Son

Para outras páxinas con títulos homónimos véxase: Son (homónimos).

Transmisión do son nun fluído. Prodúcese unha onda de presión por compresión que fai que o resto das partículas se compriman entre elas.

Un tambor produce son por medio da vibración da súa membrana.

O son é a sensación producida no órgano do oído pola mudanza de presión atmosférica xerada polo movemento vibratorio dos corpos, transmitido por un medio elástico. Está producido por ondas de compresión do medio (lonxitudinais). A función do medio transmisor é fundamental, pois o son, como vibración mecánica, non se propaga no baleiro (onde non hai materia que se poida mover). O ar é para nós o medio transmisor natural do son. A velocidade de propagación do son no ar é de aproximadamente 340 m.s⁻¹ a 15ºC de temperatura.

O son defínese como a compresión mecánica ou ondas lonxitudinais que se propagan nun medio (sólido, líquido ou gasoso). A gran maioría dos sons son combinacións de sinais, pero un son teoricamente puro pode ser descrito a través dunha determinada velocidade de oscilación (ou frecuencia) medida en Hertz (Hz) e amplitude (ou a súa relacionada enerxía) a través de medidas como o nivel de decibeis. O rango do son audible ao ouvido humano está aproximadamente entre 20 Hz e 20 kHz a amplitudes típicas con variacións longas en curvas de resposta. Enriba e abaixo deste rango están os ultrasóns e os infrasóns, respectivamente.

O ser humano e moitos animais perciben o son a través do sentido da audición polos oídos, pero os sons de baixa frecuencia tamén poden ser sentidos por outras partes do corpo. Os sons son utilizados de diversos modos, especialmente para comunicación a través da fala ou, por exemplo, música. A percepción do son tamén pode ser usada para adquirir información acerca do ambiente circundante en relación a propiedades como características espaciais e presenza doutros animais ou obxectos. Por exemplo, os morcegos usan un tipo de localización por eco en canto voan. Os navíos e os submarinos usan o sonar. Os seres humanos adquiren e usan a información espacial percibida nos sons.

A "cantidade" percibida de son (enerxía de onda de presión) defínese como intensidade sonora e mídese en sons. O ouvido humano é moi sensible ao son que se atopa no medio da escala de frecuencias audibles. A amplitude dunha onda sonora mídese en pascal e a intensidade dun son mídese en decibeis en relación á escala citada. A intensidade sonora mínima audible ó longo de todas as frecuencias audibles defínese como Limiar Absoluto de Audición (ATH).

Os estudos científicos do son atópanse xeralmente encadrados no campo da acústica. A percepción dos sons, i.e. audición, estúdase na psicoacústica, que tamén implica unha relación estreita entre a percepción e a psicoloxía. O modelo psicoacústico procura sistematizar os sons que poden ser ouvidos (deixando fora os que son inaudibles). Ademais, a clase de técnicas e métodos que envolven o procesamento do son chámanse xeralmente métodos de procesamento dixital de son.

O rango auditivo varía entre diferentes animais: os morcegos teñen un rango moito máis amplo que o normal, mentres as ras o teñen máis curto. A continuación lístanse frecuencias típicas (en hertzs):

• Morcego: 100 - 100 000 Hz
• Can: 10 - 35 000 Hz
• Elefante: 1 - 20 000 Hz
• Ra: 100 - 2 500 Hz
• Home: 20 - 20 000 Hz

Representación esquemática do oído e da propagación do son. Azul: ondas sonoras. Vermello: tímpano. Amarelo: Cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuencia de resposta do oído. Laranxa: impulso do nervio.

Física do son

Compresión esférica (longitudinais) ondas.

A física do son é estudada pola acústica, que trata tanto da propagación das ondas sonoras nos diferentes tipos de medios continuos como a interacción destas ondas sonoras cos corpos físicos.

onda sinusoidal; Variación de frecuencia; Abaixo podemos ver as frecuencias máis altas. O eixo horizontal representa o tempo.

