El Sonido
Desde un punto de vista físico, el
sonido es una vibración que se propaga en un medio elástico (sólido, líquido o
gaseoso), cuando nos referimos al sonido audible por el oído humano, lo
definimos como una sensación percibida en el órgano del oído, producida por la
vibración que se propaga en un medio elástico en forma de ondas.
Para que se produzca un sonido es
necesaria la existencia de:
·
Un emisor o cuerpo vibrante.
·
Un medio elástico transmisor de esas vibraciones.
·
Un receptor que capte dichas vibraciones.
El sonido tiene
orígenes y características muy diferentes:
·
Fenómenos de
la naturaleza: Una gota que cae sobre una superficie, las hojas de los
árboles movidas por el viento, las olas del mar, etc.
·
Muchos
animales tienen la capacidad de producir sonido: el ladrido de
un perro, el canto de un pájaro, etc.
·
La voz
humana: una de las formas más complejas de comunicación en la que
se basa el lenguaje verbal.
·
Dispositivos
creados por el hombre también pueden producir sonido: el motor de un
coche, una explosión, etc.
·
Algunos
dispositivos han sido creados expresamente para la producción de un tipo de
sonido: el sonido de los instrumentos musicales.
LA AUDICIÓN
La audición es uno de los cinco sentidos
propios de los animales, con características particulares y diferenciadas en
cada especie. Este sentido supone procesos fisiológicos y psicológicos y se
relaciona con el equilibrio. Nos permite interpretar sonidos, y nos ayuda a
comunicarnos; el órgano receptor de este sentido es el oído.
Funcionamiento de la
audición
·
El sonido se canaliza en el conducto auditivo y provoca el
movimiento del tímpano.
·
El tímpano vibra con el sonido.
·
Las vibraciones del sonido se desplazan por la cadena de
huesecillos hasta la cóclea.
·
Las vibraciones del sonido hacen que el fluido de la cóclea se
mueva.
·
El movimiento de este fluido hace que las células ciliadas se
inclinen. Las células ciliadas producen señales neurales que son captadas por
el nervio auditivo. Las células ciliadas de un extremo de la cóclea envían
información de los sonidos graves, y las células ciliadas del otro extremo
envían información de los sonidos agudos.
·
El nervio auditivo envía las señales al cerebro, donde se
interpretan como sonidos.
Ondas sonoras y sonido
Las ondas sonoras: son ondas
mecánicas longitudinales: mecánicas porque necesitan un medio material para su
propagación y longitudinales porque las partículas del medio actúan en la misma
dirección en la que se propaga la onda. Ej: Si hacemos el vacío en una campana
de vidrio en la que hay un despertador sonando, a medida que va saliendo el
aire el sonido se va apagando hasta que desaparece del todo.
Pueden propagarse en medios sólidos,
líquidos y gaseosos.
La propagación de una onda sonora
consiste en sucesivas compresiones y dilataciones del medio de propagación,
producidas por un foco en movimiento vibratorio. Al paso de la onda el medio
experimenta variaciones periódicas de presión.
Como el sonido se propaga en forma de
ondas, tenemos que saber qué características tiene la onda sonora para ver cómo
se comporta.
·
Es una onda
mecánica.
Las ondas mecánicas no pueden
desplazarse en el vacío, necesitan hacerlo a través de un medio material (aire,
agua, cuerpo sólido). Además dicho medio debe ser elástico y no rígido para
permitir la transmisión del sonido.
·
Es una onda
longitudinal.
En las ondas longitudinales el
movimiento de las partículas se desplaza en la misma dirección que la onda.
·
Es una onda
tridimensional.
Son ondas que se propagan en tres
direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas
esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la
fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.
Sonido: Es la propagación de
la vibración de un cuerpo elástico en un medio material. Requiere fuente
emisora de ondas sonoras, un medio transmisor, y un receptor o detector de
sonidos.
Diremos que una onda mecánica
longitudinal es sonora cuando la percibimos como sonido a través de los oídos.
Esto ocurre cuando la frecuencia de oscilación está entre 16 y 20.000 Hz
(muchas personas comienzan a no oír a partir de 15.000 Hz).
