Ondas de sonido y sus características (para principiantes) - Ep. 01

Summary

En este video de Awesome Acoustics, Mario explora el sonido desde una perspectiva física, explicando cómo las vibraciones mecánicas generan ondas de sonido y cómo las características como la frecuencia, amplitud y longitud de onda afectan nuestra percepción auditiva. También discute conceptos como el timbre y el efecto Doppler, proporcionando una comprensión fundamental del fenómeno del sonido.

Takeaways

• 🎵 El sonido es un fenómeno físico que comienza con un objeto vibrando mecánicamente, como una campana, un instrumento musical o un altavoz.
• 🌌 La propagación del sonido a través del aire se debe a una serie de ondas que empujan y jalan las partículas de aire, formando una onda de sonido.
• 🔍 La 'partícula' en el contexto de la acústica se refiere a un grupo de moléculas de aire que se comportan como un punto, a pesar de sus vibraciones aleatorias.
• 📊 La presión es un concepto clave para entender el sonido; la presión atmosférica es la base sobre la cual oscila la presión del sonido.
• 📉 La representación gráfica del sonido muestra cómo varía la presión, con 'crestas' y 'valles' que corresponden a puntos de máxima y mínima presión.
• 📐 La amplitud de una onda de sonido está relacionada con su intensidad percibida, con la amplitud pico y la amplitud RMS siendo medidas importantes.
• 🔊 La amplitud RMS es especialmente relevante para la percepción del volumen del sonido, y se calcula como la raíz del promedio del cuadrado de los valores de presión.
• 🌀 La longitud de onda es la distancia entre dos puntos idénticos en una onda, y está determinada por la frecuencia de la onda y la velocidad del sonido en el medio.
• 🔁 La frecuencia del sonido, medida en Hertz, indica cuántas veces se repite el patrón de vibración de la onda en un segundo, y afecta la altura percibida del tono.
• 👂 La capacidad de audición humana varía con la edad, y la frecuencia que una persona puede escuchar disminuye a medida que envejece.
• 🎶 La forma de onda del sonido, que puede ser sinusoidal, cuadrada o dente de sierra, determina el timbre del sonido y esencial para la identificación de diferentes sonidos.

Q & A

¿Qué es el sonido físicamente?

El sonido físicamente es un fenómeno que comienza con un objeto vibrando mecánicamente, como un instrumento musical o un altavoz. Esta vibración empuja y jala las partículas de aire, creando una onda de sonido que se propaga a través del aire.

¿Cómo se relacionan la frecuencia y la amplitud con la percepción del sonido?

La frecuencia de un sonido, medido en Hertz, determina su altura o tono, mientras que la amplitud, relacionada con la intensidad o volumen, afecta la sonoridad del sonido. La combinación de ambas características es esencial para nuestra percepción auditiva.

¿Qué es una onda de sonido y cómo se forma?

Una onda de sonido es una reacción en cadena que se propaga a través del aire cuando un objeto vibra. Al empujar y jalar las partículas de aire, estas transmiten el movimiento a las partículas adyacentes, formando una onda que se extiende en todas las direcciones.

¿Por qué es importante hablar de presión al estudiar el sonido?

La presión es crucial en la acústica porque las variaciones de presión son lo que se mide con micrófonos y es lo que nuestras orejas perciben. La presión atmosférica es la base sobre la cual oscilan las presiones de las ondas de sonido.

¿Cómo se relaciona la presión atmosférica con la altitud?

La presión atmosférica disminuye con la altitud. A mayor altitud, hay menos aire sobre nosotros, lo que reduce la presión. Por ejemplo, en la Ciudad de México, a 2.24 km sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es menor que en áreas más bajas.

¿Qué es la amplitud de una onda y cómo se relaciona con el volumen del sonido?

La amplitud de una onda de sonido es la distancia vertical desde la línea central a un pico o valle. La amplitud está directamente relacionada con la intensidad o volumen del sonido que escuchamos; una amplitud mayor corresponde a un sonido más estruendoso.

¿Qué es la amplitud pico y cómo se calcula?

La amplitud pico es la distancia vertical máxima desde la línea central a un pico de la onda de sonido, y se considera positiva. Se calcula midiendo la diferencia de presión máxima que experimenta la onda, por encima o por debajo de la presión atmosférica.

¿Qué es la amplitud RMS y cómo se relaciona con la percepción de sonoridad?

