Introducción

El sonido forma parte de nuestra vida cotidiana: conversaciones, música, tráfico, maquinaria, ventiladores o sistemas de climatización. Desde el punto de vista físico, sin embargo, el sonido no es simplemente una sensación auditiva. Es una onda mecánica producida por una vibración y transmitida a través de un medio.

Para generar sonido se necesita una fuente vibratoria, mientras que su propagación requiere un medio como aire, líquido o un sólido. Cuando estas vibraciones llegan al oído humano o a un instrumento de medición acústica, pueden percibirse o medirse.

Comprender estos principios es fundamental para estudiar conceptos como presión acústica, nivel de presión sonora, frecuencia, decibelios y medición de ruido.

Puntos clave

● El sonido se produce generalmente mediante vibraciones mecánicas.
● Es una onda mecánica y necesita un medio para propagarse.
● En el aire, se propaga principalmente como una onda longitudinal de presión.
● Puede viajar a través de gases, líquidos y sólidos, pero no a través del vacío.
● La frecuencia está relacionada principalmente con el tono, mientras que la amplitud de vibración y la presión acústica influyen en el nivel sonoro.
● La velocidad del sonido depende del medio de propagación y de su estado físico.
● Un sonómetro detecta las variaciones de presión del aire causadas por el sonido y las convierte en señales eléctricas que pueden procesarse y medirse.

¿Qué es el sonido?

Desde el punto de vista físico, el sonido es una onda mecánica producida por una vibración y transmitida a través de un medio elástico.

Por ejemplo, cuando el diafragma de un altavoz se mueve hacia delante y hacia atrás, desplaza las moléculas de aire próximas. Esto crea alternativamente zonas de compresión y rarefacción que se propagan hacia el exterior en forma de ondas sonoras.

Cuando estas ondas alcanzan el oído, las variaciones de presión hacen vibrar el tímpano. El sistema auditivo transforma posteriormente estas vibraciones en señales nerviosas que dan lugar a la percepción del sonido.

El proceso básico puede resumirse así:

Fuente sonora vibrante → propagación de una perturbación a través del medio → percepción o detección por un receptor

El receptor puede ser el oído humano, un micrófono, un sonómetro u otro instrumento acústico.

¿Cómo se produce el sonido?

La condición fundamental para producir sonido es la vibración.

Cuando un objeto vibra mecánicamente a una determinada frecuencia, provoca movimientos en las partículas del medio circundante.

Por ejemplo:

● Las cuerdas vocales vibran al hablar.
● El diafragma de un altavoz se mueve hacia delante y hacia atrás.
● Un motor puede generar vibraciones en el rotor, los rodamientos, el eje o la carcasa.
● Una placa metálica vibra después de recibir un impacto.
● Una cuerda de guitarra vibra después de ser pulsada.

Para que el sonido pueda propagarse, estas vibraciones deben transferirse a un medio como el aire, el agua o una estructura sólida.

Cuando el diafragma de un altavoz avanza, comprime el aire situado delante de él. Cuando retrocede, la presión local disminuye. La repetición de este movimiento genera variaciones continuas de presión que forman una onda sonora.

¿Cómo se propaga el sonido?

La propagación del sonido no significa que las moléculas de aire viajen directamente desde la fuente hasta el oyente. En realidad, la vibración y la energía se transmiten progresivamente a través del medio.

En el aire, las partículas próximas a la fuente comienzan a oscilar alrededor de su posición de equilibrio. Su movimiento afecta a las partículas vecinas y permite que la variación de presión avance.

Las partículas individuales solo realizan pequeños desplazamientos, mientras que la onda sonora continúa propagándose.

El proceso puede resumirse de la siguiente manera:

● La fuente sonora hace vibrar las partículas próximas.
● Estas partículas transmiten la perturbación a las partículas vecinas.
● Las variaciones de presión y la energía acústica se propagan.
● La onda sonora llega finalmente al oído o a un micrófono.

¿Por qué el sonido en el aire es una onda longitudinal?

Cuando el sonido se propaga por el aire, las partículas de aire vibran principalmente en una dirección paralela a la dirección de propagación de la onda. Por ello, el sonido aéreo se considera una onda longitudinal.