Las frecuencias más bajas que las
audibles se llaman infrasonidos, y a las ondas que las producen ondas
infrasónicas. Las frecuencias más altas que las audibles se llaman ultrasonidos
y las ondas que las producen ondas ultrasónicas.
VELOCIDAD Y ENERGÍAS DEL SONIDO
Las partículas del medio se comprimen en las zonas de máxima amplitud de
la ondulación y se separan en las de mínima amplitud. Estas zonas se
denominan compresión y rarefacción.
La rapidez de propagación del sonido está relacionada con variables
físicas propias del material como la densidad, la temperatura, la elasticidad,
presión, salinidad, etc.
En el caso de medios gaseosos, como el aire, las vibraciones son
trasmitidas de un punto a otro mediante choques entre las partículas que
constituyen el gas. De este modo cuando mayor sea la densidad del gas, mayor
será la rapidez de la onda.
En los medios sólidos, son las fuerzas que unen entres sí las partículas
constitutivas del cuerpo las que se encargan de propagar la perturbación
de un punto a otro. Este procedimiento más directo explica por qué la
rapidez del sonido es mayor en los sólidos que en los gases.
La rapidez del sonido varía muy poco con la temperatura en los sólidos y
líquidos, sin embargo en los gases, aumenta con la temperatura porque se
incrementa la probabilidad de los choques entre las moléculas.
El alcance de una onda de sonido en un medio, está directamente con la
energía que absorbe y la rapidez específicamente en un sólido, se ve afectada
por la densidad y por la elasticidad.
A nivel molecular un material con alta elasticidad (rígido) se
caracteriza por grandes fuerzas entre sus moléculas. Esto hace que las
partículas vuelvan rápidamente a sus posiciones de equilibrio y estén
dispuestas a iniciar de nuevo un movimiento, lo que les permite vibrar a altas
velocidades. Por lo tanto, el sonido viaja más rápido a través de
medios con mayor elasticidad.
La densidad de un medio representa la
masa por unidad de volumen. Así mientras más denso es un material, mayor será
la masa de las moléculas, si se considera un mismo volumen, lo que implica que
el sonido se trasmite más lentamente. Esto se debe a que las ondas de
sonido trasportan energía, que es la responsable de la vibración de un medio, y
se necesita más energía para hacer vibrar las moléculas grandes que la
requerida para hacer vibrar moléculas más pequeñas. Por esto, el sonido viaja
más lento en un objeto más denso, si ambos tienen la misma propiedad
elasticidad.
ENERGÍA
DEL SONIDO
La energía sonora (o energía acústica) es la energía que
transmiten o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía
vibracional del foco sonoro y se propaga a las partículas del
medio que atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de
las partículas), y de energía potencial (cambios
depresión producidos en dicho medio, o presión sonora). Al irse
propagando el sonido a través del medio, la energía se transmite a la velocidad
de la onda, pero una parte de la energía sonora se disipa en forma
de energía térmica. La energía acústica suele tener valores absolutos
bajos, y su unidad de medida es el julio (J). Aunque puede
calcularse a partir de otras magnitudes como la intensidad sonora, también se
pueden calcular otras magnitudes relacionadas, como la densidad o el flujo de
energía acústica.
LAS ONDAS Y SUS
CARACTERÍSTICAS Y ELEMENTOS
En física, una onda es una
propagación de una perturbación de alguna propiedad de un medio, por ejemplo,
densidad, presión, campo eléctrico o campo magnético, que se propaga
a través del espacio transportando energía. El medio perturbado puede ser
de naturaleza diversa como aire, agua, un trozo de metal o el vacío.
ELEMENTOS DE UNA ONDA
Cresta: La cresta es el punto más
alto de dicha amplitud o punto máximo de saturación de la onda.
Período: El periodo es el tiempo que tarda
la onda en ir de un punto de máxima amplitud al siguiente.
Amplitud: La amplitud es la distancia
vertical entre una cresta y el punto medio de la onda. Nótese que pueden
existir ondas cuya amplitud sea variable, es decir, crezca o decrezca con el
paso del tiempo.