Propagación do son

Certas características dos fluídos e dos sólidos inflúen na onda de son. É por iso que o son se propaga nos sólidos e nos líquidos con maior rapidez que nos gases. En xeral canto maior sexa a compresibilidade (1/K) do medio tanto menor é a velocidade do son. Tamén a densidade é un factor importante na velocidade de propagación, en xeral canto menor sexa a densidade (ρ), a igualdade de todo o demais, maior é a velocidade da propagación do son. A velocidade do son relaciónase con esas magnitudes mediante:

$v\varpropto {\sqrt {\frac {K}{\rho }}}$

Nos gases, a temperatura inflúe tanto a compresibilidade como a densidade, de tal maneira que un factor de suma importancia é a temperatura do medio de propagación.

A propagación do son está suxeita a algúns condicionantes. Así a transmisión de son require a existencia dun medio material onde a vibración das moléculas é percibida como unha onda sonora. Na propagación en medios compresibeis como o aire, a propagación implica que nalgunhas zonas as moléculas de aire, ao vibrar xúntanse (zonas de compresión) e noutras zonas afástanse (zonas de rarefacción), esta alteración de distancias entre as moléculas de aire é o que produce o son. En fluídos altamente incompresibeis, como os líquidos, as distancias vense moi pouco afectadas pero maniféstase en forma de ondas de presión. A velocidade de propagación das ondas sonoras nun medio depende da distancia media entre as partículas de devandito medio, polo tanto, é en xeral maior nos sólidos que nos líquidos e nestes, á súa vez, que nos gases. No baleiro non pode propagarse o son, nótese que polo tanto as explosións realmente non son audibles no espazo exterior.

As ondas sonoras prodúcense cando un corpo vibra rapidamente. A frecuencia é o número de vibracións ou oscilacións completas que efectúan por segundo. Os sons producidos son audibles por un ser humano medio se a frecuencia de oscilación está comprendida entre 20 Hz e 20000 Hz. Por encima desta última frecuencia tense un ultrasón non audible polos seres humanos, aínda que algúns animais si poden ouvilos. A intensidade dun son está relacionada co cadrado da amplitude de presión da onda sonora. Un son grave corresponde a unha onda sonora con frecuencia baixa mentres que os sons agudos correspóndense con frecuencias máis altas.

Magnitudes físicas do son

Como todo movemento ondulatorio, o son pode representarse mediante a Transformada de Fourier como unha suma de curvas sinusoides, tons puros, cun factor de amplitude, que se poden caracterizar polas mesmas magnitudes e unidades de medida que a calquera onda de frecuencia ben definida: Lonxitude de onda (λ), frecuencia (f) ou inversa do período (T), amplitude (relacionada co volume e a potencia acústica) e fase. Esta descomposición simplifica o estudo de sons complexos xa que permite estudar cada compoñente de frecuencia independentemente e combinar os resultados aplicando o principio de superposición, que se cumpre porque a alteración que provoca un ton non modifica significativamente as propiedades do medio.

A caracterización dun son arbitrariamente complexo implica analizar:

• Potencia acústica: O nivel de potencia acústica (PWL Power Wattage Level) é a cantidade de enerxía radiada ao medio en forma de ondas por unidade de tempo por unha fonte determinada. A unidade en que se mide é o watt e o seu símbolo W. A potencia acústica depende da amplitude.
• Espectro de frecuencias: a distribución da devandita enerxía entre as diversas ondas compoñentes.

Velocidade do son

Avión F / A-18 da mariña de guerra dos Estados Unidos achegándose á barreira do son. O halo branco está formado por pingas de auga condensada que se cre que son o resultado dunha caída na presión de aire ao redor da aeronave (Singularidade de Prandtl-Glauert).

