Qué es el sonido y cómo se produce

Toda la música que has escuchado en tu vida, desde un pianísimo de violín hasta un tutti de orquesta, se reduce a lo mismo: aire que se comprime y se expande cientos o miles de veces por segundo. Las variaciones son diminutas, mucho menores que las que notas en los oídos al subir un puerto de montaña, pero tu oído las capta y tu cerebro las convierte en notas, timbres y ritmos.

Pulsa los botones. Son tres sonidos puros, sin armónicos. Solo cambia la rapidez con la que vibra el aire:

▶ 110 veces por segundo (La2) ▶ 440 veces por segundo (La4) ▶ 1760 veces por segundo (La6)

Cuanto más rápida es la vibración, más aguda percibes la nota. En este artículo verás qué es exactamente el sonido, qué hace falta para que exista y cómo se forma a partir de un cuerpo que vibra.

¿Qué es el sonido?

La palabra «sonido» tiene dos sentidos, y conviene no mezclarlos:

• Sentido físico. El sonido es una onda mecánica: una perturbación que se propaga por un medio material (aire, agua, madera, metal) en forma de pequeñas variaciones de presión alrededor de la presión de reposo.
• Sentido perceptivo. El sonido es la sensación que esas variaciones producen en el oído y el cerebro. El oído humano joven y sano capta, aproximadamente, vibraciones entre 20 Hz y 20 000 Hz.

Por debajo de 20 Hz hablamos de infrasonidos y por encima de 20 000 Hz, de ultrasonidos. Son ondas del mismo tipo, pero no las oímos. Un perro o un murciélago sí perciben parte de esos ultrasonidos.

¿Cuánto varía la presión del aire?

La presión atmosférica al nivel del mar es de unos 101 325 Pa (pascales). Un sonido no la cambia de forma apreciable: solo la hace oscilar un poquito por encima y por debajo de ese valor. Mira los órdenes de magnitud:

Situación	Variación de presión (valor eficaz)	Fracción de la presión atmosférica
Umbral de audición a 1 kHz	0,000 02 Pa (20 µPa)	2 diezmilmillonésimas
Conversación a 1 m	≈ 0,02 Pa	2 diezmillonésimas
Orquesta en fortissimo, desde el patio de butacas	≈ 2 Pa	2 cienmilésimas
Umbral de dolor	≈ 20-60 Pa	menos de una milésima

Estas cifras explican por qué el oído es un sensor tan extraordinario y por qué, para manejar un rango tan grande, usamos una escala logarítmica: los decibelios.

¿Qué hace falta para que exista el sonido?

Para que se produzca y se perciba un sonido se necesitan tres elementos:

1. Un emisor o fuente: un cuerpo capaz de vibrar. En música, una cuerda, una columna de aire, una lengüeta, una membrana, una placa o los pliegues vocales.
2. Un medio elástico: sólido, líquido o gaseoso. Transmite la vibración de partícula a partícula. En la práctica musical casi siempre es el aire.
3. Un receptor: el oído, o un micrófono si lo que queremos es grabar.

Elemento	En un violín	En la voz	En una grabación
Emisor	Cuerda frotada + caja de resonancia	Pliegues vocales + tracto vocal	El instrumento
Medio	Aire de la sala	Aire	Aire
Receptor	Oído del público	Oído del oyente	Membrana del micrófono

El sonido no viaja por el vacío

Como el sonido es la vibración de las propias partículas del medio, sin medio no hay sonido. En el espacio exterior una explosión sería completamente silenciosa. Por eso los astronautas se comunican por radio: las ondas de radio son electromagnéticas y sí atraviesan el vacío.

¿Cómo se produce el sonido?

Todo sonido empieza con una vibración. Imagina la tapa de una guitarra que se mueve hacia fuera y hacia dentro:

1. Cuando la tapa avanza, empuja las partículas de aire que tiene delante y las apiña. Se forma una compresión: una zona con presión algo mayor que la atmosférica.
2. Cuando retrocede, deja un espacio con menos partículas. Se forma una rarefacción (o enrarecimiento): una zona con presión algo menor.
3. Cada capa de aire empuja a la siguiente, y así las compresiones y rarefacciones se alejan de la fuente a unos 343 m/s, la velocidad del sonido en el aire a 20 °C.

Lo importante es esto: las partículas no viajan con el sonido. Cada una oscila alrededor de su posición y vuelve a ella. Lo que avanza es la perturbación, y con ella, la energía. Es lo mismo que ocurre con un corcho que flota en un estanque: sube y baja al paso de las ondas, pero no se desplaza con ellas.