Cuando la fuente sonora se desplaza hacia delante, comprime el aire cercano y genera una zona de mayor presión. Cuando retrocede, produce una zona de menor presión.

Estas regiones de compresión y rarefacción se alternan y avanzan por el aire formando la onda sonora.

Por tanto, la propagación del sonido implica variaciones continuas de presión.

Estas pequeñas variaciones se denominan presión acústica.

Los micrófonos y sonómetros detectan precisamente estas variaciones.

¿Por qué el sonido necesita un medio para propagarse?

Como el sonido es una onda mecánica, su propagación depende de la interacción entre las partículas de un medio.

Los medios más habituales son:

● Gases: el aire es el medio más común en la transmisión sonora cotidiana.
● Líquidos: el sonido puede propagarse a través del agua y otros líquidos.
● Sólidos: metales, hormigón, madera y estructuras de edificios pueden transmitir vibraciones mecánicas.

La densidad, la elasticidad y la estructura interna de cada medio influyen en la velocidad del sonido, su atenuación y sus características de transmisión.

En los sólidos, la propagación puede ser más compleja y, dependiendo del material y de la estructura, pueden existir ondas longitudinales, transversales y otros modos de vibración.

¿Puede propagarse el sonido en el vacío?

No.

En el vacío no existen suficientes partículas capaces de transmitir vibraciones mecánicas. Por este motivo, las ondas sonoras convencionales no pueden propagarse.

La luz funciona de forma diferente. Es una onda electromagnética y no necesita un medio material, mientras que el sonido sí depende de la interacción mecánica entre partículas.

Por tanto, aunque un objeto vibre en un vacío completo, no transmitirá sonido aéreo salvo que la vibración se transfiera mediante otro medio, por ejemplo una estructura sólida.

¿A través de qué medios puede propagarse el sonido?

El sonido puede propagarse a través de gases, líquidos y sólidos, aunque sus características de transmisión varían considerablemente.

El aire es el medio más habitual para la audición humana y la medición del ruido ambiental. El ruido de maquinaria, tráfico u oficinas suele transmitirse a través del aire antes de llegar al oído o al micrófono de medición.

Los líquidos también transmiten sonido. Los sistemas de sonar, por ejemplo, utilizan ondas acústicas en el agua para detectar y localizar objetos.

Los sólidos pueden transmitir vibraciones de forma muy eficaz. Las vibraciones de una máquina pueden propagarse a través de bases, tuberías, paredes, suelos y estructuras de edificios. Este fenómeno se asocia habitualmente al ruido estructural o a la transmisión de vibraciones por estructuras.

Por esta razón, un análisis profesional del ruido puede requerir considerar tanto el sonido aéreo como las vibraciones transmitidas por estructuras.

¿Qué determina el tono de un sonido?

El tono depende principalmente de la frecuencia.

La frecuencia indica el número de ciclos periódicos que se producen por segundo y se expresa en hercios (Hz).

Por ejemplo:

● 100 Hz representan aproximadamente 100 ciclos por segundo.
● 1.000 Hz representan aproximadamente 1.000 ciclos por segundo.
● 10.000 Hz representan aproximadamente 10.000 ciclos por segundo.

En general, las frecuencias bajas se perciben como sonidos graves, mientras que las frecuencias altas se perciben como sonidos agudos.

El rango auditivo humano suele considerarse aproximadamente entre 20 Hz y 20 kHz, aunque puede variar según la edad, la persona y su capacidad auditiva.

Los sonidos situados por debajo del rango auditivo típico se denominan infrasonidos, mientras que los situados por encima se denominan ultrasonidos.

¿Qué determina la intensidad de un sonido?

La intensidad percibida y medida de un sonido depende de factores como la amplitud de vibración de la fuente, la distancia, las condiciones acústicas y la presión acústica en el punto de recepción.

Una vibración más intensa suele producir mayores variaciones de presión en el medio.

Sin embargo, el nivel sonoro real también depende de otros factores:

● Distancia a la fuente sonora;
● Reflexiones en paredes y suelos;
● Obstáculos;
● Materiales absorbentes;
● Absorción atmosférica;
● Superposición de varias fuentes sonoras;
● Posición y orientación del punto de medición.