• No aire, o son ten unha velocidade de 331,5 m/s cando: a temperatura é de 0 °C, a presión atmosférica é de 1 atm (nivel do mar) e preséntase unha humidade relativa do aire de 0 % (aire seco). Aínda que depende moi pouco da presión do aire.
• A velocidade do son depende do tipo de material. Cando o son se despraza nos sólidos ten maior velocidade que nos líquidos, e nos líquidos é máis veloz que nos gases. Isto débese a que as partículas nos sólidos están máis próximas.

Comportamento das ondas de son a diferentes velocidades.

A velocidade do son no aire pódese calcular en relación á temperatura da seguinte maneira:

$V_{s}=V_{0}+\beta T\,$

Onde:

$V_{0}=331,3\ {\mbox{m/s}}\,$

$\beta =0,606\ {\mbox{m/(s}}^{\circ }{\mbox{C)}}$

$T\ [{}^{\circ }{\mbox{C}}]$, é a temperatura en graos Celsius.

Se a temperatura ambiente é de 15 °C, a velocidade de propagación do son é 340 m/s (1224 km/h ). Este valor corresponde a 1 MACH.

Reverberación

A reverberación é a suma total das reflexións do son que chegan ao lugar do receptor en diferentes momentos do tempo. Auditivamente caracterízase por unha prolongación, a modo de "cola sonora", que se engade ao son orixinal. A duración e a coloración tímbrica desta cola dependen de: A distancia entre o oínte e a fonte sonora, e a natureza das superficies que reflicten o son. En situacións naturais falamos de son directo para referirnos ao son que se transmite directamente desde a fonte sonora até nós (ou até o mecanismo de captación que teñamos). Por outra banda, o son reflectido é o que percibimos despois de que haxa rebotado nas superficies que delimitan o recinto acústico, ou nos obxectos que se atopen na súa traxectoria. Evidentemente, a traxectoria do son reflectido sempre será máis longa que a do son directo, de maneira que -temporalmente- escoitamos primeiro o son directo, e uns instantes máis tarde escoitaremos as primeiras reflexións; a medida que transcorre o tempo as reflexións que nos chegan son cada vez de menor intensidade, ata que desaparecen. A nosa sensación, no entanto, non é a de escoitar sons separados, xa que o cerebro intégraos nun único precepto, sempre que as reflexións cheguen cunha separación menor duns 50 milisegundos. Isto é o que se denomina efecto Haas ou efecto de precedencia.

Resonancia

É o fenómeno que se produce cando dous corpos teñen a mesma frecuencia de vibración, un dos cales empeza a vibrar ao recibir as ondas sonoras emitidas polo outro.

Para entender o fenómeno da resonancia existe un exemplo moi sinxelo. Supóñase que se ten un tubo con auga e moi preto del (sen entrar en contacto) temos un diapasón, se golpeamos o diapasón cun metal, mentres botan auga no tubo, cando a auga alcance determinada altura o son será máis forte; isto débese a que a columna de auga contida no tubo ponse a vibrar coa mesma frecuencia que a que ten o diapasón, o que evidencia por que as frecuencias refórzanse e en consecuencia aumenta a intensidade do son.

Un exemplo é o efecto de afinar as cordas da guitarra, posto que ao afinar, o que se fai é igualar as frecuencias, é dicir pór en resonancia o son das cordas.

Fisioloxía do son

O aparello auditivo

Artigo principal: Oído.

Os sons son percibidos a través do aparello auditivo que recibe as ondas sonoras, que son convertidas en movementos dos osiños óticos e percibidas no oído interno que á súa vez as transmite mediante o sistema nervioso ao cerebro. Esta habilidade tense mesmo antes de nacer.

A voz humana

A espectrografía da voz humana revela o seu rico contido harmónico.