La amplitud RMS (Root Mean Square) es una medida de la presión promedio de una onda de sonido. Se calcula elevando todos los valores de presión al cuadrado, calculando el promedio y luego tomando la raíz cuadrada del resultado. La amplitud RMS está más relacionada con nuestra percepción de sonoridad que la amplitud pico.

¿Cómo se relaciona la frecuencia con la longitud de onda de un sonido?

La longitud de onda de un sonido es la distancia física entre dos puntos idénticos de un patrón de vibración. Se relaciona con la frecuencia y la velocidad del sonido en el medio a través de la fórmula: longitud de onda = velocidad del sonido / frecuencia.

¿Qué es el efecto Doppler y cómo afecta la percepción del sonido?

El efecto Doppler es el cambio aparente en la frecuencia de un sonido debido al movimiento de la fuente de sonido o del oyente. Si la fuente se acerca, la frecuencia parece más alta (aguda); si se aleja, parece más baja (grave). Esto es resultado de la longitud de onda del sonido cambiando debido al movimiento relativo.

¿Cómo se relaciona la forma de onda con el timbre del sonido?

La forma de onda de un sonido es lo que determina su timbre, es decir, la característica que nos permite distinguir entre diferentes instrumentos musicales o voces. Aunque el timbre se relaciona más directamente con el espectro de frecuencias, la forma de onda es una representación más simple de esta característica.

Outlines

00:00

🔊 Concepto y Características del Sonido

El primer párrafo introduce el tema del video sobre la acustica y las características físicas del sonido, como la frecuencia y la amplitud. Se describe cómo el sonido comienza con una vibración mecánica, como una campana, que empuja y jala partículas de aire, creando una onda de sonido. Se aclaran conceptos técnicos como la definición de partícula en el contexto acústico y se muestra cómo la vibración de un objeto produce compresiones y expansiones de aire, lo que se traduce en variaciones de presión que se propagan como un sonido. Además, se menciona que las partículas de aire no se trasladan con el sonido, sino que solo oscilan en su punto de equilibrio.

05:02

📊 Representación Gráfica del Sonido y sus Amplitudes

Este párrafo se enfoca en la representación gráfica del sonido, donde el eje vertical representa la presión. Se explica que las crestas y valles en la gráfica corresponden a puntos de presión máxima y mínima, respectivamente, y que la línea central representa la presión atmosférica. Se introduce el concepto de amplitud, que está relacionada con la intensidad percibida del sonido, y se diferencian los tipos de amplitud: pico, RMS y instantánea. Además, se menciona la importancia de la amplitud RMS en la medición de la presión del sonido y se anticipa un video futuro sobre decibeles.

10:05

🌀 Longitud de Onda, Velocidad y Frecuencia del Sonido

El tercer párrafo explora la relación entre la longitud de onda, la velocidad y la frecuencia del sonido. Se menciona que la longitud de onda es la distancia entre dos puntos idénticos en un patrón de vibración repetitivo y que depende de la velocidad del sonido en el medio y su frecuencia. Se discuten factores que afectan la velocidad del sonido, como el medio a través del cual se propaga, la temperatura y la humedad. Se define la frecuencia como el número de repeticiones de un evento en un tiempo determinado y se explica cómo se mide en Hertz, utilizando diferentes métodos para determinarla.

15:05

🎵 Percepción Auditiva y Características de las Ondas

Este segmento se centra en cómo la frecuencia de un sonido determina su altura percibida, con frecuencias bajas asociadas a tonos graves y altas a tonos agudos. Se describe el rango de frecuencias audibles para un oído humano joven y sano, y cómo esta capacidad para escuchar frecuencias altas disminuye con la edad. Se aclaran conceptos como el periodo de una onda y su relación con la longitud de onda, y se introduce el efecto Doppler, que explica cambios en la percepción de la frecuencia debido a la movimiento de la fuente del sonido o del oyente.

20:09

🎼 Timbre y Formas de Onda en la Música y la Voz

El último párrafo del script explora el timbre del sonido, que es la característica que nos permite distinguir entre diferentes instrumentos musicales o voces, incluso cuando tocan la misma nota. Se menciona que el timbre está determinado por el espectro de frecuencias de un sonido, aunque para simplificar, se utiliza la forma de onda como perspectiva. Se presentan ejemplos de ondas sintetizadas con diferentes formas, como sinusoidal, cuadrada y dientes de sierra, para ilustrar cómo la misma nota musical suena diferente con cada forma de onda. Se visualiza el audio de un video y se menciona una visualización del tema principal de 'The Legend of Zelda' para el NES, donde se pueden ver en acción los conceptos explicados en el video.

