediano calibre cerca de la boca del cañón (causando heridas) | 150 |
| Avión supersónico (este volumen provoca lesiones y dolor) | 160 |
Timbre
El tono y el volumen del sonido están determinados, como descubrimos, por la frecuencia y la amplitud de la onda. El timbre es independiente de estas características. Tomemos dos fuentes de sonido del mismo tono para entender por qué tienen un timbre diferente.
El primer instrumento será un diapasón que suena a una frecuencia de 440 Hz (esta es la nota de la primera octava), el segundo, una flauta, el tercero, una guitarra. Con los instrumentos musicales, reproducimos la misma nota en la que suena el diapasón. Los tres tienen el mismo tono, pero aún suenan diferentes, difieren en el timbre. ¿Cuál es la razón? Se trata de las vibraciones de la onda de sonido. El movimiento que hace una onda acústica de sonidos complejos se llama oscilación no armónica. La onda en diferentes áreas oscila con diferente fuerza y frecuencia. Estos armónicos adicionales que difieren en volumen y tono se denominan armónicos.
No confundas tono y timbre. La física del sonido es tal que si“mezclar” otros más altos al sonido principal, obtenemos lo que se llama un timbre. Está determinado por el volumen y el número de sobretonos. La frecuencia de los armónicos es un múltiplo de la frecuencia del tono más bajo, es decir, es un número entero de veces mayor: 2, 3, 4, etc. El tono más bajo se llama tono principal, es el que determina el tono., y los sobretonos afectan el timbre.
Hay sonidos que no contienen armónicos, como un diapasón. Si representas el movimiento de su onda de sonido en un gráfico, obtienes una onda sinusoidal. Tales vibraciones se llaman armónicas. El diapasón emite solo el tono fundamental. Este sonido a menudo se llama aburrido, incoloro.
Cuando un sonido tiene muchos armónicos de alta frecuencia, se vuelve áspero. Los armónicos bajos le dan al sonido suavidad, aterciopelado. Cada instrumento musical, la voz tiene su propio conjunto de armónicos. Es la combinación del tono fundamental y los armónicos lo que da un sonido único, dota al sonido de un cierto timbre.