A voz humana prodúcese pola vibración das cordas vocais, o cal xera unha onda sonora que é combinación de varias frecuencias e os seus correspondentes harmónicos. A cavidade buco-nasal serve para crear ondas cuasiestacionarias polo que certas frecuencias son denominadas formantes. Cada segmento de son da fala vén caracterizado por un certo espectro de frecuencias ou distribución da enerxía sonora nas diferentes frecuencias. O oído humano é capaz de identificar diferentes formantes do devandito son e percibir cada son con formantes diferentes como cualitativamente diferentes, iso é o que permite por exemplo distinguir dúas vogais. Tipicamente o primeiro formante, o de frecuencia máis baixa está relacionado coa abertura da vogal que en última instancia está relacionada coa frecuencia das ondas estacionarias que vibran verticalmente na cavidade. O segundo formante está relacionado coa vibración na dirección horizontal e está relacionado con se a vocal é anterior, central ou posterior.

A voz masculina ten un ton fundamental de entre 100 e 200 Hz, mentres que a voz feminina é máis aguda, tipicamente está entre 150 e 300 Hz. As voces infantís son aínda máis agudas. Sen o filtrado por resonancia que produce a cavidade buco nasal, as nosas emisións sonoras non terían a claridade necesaria para ser audibles. Ese proceso de filtrado é precisamente o que permite xerar os diversos formantes de cada unidade segmental da fala.

Sons da fala

As linguas humanas usan segmentos homoxéneos recoñecibles dunhas decenas de milisegundos de duración, que compoñen os sons da fala, tecnicamente chamados fonos. Lingüísticamente non todas as diferenzas acústicas son relevantes, por exemplo as mulleres e os nenos teñen en xeral tons máis agudos, polo que todos os sons que producen teñen en media unha frecuencia fundamental e uns harmónicos máis altos e intensos.

Os falantes competentes dunha lingua aprenden a "clasificar" diferentes sons cualitativamente similares en clases de equivalencia de trazos relevantes. Esas clases de equivalencia recoñecidas polos falantes son os constructos mentais que chamamos fonemas. A maioría de linguas naturais teñen unhas poucas decenas de fonemas distintivos, a pesar de que as variacións acústicas dos fonos e sons son enormes.

O son na música

O son, en combinación co silencio, é a materia prima da música. En música os sons cualifícanse en categorías como: longos e curtos, fortes e débiles, agudos e graves, agradables e desagradables. O son estivo sempre presente na vida cotiá do home. Ao longo da historia o ser humano inventou unha serie de regras para ordenalo até construír algún tipo de linguaxe musical.

Propiedades

As catro calidades básicas do son son a altura, a duración, a intensidade e o timbre ou cor.

Calidade	Característica	Rango
Altura ou ton	Frecuencia de onda	Agudo, medio, grave
Intensidade	Amplitude de onda	Forte, débil ou suave
Timbre	Harmónicos de onda ou forma da onda. Análogo á textura	Depende das características da fonte emisora do son (por analoxía: áspero, suave, metálico, etc)
Duración	Tempo de vibración	Longo ou curto

A altura

A altura, ou altura tonal, indica se o son é grave, agudo ou medio, e vén determinada pola frecuencia fundamental das ondas sonoras, medida en ciclos por segundo ou hertzs (Hz).

• vibración lenta = baixa frecuencia = son grave.
• vibración rápida = alta frecuencia = son agudo.

Para que os humanos poidamos percibir un son, este debe estar comprendido entre o rango de audición de 20 e 20.000 Hz. Por baixo deste rango temos os infrasons e por encima os ultrasóns. A isto denomínaselle rango de frecuencia audible. Canta máis idade se ten, este rango vai reducíndose tanto en graves como en agudos.

Na música occidental fóronse establecendo tons determinados chamados notas, cuxa secuencia de 12 (C, C#, D, D#, E, F, F#, G, G#, A, A#, B) vaise repetindo formando oitavas, en cada unha destas duplícase a frecuencia. A diferenza entre distintas notas denomínase intervalo.