Frecuencia: Número de veces que es
repetida dicha vibración. En otras palabras, es una simple repetición de
valores por un período determinado.
Valle: Es el punto más bajo de una
onda.
Longitud de onda: Distancia que hay entre dos
crestas consecutivas de dicho tamaño.
Clasificación de las
ondas
En función del medio en el que se
propagan
Ondas mecánicas: las ondas mecánicas necesitan un
medio elástico (sólido, líquido ogaseoso)
para propagarse. Las partículas del
medio oscilan alrededor de un punto fijo, por lo que no existe transporte neto
de materia a través del medio. Como en el caso de una alfombra o un látigo cuyo
extremo se sacude, la alfombra no se desplaza, sin embargo una onda se propaga
a través de ella. La velocidad puede ser afectada por algunas características
del medio como: la homogeneidad, la elasticidad, la densidad y la temperatura.
Dentro de las ondas mecánicas tenemos las ondas elásticas, las ondas sonoras y
las ondas de gravedad.
Ondas
electromagnéticas: las
ondas electromagnéticas se propagan por el espacio sin
necesidad de un medio, pudiendo por lo tanto propagarse en el vacío.
Esto es debido a que las ondas electromagnéticas son producidas por las
oscilaciones de un campo eléctrico, en relación con un campo magnético
asociado. Las ondas electromagnéticas viajan aproximadamente a una velocidad de
300000 km por segundo, de acuerdo a la velocidad puede ser agrupado en rango de
frecuencia. Este ordenamiento es conocido como Espectro Electromagnético,
objeto que mide la frecuencia de las ondas.
Ondas gravitacionales: las ondas gravitacionales son
perturbaciones que alteran la geometría misma del espacio-tiempo y aunque
es común representarlas viajando en el vacío, técnicamente no podemos afirmar
que se desplacen por ningún espacio, sino que en sí mismas son alteraciones del
espacio-tiempo.
En función de su
propagación
Ondas
unidimensionales:
las ondas unidimensionales son aquellas que se propagan a lo largo de una sola
dirección del espacio, como las ondas en los muelles o en las cuerdas. Si la
onda se propaga en una dirección única, sus frentes de onda son planos y paralelos.
Ondas bidimensionales o
superficiales: son ondas que se propagan en dos direcciones. Pueden propagarse,
en cualquiera de las direcciones de una superficie, por ello, se denominan
también ondas superficiales. Un ejemplo son las ondas que se producen en una
superficie líquida en reposo cuando, por ejemplo, se deja caer una piedra en
ella.
Ondas tridimensionales o esféricas: son ondas que
se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también
como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que
salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones. El
sonido es una onda tridimensional. Son ondas tridimensionales las ondas sonoras
(mecánicas) y las ondas electromagnéticas.
En función de la
dirección de la perturbación
Ondas longitudinales: son aquellas que se caracterizan
porque las partículas del medio se mueven (ó vibran) paralelamente a la
dirección de propagación de la onda. Por ejemplo, un muelle que se comprime da
lugar a una onda longitudinal.
Ondas transversales: son aquellas que se caracterizan
porque las partículas del medio vibran perpendicularmente a la dirección de
propagación de la onda.
En función de su
periodicidad
Ondas periódicas: la
perturbación local que las origina se produce en ciclos repetitivos por ejemplo
una onda senoidal.
Ondas no periódicas: la
perturbación que las origina se da aisladamente o, en el caso de que se repita,
las perturbaciones sucesivas tienen características diferentes. Las ondas
aisladas también se denominan pulsos.
LOS INSTRUMENTOS MUSICALES:
La voz humana
La voz humana, por su timbre
característico, su flexibilidad y fácil emisión, es el instrumento más natural
que existe. Ha servido de modelo y base para la ordenación y formación de las
distintas familias instrumentales que constituyen el eje de la orquesta. Debido
a que la extensión de la voz se produce dentro de los límites del número de
vibraciones que mejor tolera el oido humano, hace que sea considerado un
instrumento muy agradable de oir.