El origen del sonido en los instrumentos

Casi todos los instrumentos combinan dos partes:

• un vibrador, que genera la oscilación: la cuerda del violín, la lengüeta del oboe, los labios del trompetista, el parche del timbal;
• un resonador, que la amplifica y la transmite al aire con más eficacia: la caja del violín, el tubo del oboe o de la trompeta, la caldera del timbal.

Una cuerda sola, tensada entre dos puntos de apoyo rígidos, apenas mueve aire porque es muy fina. Por eso una guitarra eléctrica sin amplificar suena tan poco y una acústica, con su tapa de madera, llena una sala. Lo verás con detalle en la acústica de los instrumentos de cuerda y en los tubos sonoros.

Movimiento periódico: el sonido se repite

El cuerpo que produce un sonido musical no se mueve de cualquier manera: realiza un movimiento periódico. Es aquel en el que el cuerpo, a intervalos regulares de tiempo, pasa por el mismo punto y con el mismo sentido de movimiento. Son periódicos el movimiento de un péndulo, el de la Luna alrededor de la Tierra o el de una cuerda de guitarra.

De aquí salen dos magnitudes fundamentales:

• El periodo $T$ es el tiempo que tarda en completarse un ciclo. Se mide en segundos (s).
• La frecuencia $f$ es el número de ciclos por segundo. Se mide en hercios (Hz). Es la inversa del periodo:

$$f = \frac{1}{T} \qquad \text{y} \qquad T = \frac{1}{f}$$

Por ejemplo, el La4 del diapasón (440 Hz) repite su ciclo 440 veces cada segundo. Su periodo es $T = 1/440 \approx 0{,}002\,27$ s, es decir, 2,27 milisegundos. Profundizarás en estas magnitudes en Movimiento armónico simple: frecuencia, periodo y amplitud.

El movimiento vibratorio y sus tipos

Cuando un movimiento periódico es un vaivén alrededor de una posición de equilibrio, hablamos de movimiento vibratorio u oscilatorio. En acústica musical nos interesan las vibraciones rápidas: para oírlas deben repetirse al menos unas 20 veces por segundo.

Las vibraciones se clasifican de varias formas:

Criterio	Tipo	Qué significa	Ejemplo musical
Forma	Simple	Una sola frecuencia; su gráfica es una senoide	Diapasón, silbido suave
Forma	Compleja	Suma de varias frecuencias	Casi todos los instrumentos
Origen	Libre	El cuerpo vibra solo tras un impulso inicial, a sus frecuencias propias	Cuerda de arpa o de piano tras ser pulsada o percutida
Origen	Forzada	Vibra obligado por una fuerza periódica externa	Tapa del piano movida por las cuerdas
Energía	Amortiguada	Pierde energía y su amplitud decrece	Nota de guitarra que se apaga
Energía	Sostenida	Recibe energía continuamente	Nota tenida de violín, flauta u órgano
Dirección	Transversal	Las partículas vibran perpendiculares a la dirección de propagación	Cuerdas
Dirección	Longitudinal	Las partículas vibran en la dirección de propagación	Aire en un tubo, sonido en el aire

Un caso especial de vibración forzada es la resonancia: cuando la fuerza externa tiene la misma frecuencia que una de las frecuencias propias del cuerpo, este vibra con una amplitud muy grande. Es lo que ocurre cuando cantas una nota cerca de un piano con el pedal derecho pisado y alguna cuerda «responde», o con las cuerdas simpáticas del sitar o de la viola d’amore.

Del instrumento al oído: el recorrido completo

Sigue una nota de clarinete desde que nace hasta que la percibes:

1. El aire del instrumentista hace vibrar la lengüeta contra la boquilla.
2. Esa vibración pone en oscilación la columna de aire del tubo, que fija la frecuencia de la nota.
3. El tubo radia al aire de la sala compresiones y rarefacciones que viajan a unos 343 m/s.
4. Llegan al conducto auditivo y hacen vibrar el tímpano.
5. Los huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo) transmiten la vibración a la cóclea, donde las células ciliadas la convierten en impulsos nerviosos.
6. El cerebro interpreta esos impulsos como una nota con una altura, una intensidad, una duración y un timbre: las cualidades del sonido.

Ejercicios

Fuentes y bibliografía

• Olazábal, T. de. Acústica musical y organología. Buenos Aires: Ricordi.
• Roederer, J. G. (1997). Acústica y psicoacústica de la música. Buenos Aires: Ricordi.
• Rossing, T. D., Moore, F. R. y Wheeler, P. A. (2002). The Science of Sound (3.ª ed.). San Francisco: Addison-Wesley.
• Fletcher, N. H. y Rossing, T. D. (1998). The Physics of Musical Instruments (2.ª ed.). Nueva York: Springer.
• Boyle, R. (1660). New Experiments Physico-Mechanicall, Touching the Spring of the Air, and its Effects. Oxford.