A duración

É o tempo durante o cal se mantén un son. Podemos escoitar sons longos, curtos, moi curtos etc. Os únicos instrumentos acústicos que poden manter os sons o tempo que queiran, son os de corda fregada, como o violín, e os de vento (utilizando a respiración circular ou continua); pero polo xeral, os instrumentos de vento dependen da capacidade pulmonar, e os de corda segundo o cambio do arco producido polo músico.

A intensidade

É a cantidade de enerxía acústica que contén un son, é dicir, o forte ou suave dun son. A intensidade vén determinada pola potencia, que á súa vez está determinada pola amplitude e permítenos distinguir se o son é forte ou débil.

A intensidade do son divídese en intensidade física e intensidade auditiva, a primeira está determinada pola cantidade de enerxía que se propaga, na unidade de tempo, a través da unidade de área perpendicular á dirección en que se propaga a onda. A intensidade auditiva fundaméntase na lei psicofísica de Weber-Fechner, que establece unha relación logarítmica entre a intensidade física do son que é captado, e a intensidade física mínima audible polo oído humano.

Os sons que percibimos deben superar o limiar auditivo (0 dB) e non chegar ao limiar de dor (140 dB). Esta calidade medímola co sonómetro e os resultados exprésanse en decibels (dB) en honra ao científico e inventor Alexander Graham Bell.

O timbre

Unha mesma nota soa distinta se a toca unha frauta, un violín, unha trompeta etc. Cada instrumento ten un timbre que o identifica ou o diferencia dos demais. Coa voz sucede o mesmo. O son dado por un home, unha muller ou un neno teñen distinto timbre. O timbre permitiranos distinguir se a voz é áspera, doce, rouca ou suave. Tamén inflúe na variación do timbre a calidade do material que se utilice. Así pois, o son será claro, xordo, agradable ou molesto.

Clasificación dos sons

Os sons pódense clasificar en dúas ramas: deterministas e aleatorios.

Os sons deterministas

Os sons deterministas pódense representar sempre a través dunha expresión matemática que indica o xeito en que varía a correspondente presión sonora en función do tempo; podemos coñecer a súa evolución temporal coñecendo a súa frecuencia e amplitude. Dentro deste grupo de sons atopamos como máis representativos os sons periódicos simples, os sons periódicos complexos e os transitorios. Os sons periódicos clasifícanse á súa vez en sinusoidais e complexos.

• Son periódico simple (ton puro)

É o tipo de son máis simple que existe, componse dunha única frecuencia constante que ten o seu espectro nunha soa liña.

• Son periódico complexo

Este son caracterízase por unha frecuencia de orixe, denominada fundamental ou primeiro harmónico, e un conxunto finito (e ás veces infinito) de frecuencias múltiplos desta.

• Son transitorio

Este son é o resultante da brusca liberación de enerxía baixo a forma, por exemplo, dunha forte explosión. Aparece repentinamente e ten unha duración breve. Estes sons conteñen un gran número de compoñentes de frecuencia que non gardan relación harmónica entre si, senón que forman un espectro continuo.

Os sons aleatorios

Os sons aleatorios están formados por moitas frecuencias de valor non predicible, habitualmente reciben o nome de “ruído”. Neste caso, no canto de empregar o espectro de frecuencia, faise uso da chamada densidade espectral de potencia, e dicir, da potencia sonora por unidade de frecuencia. Un tipo de son aleatorio característico é o Ruído Branco.

Ruído branco e ruído rosa

• Ruído branco

Defínese como aquel ruído que presenta unha densidade espectral de potencia constante. Dado que a luz branca é aquela que contén todas as frecuencias do espectro visible, o ruído branco deriva o seu nome de conter tamén todas as frecuencias.