La voz humana se forma al pasar el aire
de los pulmones por la laringe. Dicha laringe está compuesta
de un esqueleto cartilaginoso que permite el paso del aire, en cuyas paredes
internas hay dos repliegues llamados cuerdas vocales. Éstas,
para producir la voz, se acercan voluntariamente, haciendo más o menos pequeño
el espacio existente entre ellas. Este espacio recibe el nombre de glotis.
Al pasar el aire a través de las cuerdas vocales, éstas se ponen en vibración,
produciendo el sonido. Cuanto mayor sea la extensión de la glotis, más grave
será el sonido que se produzca; por el contrario, cuanto más corta sea, más
agudo será el sonido obtenido.
El timbre de la voz no se forma
solamente en la laringe, sino que es conducida a otros órganos como la boca y
la nariz, conformando el sonido final de la voz. Según donde se conduzca y
apoye la voz determinará la calidad tímbrica de la voz, y por ello, las
características únicas e irrepetibles en cada persona. Derivado de estas
transformaciones podemos obtener ciertos efectos como la voz de
falsete: dicha voz se produce cuando el aire pasa sólo por la mitad de
la glotis, produciéndose un sonido a una octava alta de la voz natural. También
podemos conseguir el vibrato, obtenido mediante la variación
intermitente del aire; o el portamento, que consiste en el
deslizamiento de los sonidos de una forma pronunciada y a veces excesiva.
Dentro de los elementos que originan la
voz, podemos destacar los siguientes:
·
Aparato respiratorio: es el lugar donde se almacena y circula el
aire; está formado por la nariz, la tráquea, los pulmones y el diafragma.
·
Aparato de fonación: es el lugar donde se produce el sonido al
pasar el aire a través de las cuerdas vocales; está formado por la laringe y
las cuerdas vocales.
·
Aparato resonador: es el lugar donde el sonido producido
adquiere su timbre característico; está formado por el paladar, los senos
maxilares y frontales y la faringe.
·
Mecanismos principales: los mecanismos que producen la voz son
la inspiración, es decir, cuando el aire es retenido por los
pulmones y expulsado y dosificado para producir el sonido; y la espiración,
o sea, cuando expulsamos el aire haciéndolo pasar a través de las cuerdas
vocales y de los distintos aparatos resonadores.
BIOFÍSICA DE LA PERCEPCIÓN AUDITIVA.
Comencemos por algunas consideraciones anatómicas básicas: El sistema auditivo periférico
está compuesto por el oído externo, el oído medio y el oído interno.
OÍDO EXTERNO.-
El oído externo está compuesto por el pabellón, que concentra
las ondas sonoras en el conducto, y el conducto auditivo externo que desemboca
en el tímpano. El canal auditivo externo tiene unos 2,7 cm de longitud y un
diámetro promedio de 0,7 cm. Por sus características anatómicas éste tiene una
frecuencia de resonancia natural entre los 4.500 Hz y los 5.000 Hz.
OIDO MEDIO
El oído medio está
lleno de aire y está compuesto por el tímpano (que separa el oído medio), los
osículos (martillo, yunque y estribo) y la trompa de Eustaquio
El tímpano es una
membrana que es expuesta en movimiento por la onda que la alcanza. Sólo una
parte de la onda que llega al tímpano es absorbida, la otra es reflejada. Se
llama impedancia acústica a esa tendencia del sistema auditivo a oponerse al
pasaje del sonido. Su magnitud depende de la masa y elasticidad del tímpano y
de los osículos y la resistencia friccional que ofrecen.
Los oscículos
(martillo, yunque y estribo) tienen como función transmitir el movimiento del
tímpano al oído interno a través de la membrana conocida como ventana oval.
Dado que el oído interno está lleno de material líquido, mientras que el oído
medio está lleno de aire, debe resolverse un desajuste de impedancias que se
produce siempre que una onda pasa de un medio gaseoso a uno líquido. En el
pasaje del aire al agua en general sólo el 0,1% de la energía de la onda
penetra el agua, mientras que el 99,9% de la misma es reflejada. En el caso del
oído ello significaría una pérdida de transmisión de unos 30 dB. El oído
interno resuelve este desajuste de la impedancias de dos vías complementarias
·
En primer lugar la disminución de la superficie en la que se
concentra el movimiento. EL tímpano tiene un área `promedio de 69 mm2, pero el
área vibrante afectiva es de unos 43 mm2. El pie del estribo, que empuja la
ventana oval poniendo en movimiento el material líquido contenido en el oído
interno, tiene un área de 3,2 mm2. La presión se incrementa en
consecuencia en unas 13,5 veces.