Keywords

💡Sonido

El sonido es un fenómeno físico que se produce cuando un objeto vibra mecánicamente, como un instrumento musical o las cuerdas vocales. En el video, se explica que el sonido se propaga como una onda, empujando y jalando las partículas de aire, lo que provoca una reacción en cadena que se extiende a través del aire. Este concepto es fundamental para entender cómo el sonido llega a nuestros oídos y cómo es percibido.

💡Amplitud

La amplitud de una onda de sonido se refiere a la magnitud de las oscilaciones de presión en el aire. Es directamente relacionada con la intensidad del sonido que percibimos, es decir, su 'volumen'. En el video, se menciona que una onda de alta amplitud suena más intensa que una de baja amplitud. Se explican diferentes tipos de amplitud, como la amplitud pico y la amplitud RMS, que son importantes para medir la intensidad del sonido.

💡Presión

La presión es una de las características fundamentales del sonido, ya que las variaciones de presión son lo que captan los micrófonos. En el video, se describe cómo la presión atmosférica es la base sobre la que oscilan las presiones de las ondas de sonido. Las regiones de alta presión se llaman 'crestas' y las de baja presión, 'valles'. La presión es crucial para entender cómo las ondas de sonido se forman y se propagan.

💡Frecuencia

La frecuencia es la cantidad de veces que un evento repetitivo ocurre en un segundo, y es medida en Hertz (Hz). En el contexto del sonido, la frecuencia determina el tono de la nota musical, siendo las frecuencias altas asociadas con tonos agudos y las frecuencias bajas con tonos graves. El rango audible humano es de 20 Hz a 20,000 Hz, y esta característica es crucial para entender la percepción del sonido.

💡Longitud de onda

La longitud de onda es la distancia física entre dos puntos idénticos en un patrón de onda, medida en unidades como los metros. Esta característica depende de la velocidad del sonido en el medio y la frecuencia de la onda. En el video, se explica que la longitud de onda varía con la frecuencia, y es importante para entender cómo las ondas de sonido se comportan en diferentes medios, como el aire o el agua.

💡Timbre

El timbre es la característica que nos permite distinguir entre diferentes sonidos, incluso si tienen la misma altura musical. En el video, se menciona que el timbre se relaciona con la forma de onda y el espectro de frecuencias de un sonido. Aunque el concepto de timbre es más abstracto, es fundamental para diferenciar los sonidos producidos por diferentes instrumentos o voces.

💡Vibración

La vibración es el movimiento mecánico de un objeto que produce el sonido. En el video, se describe cómo la vibración de un objeto, como una campana, empuja y jala las partículas de aire, generando una onda de sonido. La vibración es la fuente de la energía que se convierte en sonido y es esencial para entender cómo se produce el sonido.

💡Presión atmosférica

La presión atmosférica es el peso del aire que recae sobre una superficie y es la base de referencia para las variaciones de presión que producen las ondas de sonido. En el video, se menciona que la presión atmosférica varía con la altitud y se utiliza como referencia para medir la presión de las ondas de sonido, siendo crucial para la percepción del sonido.

💡Decibel

Los decibeles son una unidad de medida utilizada para expresar la amplitud del sonido. Aunque no se explica en detalle en el script proporcionado, el video menciona que se dedicará un video completo para explicar el decibel en profundidad. Los decibeles son importantes para medir la intensidad del sonido y su relación con la percepción humana del volumen.

💡Efecto Doppler

El efecto Doppler es un fenómeno que describe cómo la frecuencia percibida de un sonido cambia cuando la fuente de sonido se acerca o se aleja de un observador. En el video, se menciona brevemente este efecto, explicando que si la fuente de sonido se acerca, la frecuencia parece más alta (aguda), y si se aleja, parece más baja (grave). Este concepto es crucial para entender cómo la percepción del sonido se ve afectada por el movimiento de la fuente o del oyente.

Highlights

El sonido comienza con un objeto vibrando mecánicamente, como un instrumento musical o cuerdas vocales.

La vibración empuja y jala partículas de aire, creando una onda de sonido.

Las partículas de aire no se trasladan, sino que oscilan en su punto de equilibrio.

La presión atmosférica es el peso del aire que recae sobre una superficie y se mide en Pascal.