É un sinal non correlativo, é dicir, no eixe do tempo o sinal toma valores sen ningunha relacións uns cos outros. Nunha gráfica espectral de frecuencia, no dominio da frecuencia, veríamos todas as compoñentes coa mesma amplitude, facendo o efecto dunha liña continua paralela ao eixe horizontal.

Adóitase empregar como sinal de probas, inda que en realidade prefírese o ruído rosa dado que a súa densidade espectral asemellase máis a do son real e como o percibimos nos.

Nunha gráfica de eixe horizontal de comportamento logarítmico, unha medida de ruído branco veriámola ascendente a 3 dB por oitava, ao contrario que o ruído rosa, que, nese caso, si se ve plano.

• Ruído rosa

É un ruído aleatorio que posúe unha densidade espectral de potencia constante que se relaciona a través de 1/f coa frecuencia.

O seu nome deriva pois é un intermedio entre o ruído branco (constante) e o ruído vermello ou browniano (que se relaciona 1/f2).

Este ruído ten a mesma enerxía en tódalas oitavas, é por isto que a súa enerxía decae 3 dB por oitava. Ao escoitalo, resulta máis escuro que o ruído branco.

No mundo do son o ruído rosa é moi empregado, por un lado o espectro é moi parecido ao da maioría dos instrumentos harmónicos, e por outro, dado que na maioría de gráficas se emprega unha escala logarítmica no eixe horizontal, o ruído rosa vese como se tivera un espectro plano.

Fonética

En fonética, son é o mesmo que realización, é dicir, o que realmente é capaz o ser humano de producir sonoramente na comunicación lingüística.

Contaminación acústica

O tránsito rodado dos vehículos nas cidades é unha das principais fontes de contaminación sonora. Imaxe dunha rúa de São Paulo.

As actividades humanas comportan habitualmente a produción de sons, que estes cheguen a ser unha incomodidade, unha molestia ou que cheguen a afectar a saúde física ou psíquica das persoas depende do tipo de ruído, da súa duración e do momento e o lugar onde se produzan. Fálase de contaminación acústica cando o ruído comporta repercusións graves sobre a saúde, a calidade de vida dos seres vivos ou o funcionamento normal dos ecosistemas.

As fontes de contaminación acústica máis importante son: o tránsito de todo tipo de vehículos (aéreos e terrestres), as actividades industriais e produtivas, as actividades de lecer (concertos, acontecementos deportivos) e a veciñanza (berros, música).

A contaminación acústica poden ter consecuencias negativas sobre a saúde humana como a diminución temporal ou permanente da capacidade auditiva (pode chegar á xordeira), sensacións de nerviosismo e irritabilidade, alteracións do sono, depresiónsetc.

Lexislación

Até a década do 1970 non apareceron as primeiras leis que timidamente tentaban regular a produción de ruído e a exposición a determinados niveis de ruído. O precedente máis antigo sería a prohibición de utilización do claxon preto dos hospitais e as indicacións de silencio nestas institucións.

En xeral as lexislacións establecen límites máximos do nivel de emisión sonora en función das horas, habitualmente faise unha diferenciación entre día (entre as 7 e as 21h), anoitecer (entre as 21 e as 23 h) e noite (entre as 23 e as 7 h) e entre zonas con diferente grao de tolerancia. Normalmente regúlanse os límites de emisión sonora, actividades especificamente sometidas a control polo seu impacto ambiental, niveis de exposición, normas construtivas ou os métodos de cálculo e aparellos de medida a utilizar. De maneira adicional á lexislación ambiental, tamén adoita haber normas respecto ao ruído na lexislación laboral, en especial a relativa á seguridade e riscos laborais.

Véxase tamén

Outros artigos

• Nivel de intensidade sonora
• Nivel de presión sonora
• Nivel de potencia sonora
• Impedancia acústica
• Ondas sonoras
• Velocidade do son
• Música
• Reprodución do son
• Radiación sonora
• Micrófono
• Altofalante

Ligazóns externas

• O son desde a perspectiva musical. Explicación