·
Por otra parte el martillo y el yunque funcionan como un
mecanismo de palanca y la relación entre ambos brazos de la palanca es de 1,31:
1. la ganancia mecánica de este mecanismo de palanca es entonces de 1,3 de lo
que hace que el incremento total de presión sea de unas 17,4 veces
El valor definitivo
va a depender del área real de vibración de tímpano. Además, los valores pueden
ser superiores para frecuencias entre los 2.000 Hz y los 5.000 Hz, debido a las
resonancia del canal auditivo externo. En general el oído externo y el tímpano
se produce una amplificación de entre 5 dB y 10 dB en las frecuencias
comprendidas entre los 2.000 Hz y los 5.000 Hz, lo que contribuye de manera
fundamental para la zona de frecuencias a la que nuestro sistema auditivo es
más sensible.
Los músculos del oído
interno (tensor de tímpano y stapedius) pueden influir sobre la transmisión el
sonido entre el oído medio y el interno. Como su nombre lo indica, el tensor
del tímpano tensa la membrana timpánica aumentando su rigidez, produciendo en
consecuencia una mayor resistencia a la oscilación al ser alcanzada por las
variaciones de presión del aire.
El stapedius separa
el estribo de la ventana oval, reduciendo la eficacia en la transmisión del
movimiento. En general responde como reflejo, en lo que se conoce como reflejo
acústico o reflejo timpánico. Ambos músculos cumplen una función primordial de
protección, especialmente frente a sonidos de gran intensidad. Lamentablemente
esta acción no es instantánea de manera que no protegen a nuestro sistema
auditivo ante sonidos repentinos de muy alta intensidad, como pueden ser los
estallidos o impulsos. Además se fatigan muy rápidamente y pierden eficiencia
cuando nos encontramos expuestos por largo rato a sonidos de alta intensidad.
Audiómetro
Equipo eléctrico que sirve para medir y evaluar la audición tanto a
nivel umbral como supra umbral, permite explorar las posibilidades
audiométricas a través del área auditiva. Pueden producir intensidades desde 10
hasta 110 o 120 dBs y cubren desde el tono 128 hasta el 16 000 Hz, mediante un
potenciómetro graduado de 5 en 5 dBs. Se utiliza para realizar pruebas
audiométricas. Permite determinar el nivel auditivo de un paciente en cada uno
de sus oídos.
Pruebas que se realizan con este equipo
·
Umbrales (Limen o umbral mínimo de
audibilidad, comodidad, conducción aérea y ósea, disconfort o algiacusia)
·
Test de S.IS.I.
·
Test de Fowler
·
Test de la palabra
·
Deterioro tonal
·
Test de Lombard
·
Acufenometría.
Funcionamiento
El funcionamiento de este aparato consiste básicamente en:
1. Un generador de frecuencias de sonido; este instrumento emite tonos
puros, sonidos que el ser humano no está acostumbrado a escuchar, ya que no
existen como tal en la vida diaria. El sonido es emitido en las frecuencias 125
- 250 - 500 - 1000 - 2000 - 3000 - 4000 - 6000 y 8000 Hz para la vía aérea y
250 - 500 - 1000 - 2000 y 4000 para la vía ósea.
3. Un potenciométro que genera intensidades que van de 0 a 110 dB, en
una escala progresiva descendente o ascendente, de 5 en 5 dB.
4. Un generador de ruidos enmascarantes, ruido blanco o ruido Gaussiano,
con la finalidad de evitar la transmisión transcraneal del sonido de un oído a
otro.
5. Un vibrador óseo para el estudio de la audición ósea.
6. Un micrófono para comunicarse con el paciente y realizar la
discriminación de la palabra.
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