La variación de presión es esencial para el estudio del sonido y su percepción.

La amplitud de una onda está relacionada con la intensidad del sonido o 'volumen'.

La amplitud pico y la amplitud RMS son medidas diferentes de la amplitud de una onda.

La longitud de onda es la distancia entre dos puntos idénticos de un patrón periódico de vibración.

La frecuencia de una onda de sonido determina su altura o tono.

El rango de frecuencias audibles para un ser humano joven y saludable es de 20 Hz a 20,000 Hz.

La percepción del tono es logarítmica, lo que significa que la diferencia percibida entre frecuencias es menos drástica de lo que parece.

El efecto Doppler describe cómo la frecuencia percibida de un sonido cambia cuando la fuente se acerca o se aleja.

La duración del sonido es una característica importante que define cuándo comienza y termina un sonido.

La forma de onda es crucial para determinar el timbre del sonido, lo que permite distinguir entre diferentes sonidos.

Las ondas sinusoidales, cuadradas y de diente de sierra son ejemplos de formas de onda que producen sonidos distintos.

El espectro de frecuencias de un sonido es lo que realmente determina su timbre, aunque la forma de onda es una aproximación más sencilla.

La visualización del audio muestra cómo las características del sonido cambian dinámicamente en el tiempo.

Transcripts

Qué onda! Soy Mario y  bienvenidos a Awesome Acoustics.

En este video vamos a ver  qué es el sonido físicamente,

cuáles son sus características  como frecuencia y amplitud,

y cómo se relacionan estas características  a nuestra percepción del sonido.

El fenómeno físico del sonido siempre comenzará con un objeto vibrando mecánicamente:

Un instrumento musical, tus  cuerdas vocales, un altavoz, etc.

Aquí usaré el ejemplo de una campana.

Cuando una campana está vibrando,

estará realizando movimientos muy  pequeños hacia enfrente y hacia atrás,

con lo que estará empujando y jalando

las partículas de aire que se  encuentran justo enfrente.

Al empujarlas, estas partículas empujan las  siguientes, y esas empujan las siguientes.

Al jalarlas, estas partículas jalan  las siguientes, y estas las siguientes.

Esta reacción en cadena que se propaga por el aire

es, fundamentalmente, una onda de sonido.

Una pequeña aclaración técnica,

es que cuando hablamos de partículas de aire  no estoy hablando de moléculas individuales,

ya que las moléculas tienen su propia  vibración aleatoria por temperatura.

Así que en este contexto,  una “partícula” se refiere

a un conjunto de moléculas  lo suficientemente grande

para que sus vibraciones aleatorias  por temperatura se promedien a cero,

pero sigue una cantidad de  aire lo suficientemente pequeña

para seguir imaginándola como  un diminuto puntito de aire.

En contexto de acústica, cuando mencionamos  vibración, hablamos a un nivel de partícula.

En el ejemplo de la campana, el sonido en  realidad se propagaría en todas las direcciones,

pero para hacer esto un poco  más simple de visualizar,

veamos cómo sería la propagación  en una sola dirección.

Aquí los puntos son partículas de aire,

y lo que se muestra es un pistón vibrando  dentro de un ducto, produciendo ondas de sonido.

Sin embargo, esta animación está en  cámara lenta para poder visualizarlo.

Dentro del rango audible humano, esta animación  sería entre 80 y 80,000 veces más rápida.

La forma como se mueven las partículas de aire

parece olas de mar vistas  desde arriba, ¿no lo creen?

Para poder estudiar el sonido, es  importante que hablemos de presión,

ya que la variación de presión  que podemos medir con micrófonos.

La presión atmosférica es básicamente  el peso de kilómetros de aire

que recaen sobre una superficie,  o sobre tus propios hombros.

Si subes a un lugar más alto, vas  a tener menos aire encima de ti,

así que la presión atmosférica sería menor.

La presión se mide en una  unidad llamada el Pascal,

y es igual a la fuerza ejercida  sobre área de superficie.

Al nivel del mar la presión atmosférica es igual a esta cantidad.

La ciudad de México es una de las  capitales más altas del mundo,

a una altitud de 2.24 km sobre el nivel del mar.

A esa altitud, esta es la presión atmosférica.

Donde vives, la presión atmosférica  seguramente está entre este rango.

En el aire, así como en cualquier medio,

las moléculas están naturalmente  separadas por cierta distancia.

