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Características físicas y características percibidas del sonido. Sonoridad,
tonalidad y timbre. Percepción de sonidos complejos.
Desde un punto de vista físico, el sonido, o las ondas sonoras, puede definirse como ondas de presión mecánica producidas por el cambio o desplazamiento de las moléculas de un medio elástico (como el aire) cuando una fuente sonora vibra. Se producen cambios de presión en el medio a través de dos procesos: compresión o condensación (cuando aumenta la presión) y enrarecimiento o rarefacción (cuando disminuye la presión). La diferencia de presión con respecto a la presión normal del medio, o nivel de presión sonora, se denomina intensidad del sonido. El número de veces que la fuente sonora vibra por unidad de tiempo se denomina frecuencia del sonido. Por último, si un sonido solo contiene una única frecuencia, o componente de frecuencia, se trata de un tono puro, pero si un sonido contiene varias frecuencias, o componentes de frecuencias, se trata de un sonido complejo.
La intensidad, amplitud o nivel de presión de la onda sonora habitualmente se mide en decibelios (dB) y es la característica física más directamente asociada a la característica percibida del volumen o sonoridad (magnitud de la sensación auditiva), aunque en la percepción del volumen (o sonoridad) influyen otros factores, además de la intensidad del sonido, tales como la frecuencia, la complejidad, la duración, el enmascaramiento, la presentación (biaural/monoaural), la adaptación auditiva, el ruido de fondo y la fatiga auditiva, entre otros.
La frecuencia de la onda sonora habitualmente se mide en hertzios (Hz) y es la característica física más directamente asociada a la característica percibida de la tonalidad o altura tonal (grave-agudo, o la sensación auditiva en función de la cual los sonidos pueden ordenarse en una escala musical), aunque en la percepción de la tonalidad influyen otros factores, además de la frecuencia del sonido, tales como la intensidad y la complejidad, entre otros.
La complejidad de la onda sonora, que viene dada por la cantidad de componentes de frecuencia que contiene, es uno de los principales factores que influye en el timbre percibido del sonido (la cualidad distintiva de un sonido complejo, que permite distinguirlo de otros, aun presentando la misma intensidad, altura y duración), aunque en el timbre también intervienen otros factores, como se verá después.
Vamos a exponer brevemente los principales factores que influyen en cada una de estas características percibidas del sonido: sonoridad o volumen, tonalidad o altura tonal y timbre.
En cuanto a los factores que influyen en la sonoridad (o volumen percibido) de un sonido -y, por tanto, también en la sensibilidad (d’) auditiva (detección de estímulos sonoros de baja intensidad)-, el parámetro físico más importante es la intensidad o amplitud. A mayor intensidad, mayor sonoridad (sonido fuerte) y a menor intensidad, menor sonoridad (sonido débil). En concreto, conforme aumenta la intensidad de un sonido (en dB), la sonoridad lo hace de forma
mayor (o más rápida), según la ley de Stevens que, en este caso, presenta un exponente mayor que
Por otro lado, la frecuencia es un parámetro físico que también influye de manera importante en la sonoridad o volumen percibido. Así, nuestra sensibilidad máxima (umbral mínimo) es para el rango de frecuencias sonoras comprendidas entre 1000 y 5000 Hz (donde se encuentra el sonido de la voz humana), especialmente en torno a 3000 Hz. En este rango de frecuencias se requiere la intensidad más baja para igualar la sonoridad o volumen percibido de cualquier otro sonido que estuviera fuera de este rango, el cual requeriría una intensidad mayor. La relación entre intensidad (en dB), frecuencia (en Hz) y sonoridad percibida (en sonos o fones) se representa gráficamente mediante los contornos equisonoros o curvas de igual sonoridad (curvas de audibilidad o isofónicas) de Fletcher-Munson. En los contornos equisonoros, todos los puntos de una misma curva o contorno representan tonos puros – de diferente intensidad y frecuencia- que se oyen con la misma sonoridad percibida.
También la complejidad de la onda sonora influye en la sonoridad o volumen percibido. Así, cuanto mayor es el ancho de banda de un sonido complejo, mayor será su sonoridad o volumen percibido (manteniendo la intensidad constante), siendo el ancho de banda la diferencia entre la frecuencia máxima y la frecuencia mínima que contiene ese sonido complejo. Por tanto, si añadimos componentes de frecuencia (o armónicos) a un sonido, uno de los efectos que se producirá en la percepción auditiva es el aumento de su sonoridad y si eliminamos componentes de frecuencia (o armónicos) a un sonido, uno de los efectos que se producirá en la percepción auditiva es la disminución de su sonoridad^2.
(^1) La intensidad del sonido tiene que estar expresada en decibelios (dB) para que la relación con la
sonoridad sea la que se ha descrito (n>1). Además, la frecuencia tiene que mantenerse constante ( Hz).
(^2) Además, en ambos casos el timbre percibido del sonido también cambiará.
entre intensidad (en dB), frecuencia (en Hz) y tonalidad percibida (en mels) se puede representar gráficamente mediante las curvas de igual frecuencia.
La complejidad del sonido también influye en su tonalidad. En concreto, en un sonido complejo, el componente de frecuencia más bajo (frecuencia fundamental o primer armónico) es el que aporta la mayor parte de la tonalidad o altura tonal percibida de ese sonido complejo. Sin embargo, cuando a un sonido complejo se le extrae artificialmente la frecuencia fundamental (o primer armónico), paradójicamente se sigue percibiendo con la misma tonalidad (aunque cambie el timbre y se perciba con una menor sonoridad). Esto es un fenómeno perceptivo que se denomina ilusión de la fundamental faltante o ausente. Es una ilusión perceptiva porque, a pesar de que la frecuencia fundamental (o primer armónico) ya no está presente en el sonido complejo, éste se sigue percibiendo como si estuviera presente, en lo que respecta a su tonalidad. Este fenómeno se produce incluso aunque se extraiga artificialmente no solo el primer armónico sino también el segundo, el tercero, el cuarto… a un sonido complejo. La sonoridad y el timbre cambian pero se mantiene la tonalidad.
En cuanto a los factores que influyen en el timbre percibido de un sonido , el más importante es la cantidad y la intensidad de los armónicos -o componentes de frecuencia- de ese sonido. Los armónicos, de hecho, aportan la mayor parte del timbre percibido del sonido complejo. Así, si añadimos o eliminamos armónicos (o componentes de frecuencia) a un sonido, el timbre percibido se verá modificado (además de la sonoridad, que aumentará si añadimos armónicos y disminuirá si eliminamos armónicos). En el timbre percibido también influyen otros factores tales como: el momento de ataque del sonido (inicio), el transcurso de su decaimiento (finalización), la parte sostenida, la riqueza, la brillantez, la musicalidad, etc.
FRECUENCIA
INTENSIDAD (dB)
TONALIDAD (mels)
