¿Cómo son los sonidos de nuestro entorno? Física de las ondas complejas

En entradas anteriores analizábamos las propiedades básicas de los sonidos mas simples que existen, los tonos puros. Sin embargo, mencionábamos que estos sonidos son muy poco frecuentes en nuestro entorno acústico, por lo que carecen de valor descriptivo a la hora de conocer las características de sonidos mas complejos como el habla, la música o el ruido, a los cuales nos enfrentamos diariamente.

Los tonos puros se caracterizan por manifestarse en forma de onda simple de determinada amplitud y frecuencia. Los sonidos complejos por su parte, están formados por múltiples ondas simples de distintas frecuencia y amplitud, las cuales al combinarse resultan en la formación de una onda compleja.

Existen dos tipos de ondas complejas, las periódicas y las aperiódicas. Las ondas complejas periódicas se caracterizan por mostrar un patrón de repeticiones constantes e idénticas en el tiempo, es decir, mantienen constante su forma, periodo y amplitud en cada una de las repeticiones (ver Figura 1). Al igual que en el caso de las ondas simples, las ondas complejas periódicas están marcadas por su amplitud y frecuencia. Concretamente, la amplitud de la onda en cada instante de tiempo viene determinada por la amplitud de cada una de los ondas simples que la componen en ese momento. Por eso, suele indicarse que la amplitud de las ondas complejas periódicas es relativa y dependiente del momento. Por otro lado, la frecuencia de las ondas periódicas es múltiple y viene determinada por la frecuencia fundamental y los armónicos. La frecuencia fundamental se define como la frecuencia mas baja de la onda periódica compleja y los armónicos como la sucesión de frecuencias de las ondas simples restantes.(ver Figura 2).

Figura 1. Onda compleja periódica. Nótese el patrón regular de repetición.
Figura 2. Ondas simples de distinta frecuencia (ondas en color rojo, verde, marrón y azul) y onda compleja formada por la combinación de éstas (onda de color negro). En este caso, la frecuencia fundamental de la onda compleja vendría determinada por la onda de color rojo, ya que es la de frecuencia mas baja. Los armónicos, por su parte, vendrían determinados por el resto de ondas (ondas de color verde, marrón y azul, en ese orden)

A continuación, puede escuchar cuatro tonos puros (ondas simples) de 250Hz, 500Hz, 750Hz y 1000Hz. Después puede escuchar el sonido resultante de la combinación de los tres (onda compleja). En el caso de este sonido complejo, la frecuencia fundamental sería de 250Hz y el segundo, tercer y cuarto armónicos las frecuencias subsiguientes (500Hz, 750Hz y 1000Hz).

Tono puro de 250Hz
Tono puro de 500Hz
Tono puro de 750Hz
Tono puro de 1000Hz
Sonido complejo resultante de la combinación de tres tonos puros de 250Hz, 500Hz, 750Hz y 1000Hz

En el caso de las ondas complejas aperiódicas, éstas se caracterizan por su irregularidad. Es decir, están marcadas por la gran variación existente en su amplitud, duración y forma a la largo del tiempo. En las ondas complejas aperiódicas se producen todas las frecuencias de forma aleatoria, sin poder llegar a establecerse una relación entre ellas. Esto tiene como resultado que en ellas, la energía acústica no se concentre y aparezca dispersa (ver Figura 3).

Figura 3. Onda compleja aperiódica. Nótese su patrón irregular de repetición.

Como el lector ya se habrá podido imaginar, sonidos del entorno descifrables por el sistema auditivo del humano como la música o el habla toman la forma de ondas complejas periódicas, mientras que aquellos que no son descifrables por nuestro sistema auditivo como los ruidos, toman forma de ondas compleja aperiódicas. Debido que nuestro sistema auditivo es capaz de identificar y reconocer patrones regulares en el sonido, tenemos la habilidad de disfrutar de una buena pieza musical o comunicarnos entre nosotros. Sin embargo, por el mismo motivo nos resulta incómodo estar en un lugar con ruido de coches, maquinaria industrial o cualquier otro sonido de comportamiento irregular.

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