Si intentas comprimir el medio, las  moléculas van a luchar por separarse,

ejerciendo una fuerza hacia  afuera y por lo tanto una presión.

De la misma forma, si tratas de estirar el medio,

este va a ejercer una fuerza hacia adentro  tratando de regresar a su densidad original,

como hule pero a una escala diminuta.

Esto produce una presión negativa.

Cuando tienes un objeto vibrando,  esto va a causar compresiones de aire,

que son las regiones donde  se acumulan las partículas,

y expansiones de aire, que son  las regiones donde se separan.

Donde se comprime el aire la presión aumenta,

y donde el aire se expande, la presión disminuye.

Estas regiones de alta y baja  presión se propagan por el aire.

Es decir que cuando hay una onda de sonido,

la presión en una posición en el  aire va a estar oscilando ligeramente

por encima y por debajo de la presión atmosférica.

Si no hay variación rápida  de presión, no hay sonido.

Otra cosa importante que mencionar aquí, es  que aunque las ondas de sonido se propagan,

las partículas de aire como tal no se trasladan,

sino que únicamente oscilan  en su punto de equilibrio.

Esto lo podemos ver fácilmente  en los puntos rojos.

Típicamente cuando pensamos en una onda de sonido,

lo que imaginamos es el dibujo de abajo.

Sin embargo, esto es sólo una gráfica que  sirve para representar de una manera más simple

lo que está sucediendo en la animación de arriba.

Aquí el eje vertical representa presión.

Es decir que entre más arriba esté  la curva significa mayor presión,

y entre más abajo significa menos presión.

Aquí podemos ver cómo los picos hacia arriba

están sincronizados con las regiones de alta presión.

Los picos hacia arriba también  se les llama “crestas”,

y a los picos hacia abajo se les llama “valles”.

Las crestas muestran la presión  máxima, los valles la presión mínima,

y la línea central representaría  la presión atmosférica.

Si a estos 3 valores les restamos la presión atmosférica,

lo que ahora tendríamos es una presión positiva,  una presión negativa, y 0 en la línea central.

Esta es la forma más común de  representar ondas de sonido,

y típicamente la presión negativa va a ser  igual a la positiva, nadamás que… negativa.

Cuando hablamos de la amplitud de una onda,

hablamos de qué tan amplia  es en la dirección vertical.

Así que esta sería una onda de baja  amplitud, y esta una de alta amplitud.

La amplitud está directamente relacionada  con la intensidad del sonido que escuchamos,

es decir la sonoridad, o como  decimos coloquialmente, su “volumen”.

Aquí quiero evitar usar el término “intensidad”,  ya que este es otro tipo de medición acústica

que tiene que ver con la energía acústica  y la velocidad de las partículas,

y luego se puede volver confuso.

Así que trataré de apegarme a “sonoridad”.

En una onda, una amplitud pequeña  correspondería a un sonido débil,

mientras que una amplitud grande  correspondería a un sonido estruendoso.

Hay varios tipos de amplitud,  pero las más importantes

son la amplitud pico, la amplitud  RMS, y la amplitud instantánea.

La amplitud pico es la distancia vertical  desde la línea central a un pico,

y típicamente se considera positiva

independientemente de si lo mides  a un pico positivo o negativo.

Por ejemplo, si aquí la presión sonora  va de -0.5 Pascales a 0.5 Pascales,

entonces la onda tiene una  amplitud pico de 0.5 Pascales.

Sin embargo, la onda no siempre está en este  valor, sino que simplemente es el máximo.

Tal vez sea más útil encontrar algo parecido  a la presión promedio en toda la oscilación.

Para eso utilizamos la amplitud RMS.

Las siglas RMS significan raíz  del promedio del cuadrado,

porque para calcularlo, se elevan todos  los puntos de la onda al cuadrado,

luego calculas el promedio, y  le sacas la raíz a ese valor.

Pero, ¿por qué molestarnos  con la raíz y el cuadrado,

si simplemente podríamos calcular el promedio?

Bueno, si calculamos el promedio a secas…

estaríamos sumando las partes positivas con  las negativas y el resultado nos daría cero.

Elevar todos los valores al cuadrado hace toda  la onda positiva antes de calcular el promedio.

Además, esta forma específica  de calcular una presión promedio

está más relacionado a nuestra  percepción de sonoridad,

que calcular el promedio de los valores absolutos.

