Introducción al sonido, la frecuencia y el espectro acústico.

Antes de aprender sobre ultrasonido, es importante tener una introducción al sonido en sí. La mayoría de nosotros escuchamos multitud de sonidos diferentes cada minuto, pero pocos pueden explicar cómo funcionan todos en conjunto.

En pocas palabras, el sonido es la vibración de las moléculas de aire (¡Por eso no hay sonido en el espacio!). Cuando un objeto vibra, provoca el movimiento de las moléculas de aire a su alrededor. Estas moléculas chocan con las que están a su lado, y así sucesivamente. Esto crea una onda de vibraciones que viaja por el aire, y esto es lo que percibimos como sonido. El aire en sí no viaja completamente con la onda sonora. Más bien, cada molécula de aire se aleja de un punto de reposo, pero finalmente regresa a él. Cuando se crea el sonido, el proceso se puede dividir en 3 etapas:

1. La vibración de la fuente

2. Propagación de ondas (transferencia de energía a través de un medio, por ejemplo, moléculas de aire).

3. Detección biológica (tímpano)

Cuando oímos algo, nuestros oídos detectan las ondas de presión que se propagan por el aire. La frecuencia , que se mide en hercios (1 Hz = 1 oscilación por segundo), es el número de oscilaciones de presión por segundo que llegan al oído externo. Estas ondas entran en el oído externo y hacen vibrar el tímpano. Las ondas sonoras captadas por el oído externo se transmiten al oído interno, donde se generan señales eléctricas. Estas señales se llevan al cerebro, que las transforma en sonidos que podemos reconocer y oír.

El espectro acústico

El rango audible humano —el rango de frecuencias de los sonidos que podemos oír— es de 20 Hz a 20 kHz (20 000 Hz). La frecuencia está directamente relacionada con el tono , por lo que un sonido de 20 Hz tendría un tono extremadamente bajo (por ejemplo, un bajo profundo). Si bien el otro extremo del rango audible es técnicamente de 20 kHz, la mayoría de los adultos tienen dificultades para oír algo cercano a este valor. Incluso un silbido agudo tiene una frecuencia de tan solo 10 kHz. Los decibelios (dB) son otra medida principal del sonido. Sin embargo, mientras que la frecuencia y el tono se relacionan con las vibraciones por segundo, los decibelios son una medida independiente relacionada con la intensidad/volumen, o amplitud de la onda de presión. Como acabamos de revisar, el rango audible contiene ondas sonoras que podemos oír. Sin embargo, hay muchos sonidos en el mundo que no podemos oír. El espectro acústico se refiere al rango completo de frecuencias de ondas sonoras que pueden propagarse a través de un medio como vibraciones y ondas mecánicas. El espectro acústico se divide comúnmente en cuatro bandas principales de frecuencia:

• Infrasonido: Menos de 20 Hz. Demasiado bajo para que los humanos lo oigan, pero se puede sentir físicamente.

  • Por ejemplo, el estruendo de un volcán lejano o un terremoto.

• Sonido audible: de 20 Hz a 20 kHz. Considerado dentro del rango estándar de audición humana.

  • Por ejemplo, voces, música, coches, etc.

• Ultrasonido: de 20 kHz a al menos 100 kHz. Esto está muy por encima del rango de audición humana.

  • Por ejemplo, problemas de gas, eléctricos y mecánicos, ecolocalización animal.

• Hipersonido: 10^13 Hz (10.000.000.000.000 Hz).

  • La teoría clásica de las ondas acústicas comienza a fallar. Esto está muy por encima de nuestro ámbito de interés.

Frecuencia vs. Amplitud

Podríamos pensar que los sonidos fuera del rango audible no producen decibelios porque no los oímos. Sin embargo, recordemos que la frecuencia es el factor principal que determina si podemos oír o no. Los sonidos de todo el espectro acústico pueden producir decibelios. Es bien sabido que los sonidos fuertes pueden dañar la audición. Los conciertos, las explosiones y otros sonidos superiores a 90 dB generalmente se encuentran en la zona de riesgo por exposición prolongada. Sin embargo, acabamos de establecer que los sonidos en otros rangos acústicos (como el ultrasonido) también producen decibelios. Si bien no dañan la audición, estos sonidos pueden causar efectos adversos no audibles. Los sonidos en el rango de infrasonido pueden causar ansiedad o náuseas, y muchos sonidos ultrasónicos pueden causar dolores de cabeza, mareos y presión en los oídos. De hecho, el ultrasonido de amplitud extremadamente alta (~180 dB) puede causar daños graves en los órganos internos, y no oiríamos nada. Recordemos que la frecuencia, y los Hz correspondientes, no categorizan objetivamente lo que se puede oír. Los murciélagos pueden oír sonidos desde aproximadamente 1 kHz hasta más de 200 kHz. Su rango audible incluye el rango de ultrasonidos, mientras que el nuestro no. Los humanos debemos visualizar técnicas como la ecolocalización, mientras que los murciélagos y los delfines oyen las frecuencias ultrasónicas correspondientes.

¡Enhorabuena! ¡Has completado tu introducción al sonido, la frecuencia y el espectro acústico!