Por ello, una misma fuente puede producir valores de medición significativamente distintos dependiendo de la ubicación.

En acústica práctica, el nivel de presión sonora (SPL) se utiliza habitualmente para expresar el nivel sonoro en una posición determinada y se indica en decibelios (dB).

¿Qué es la longitud de onda del sonido?

La longitud de onda es un parámetro que describe una característica espacial de la onda sonora y se representa mediante λ.

La relación entre frecuencia, longitud de onda y velocidad del sonido es:

Velocidad del sonido = Frecuencia × Longitud de onda

o bien:

c = f × λ

donde:

● c es la velocidad del sonido;
● f es la frecuencia;
● λ es la longitud de onda.

En el mismo medio y bajo condiciones similares, una frecuencia mayor corresponde a una longitud de onda menor, mientras que una frecuencia menor corresponde a una longitud de onda mayor.

La longitud de onda influye en fenómenos como la difracción, la reflexión y la distribución espacial del sonido. Por ello, es importante en control del ruido, acústica de edificios y análisis de ruido de maquinaria.

¿A qué velocidad se propaga el sonido?

La velocidad del sonido no es igual en todos los entornos. Depende del medio de propagación y de su estado físico.

En aire a temperatura ambiente, la velocidad del sonido es de aproximadamente 343 m/s, aunque cambia con la temperatura y otras condiciones ambientales.

En general, la velocidad del sonido en el aire aumenta cuando aumenta la temperatura.

El sonido suele propagarse más rápidamente en el agua y en muchos materiales sólidos que en el aire. El valor exacto depende de propiedades como la densidad y la elasticidad.

Por ello, en análisis acústicos de precisión no debe considerarse la velocidad del sonido como una constante universal.

¿Por qué el sonido se debilita al propagarse?

El nivel sonoro suele disminuir a medida que aumenta la distancia respecto a la fuente. Este fenómeno se conoce como atenuación acústica.

Existen varios mecanismos responsables de esta reducción:

● La energía sonora se distribuye sobre una superficie cada vez mayor.
● El aire absorbe parte de la energía acústica.
● Paredes, máquinas, muebles y otros objetos absorben, reflejan o dispersan el sonido.
● Las distintas frecuencias presentan diferentes niveles de atenuación.
● El suelo, los edificios y las condiciones ambientales pueden modificar la trayectoria de propagación.

Por tanto, el nivel de presión sonora suele disminuir con la distancia, aunque en espacios cerrados o entornos industriales complejos las reflexiones pueden modificar significativamente este comportamiento.

¿Qué ocurre cuando el sonido encuentra un objeto?

Cuando una onda sonora alcanza una pared, una máquina, un suelo u otro objeto, pueden producirse varios fenómenos.

● Reflexión: parte del sonido rebota en la superficie.
● Absorción: parte de la energía acústica es absorbida por el material.
● Transmisión: parte del sonido atraviesa el material.
● Difracción: el sonido puede rodear bordes y obstáculos.
● Dispersión: las superficies irregulares pueden redirigir el sonido en múltiples direcciones.

El comportamiento también depende de la frecuencia.

Los materiales porosos suelen absorber bien las frecuencias medias y altas, mientras que el ruido de baja frecuencia suele ser más difícil de controlar mediante tratamientos absorbentes simples.

Estos fenómenos constituyen principios fundamentales de la acústica arquitectónica y del control del ruido industrial.

¿Qué sucede entre la fuente sonora y el oído humano?

Una transmisión sonora completa puede dividirse en varias etapas.

● La fuente vibra: por ejemplo, un motor, un altavoz, las cuerdas vocales o un componente mecánico.
● La vibración actúa sobre el medio: se ponen en movimiento las partículas del aire u otro medio.
● Se forma una onda sonora: aparecen variaciones de presión o perturbaciones mecánicas.
● La onda se propaga: la energía acústica se transmite a través del medio.
● La onda alcanza el oído: las variaciones de presión hacen vibrar el tímpano.
● El sistema auditivo procesa la señal: se interpretan características como tono, nivel y timbre.