Cuando tenemos ondas sinusoidales, es  decir, que tienen exactamente esta forma,

la amplitud pico y la amplitud RMS están  relacionadas a través de la raíz de 2.

Esto es un dato que vale la pena aprenderse,

ya que la gran mayoría del tiempo estarás  lidiando con amplitudes RMS de ondas sinusoidales.

Algo importantísimo es que las presiones sonoras

típicamente se expresan utilizando  amplitudes RMS, NO amplitudes pico.

Por ejemplo, un onda de sonido de 1 Pascal,

en realidad tiene una amplitud RMS de  1 Pascal, y una amplitud pico de 1.4,

es decir, la presión varía sólo 1.4 Pascales por  encima y por debajo de la presión atmosférica,

que recordemos es un número dentro de este rango.

Sin embargo, una variación así de diminuta ya  es un sonido considerablemente estruendoso.

Y por último, la amplitud  instantánea, es la distancia vertical

desde la línea central a cualquier punto  de la curva, no necesariamente un pico.

En este caso, sí se considera  la dirección de la línea.

Así que una amplitud instantánea  hacia abajo, sería negativa.

Otra unidad que se utiliza para medir la  amplitud del sonido es el famoso decibel.

Sin embargo, a esta unidad quiero dedicarle  un video completo para explicarlo a detalle,

así que lo abarcaré en el siguiente video.

La siguiente característica que podemos  ver aquí es la longitud de onda.

Una onda de sonido es periódica, es decir,  que su patrón de vibración es repetitivo.

Una longitud de onda sería la distancia  física, medida en unidades como los metros,

entre dos puntos idénticos de este patrón.

Y una longitud de onda es consecuencia de dos  cosas: la velocidad del sonido, y la frecuencia.

La velocidad del sonido… no es un número fijo.

En realidad, depende de muchos factores,

y el principal de ellos es el  medio por el cual se propaga.

Típicamente pensamos en el aire, porque es  el medio por el cual llega a nuestros oídos.

Sin embargo, el sonido se puede propagar  por otros medios, como agua o metal.

Y típicamente, entre más sólido sea  el medio, más rápido viaja el sonido.

Por ejemplo, estos serían rangos de  velocidad del sonido en estos 3 medios.

Las ondas de sonido siempre necesitan  un medio material para propagarse.

En medio del espacio, lejos de planetas y  estrellas, prácticamente no hay materia física,

así que no puede haber sonido.

Aquí, la solución es transmitir el sonido  en forma de ondas electromagnéticas,

que no necesitan un medio material.

Pero cerca de planetas y estrellas, pueden haber  gases que sirvan como medio de propagación.

Otros dos factores que influyen  en la velocidad del sonido

son la temperatura del medio, y la humedad.

Por ejemplo, el sonido viaja más rápido  en aire caliente que en aire frío,

y también más rápido en aire  húmedo que en aire seco,

aunque en este último caso  la diferencia es muy pequeña.

Es por eso que cuando queremos hablar de  la velocidad del sonido tenemos que decir:

La velocidad del sonido en aire seco a 20 grados centígrados es…

y entonces decimos que es típicamente 343 m/s.

Traduciendo esto a una unidad más familiar a  nosotros, esto es aproximadamente 1235 km/h.

La unidad de velocidad MACH está definida  en relación con la velocidad del sonido.

Es decir que una velocidad de  MACH 1 sería igual a 1235 km/h,

mientras que MACH 2 sería el doble de eso.

Ok, ahora, frecuencias. Si ya  sabes un poco de ondas y sonido,

seguramente pensarás en frecuencia como  la rapidez con la que vibra una onda.

Pero quiero hacer mucho énfasis en que el  concepto de frecuencia es más general que eso.

Frecuencia simplemente significa cuántas  veces sucede un evento repetitivo, lo que sea,

en un tiempo determinado, donde  la frecuencia es constante

a través de varias unidades de tiempo.

Los cuadros por segundo que  toma una cámara de video,

los tiempos por minuto en una pieza musical,

y qué tan seguido es Viernes a través  del año, técnicamente son frecuencias.

La unidad estándar de medición de la frecuencia  son los Hertz, abreviados de esta forma.

Hertz significa “repeticiones en un segundo”.

Para determinar una frecuencia  en Hertz hay dos formas.

Una es, literalmente contando cuántas  repeticiones suceden en un solo segundo,

pero la parte difícil sería  determinar los dígitos decimales

en caso de que el intervalo no sea  una fracción exacta de un segundo.

La otra forma mucho más confiable:

consiste en primero medir el intervalo  entre dos sucesos consecutivos en segundos,

con todos los dígitos decimales que ocupes.

A esto se le llama su periodo.

Luego, si tomas el periodo, y  divides 1 sobre esa cantidad,

¡Listo! Tenemos una frecuencia en Hertz.

De la misma forma 1 dividido entre  la frecuencia nos da su periodo.

Intentemos el primer método,  escucha el siguiente ritmo

y con ayuda de este reloj vamos a determinar  la frecuencia rítmica de los sonidos.

En este ritmo hay exactamente  dos sonidos por segundo,

por lo tanto, su frecuencia rítmica es 2 Hz.

Si usamos el segundo método, entonces  mediremos el intervalo entre cada sonido.

Aquí nos damos cuenta que el intervalo,  es decir el periodo, es de 0.5 segundos,

y si dividimos 1 entre 0.5,  llegamos a los mismos 2 Hz.

Si tenemos un ritmo un poco más extraño y  contamos las repeticiones con el primer método,

esto nos dará un número redondeado,  lo cual puede ser incorrecto,

pero el segundo método nos da  un número preciso. Por ejemplo…

Aquí tenemos intervalos de 0.64 segundos.

Es decir que la frecuencia  de este ritmo es 1.5625 Hz,

lo cual habría sido muy difícil de  determinar con el primer método.

Regresando a un par de  ejemplos que mencione antes,

sería lo mismo hablar de una  cámara de 60 cuadros por segundo,

a decir que toma capturas  a una frecuencia de 60 Hz.

O bien podríamos convertir los tiempos  por minuto de una pieza musical

a tiempos por segundo, por lo que en una  pieza con un tempo de 120 tiempos por minuto,

sus tiempos van a tener una frecuencia de 2 Hz.

Ahora sí, cuando hablamos específicamente de  ondas, y me refiero a cualquier tipo de onda,

con “frecuencia” nos referimos a  cuántas veces en un solo segundo

se repite el patrón de  vibración, o ciclo, de la onda.

La onda no necesariamente va a tener esta  forma sino puede tener diferentes formas,

siempre y cuando se repita con la misma forma.

Más adelante hablo de eso.

Por ejemplo, si tenemos una onda  de sonido donde la presión hace

5 oscilación completas en un segundo,  entonces, es una onda de 5 Hz.

Sin embargo, para la percepción humana,  esta es una frecuencia muy baja,

tan baja que ni siquiera la podemos escuchar.

El oído de una persona joven y saludable

típicamente escucha frecuencias sonoras  en el rango de 20 Hz a 20,000 Hz.

A medida que crecemos este rango se reduce,

tal que una persona en sus 50’s típicamente  ya no puede escuchar arriba de 14 kHz.

Esto puede sonar como que pierden  más de ¼ parte de su audición,

pero la audición es logarítmica, así que  esta pérdida no es tan grave como parece.

El concepto de “logarítmico” lo  explicaré en el siguiente video.

La frecuencia de una onda de  sonido determina su altura,

es decir, qué tan grave o agudo  va a ser el tono al escucharlo.

Las frecuencias bajas están  asociadas con los tonos graves,

y las frecuencias altas están  asociadas con los tonos agudos.

Igual que en los ejemplos anteriores,

el periodo de la onda se puede obtener  dividendo 1 sobre la frecuencia,

o también podemos medir el tiempo  entre dos puntos idénticos de la onda.

Ahora, aquí puede empezar a  haber un poco de confusión,

porque esta distancia entre dos puntos de la onda

la hemos llamado de dos formas:  periodo, y longitud de onda.

¿Cuál es la diferencia, o cómo  distinguimos una de la otra?

El periodo tiene que ver con tiempo,

mientras que la longitud de onda  tiene que ver con distancia física.

Así que depende de qué es lo que  estas mostrando en tu eje horizontal.

Si tienes tiempo, entonces lo  que podemos medir es su periodo.

Si tienes posición o distancia en  metros o una unidad relacionada,

entonces lo que podemos  medir es su longitud de onda.

Como mencioné antes, la longitud  de onda es una consecuencia

de la velocidad del sonido  en el medio, y la frecuencia.

La onda de sonido siempre se  va a propagar en el mismo medio

a la misma velocidad,  independientemente de su frecuencia.