Los instrumentos de medición acústica funcionan de manera similar, aunque utilizan un micrófono en lugar del oído humano.

¿Cuál es la diferencia entre sonido y ruido?

Desde el punto de vista físico, sonido y ruido no son fenómenos fundamentalmente diferentes. Ambos están formados por ondas acústicas.

“Sonido” es un término neutral, mientras que “ruido” suele emplearse para describir un sonido no deseado, molesto o potencialmente perjudicial.

El sonido generado por una máquina continúa siendo físicamente una onda sonora. Sin embargo, en un entorno de trabajo puede considerarse ruido si su nivel es elevado o si la exposición es prolongada.

La evaluación del ruido puede tener en cuenta:

● Nivel de presión sonora;
● Características de frecuencia;
● Duración;
● Variación temporal;
● Tiempo de exposición;
● Entorno de medición.

Por esta razón, la evaluación profesional del ruido no debe basarse únicamente en la percepción subjetiva, sino en mediciones acústicas adecuadas.

¿Cómo mide el sonido un sonómetro?

Un sonómetro detecta las variaciones de presión del aire causadas por el sonido y las convierte en señales eléctricas medibles.

Una cadena de medición típica puede expresarse como:

Sonido → Micrófono → Señal eléctrica → Procesamiento de señal → Cálculo del nivel sonoro → Visualización

El micrófono es el principal elemento de entrada acústica. Cuando una onda sonora llega al micrófono, las variaciones de presión actúan sobre su elemento sensible y generan una señal eléctrica correspondiente.

El instrumento procesa posteriormente esa señal mediante amplificación, ponderación de frecuencia, ponderación temporal y procesamiento digital antes de mostrar resultados, normalmente en dB.

Comprender la generación del sonido, su propagación y la presión acústica es, por tanto, fundamental para entender el funcionamiento de un sonómetro.

FAQ

¿El sonido siempre se produce mediante una vibración?
En acústica clásica, el sonido procede de una vibración o perturbación mecánica que genera variaciones de presión o movimiento capaces de propagarse por un medio.

¿Por qué no se oye sonido convencional en el espacio?
Porque el espacio se aproxima al vacío y no contiene suficientes partículas para transmitir vibraciones mecánicas.

¿Puede propagarse el sonido bajo el agua?
Sí. El agua transmite variaciones de presión mecánica y permite la propagación de ondas sonoras.

¿Puede atravesar el sonido una pared?
Sí. La pared puede vibrar y transmitir esa vibración hasta el otro lado, donde puede volver a generar sonido aéreo.

¿Una frecuencia más alta significa siempre un sonido más fuerte?
No. La frecuencia está principalmente relacionada con el tono. El nivel sonoro depende de la presión acústica y de otros factores.

¿El nivel sonoro siempre disminuye al aumentar la distancia?
Generalmente sí, pero las reflexiones, la absorción, los obstáculos, la directividad de la fuente y la presencia de varias fuentes pueden modificar el resultado.

¿Un sonómetro mide directamente los decibelios?
Más exactamente, el micrófono detecta primero variaciones de presión. El instrumento procesa posteriormente la señal y calcula magnitudes acústicas como el nivel de presión sonora, que se muestran en dB.

Conclusión

El sonido es una onda mecánica generada por una vibración o perturbación mecánica y transmitida a través de un medio como el aire, un líquido o un sólido. En el aire, las vibraciones generan variaciones sucesivas de presión que transportan energía acústica.

Entre sus principales características se encuentran la frecuencia, la longitud de onda, la presión acústica y la velocidad de propagación. La frecuencia está estrechamente relacionada con el tono, mientras que la presión acústica constituye una magnitud fundamental para la medición sonora.

Como el sonido necesita un medio material, no puede propagarse en el vacío. Además, durante su propagación se ve afectado por la distancia, la absorción, la reflexión, la difracción, los obstáculos y las características del entorno.

Un sonómetro utiliza un micrófono para detectar las variaciones de presión del aire y convertirlas en señales eléctricas que posteriormente se procesan para obtener niveles acústicos cuantificables.