Entonces, si el objeto vibra con mayor frecuencia,

la distancia entre dos puntos idénticos  en el ciclo va a ser más corta.

La longitud de onda se puede  calcular con esta fórmula.

Las longitudes de sonido en aire  seco a 20 grados centígrados,

serían 17.15 metros para 20  Hz, y 1.715 cm para 20 kHz.

Cuando hagas estos cálculos, asegúrate  de siempre usar las unidades estándar.

Por ejemplo, la velocidad de sonido siempre  debe estar en metros sobre segundos,

y nunca en unidades derivadas  como kilómetros u horas.

También, si comparamos sonido  en aire contra sonido en agua,

las longitudes de onda en agua van a ser  más grandes para las mismas frecuencias

que en el aire, porque el sonido  se traslada más rápido en el agua.

Un efecto muy interesante que ahora  podemos entender es el efecto Doppler.

Básicamente, es el efecto que sucede  cuando pasa un carro frente a nosotros

y lo que escuchamos es:

Esto de nuevo tiene que ver con que el sonido se  propaga por el aire a una velocidad constante.

Si la fuente de sonido está avanzando,  esto va a reducir la longitud de onda,

por lo que al llegar a nuestro oído va a  ser como si tuviera una frecuencia más alta,

o sea, más aguda.

De la misma forma, cuando se aleja la  fuente, esto aumenta la longitud de onda.

Entonces la percibimos con una  frecuencia más baja, o sea, más grave.

El sonido real que emite el carro sería el que  escuchamos cuando pasa justo frente a nosotros.

Volvamos a escuchar el ejemplo, ahora que podemos entender el efecto.

Ok, hasta el momento hemos hablado de ondas  de sonido que se repiten indefinidamente,

pero otra característica que  tiene el sonido es la duración.

Esto es tan sencillo como cuándo  comienza y cuando termina.

Finalmente, quiero hablar de la forma de onda.

La forma de onda determina el timbre del sonido,

que es la característica  que nos permite distinguir

entre diferentes instrumentos musicales,

diferentes personas, u otros  objetos que produzcan sonido.

Bueno, de hecho, es más correcto decir

que el espectro de frecuencias de un sonido es lo que determina su timbre.

Pero ese es un tema un poco más avanzado que abordaré en otro video más adelante.

Sigue siendo cierto que  cada instrumento, persona u objeto

producen una forma de onda característica,

y por ahorita, la perspectiva de  forma de onda es más sencilla.

El concepto de “timbre” es un poco más abstracto  que los otros de los que hemos hablado,

pero la forma más fácil de pensar en ello es así:

si la altura es la característica  que nos permite distinguir

entre dos notas musicales  tocadas con el mismo instrumento,

entonces el timbre es la característica que  nos permite distinguir entre dos instrumentos

tocando la misma nota musical.

Un ejemplo sencillo es escuchando  estas ondas sintetizadas:

una onda sinusoidal, una onda  cuadrada, y una onda diente de sierra.

Toma en cuenta que la nota musical es la misma en los 3 ejemplos,

y aún así, cada onda suena diferente.

Estas ondas son muy fáciles  de producir eléctricamente,

así que son sonidos muy clásicos  utilizados en sintetizadores.

Por ejemplo, las melodías que  produce una antigua consola NES

principalmente son ondas cuadradas.

También tiene un canal de onda  triangular para las notas de bajo,

y un cuarto canal que produce ruidos  cortos para emular percusiones.

En el caso real de una pieza  musical o una persona hablando,

todas estas características no son fijas,  sino que están cambiando todo el tiempo.

Para que se den una idea, así es como se ve  el audio de este video visto desde lejos,

y así es como se ve cuando hago un acercamiento.

Otro ejemplo del cual francamente estoy enamorado

es una visualización del tema principal  de The Legend of Zelda para el NES,

donde pueden ver todos los conceptos  explicados en este video en acción:

Las diferentes formas de onda que producen diferentes sonidos,

los periodos que se vuelven más cortos al producir notas musicales más altas,

las amplitudes que cambian para darle  un mayor impacto al inicio de cada nota…

Incluso, cuando la nota musical  está haciendo un vibrato,

pueden ver la onda vibrar horizontalmente,

porque un vibrato, es una variación  muy pequeña de frecuencia.

Aquí les voy a mostrar un fragmento, pero les  dejo la liga al video original en la descripción.

Con eso concluimos este episodio, y en el  siguiente hablaremos del decibel. ¡Nos vemos!