Vivimos en un mundo lleno de sonidos: las voces de las personas, el trino de los pájaros, los motores de los automóviles, el ladrido de los perros, el ruido de la lluvia, el impactante estruendo del trueno y los fascinantes sonidos de la música, entre muchos ejemplos. Cabe destacar que los sonidos nos acompañan desde antes de nuestro nacimiento –ya que cuando estamos dentro del vientre materno empezamos a escucharlos– y hasta el otro extremo, el día de nuestra muerte.

Algunos sonidos son fuertes y otros suaves, algunos sonidos son agradables y otros desagradables. El sonido es tan importante en nuestras vidas que los seres humanos podemos comunicarnos entre nosotros gracias al sonido. Casi todas las especies animales se comunican emitiendo sonidos que les son característicos. Gracias a cierto tipo de sonidos, como los que emiten las alarmas sísmicas y las sirenas de ambulancias, podemos advertir algunos riesgos o urgencias. Y también, mediante el sonido podemos disfrutar de la música en todos sus géneros y estilos. ¿Se imaginan cómo sería nuestra vida sin sonidos? Sin duda, totalmente diferente.

Empecemos a analizar el sonido desde el punto de vista de la física. Para iniciar, afirmaremos que el sonido es una onda, y a fin de entender lo que es una onda nos referiremos a una interesante experiencia: seguramente alguna vez hemos visto o participado en el juego de “la ola”. En un estadio, los espectadores se levantan y se sientan en el mismo lugar siguiendo un cierto orden. Este movimiento masivo se percibe desde una distancia media, digamos entre 50 y 100 metros, como una ola que se mueve alrededor del estadio. Lo que se desplaza alrededor del estadio es el efecto del movimiento del público (pararse y sentarse). Ellos no cambian de lugar. Este movimiento que viaja es una onda. Ahora te invitamos a que aprecies en vivo el desplazamiento de una perturbación determinada, en este caso un pequeño empujón.

Otra afirmación: las ondas transmiten energía. Este hecho lo puedes fácilmente visualizar si te imaginas la siguiente experiencia: una pequeña tina de plástico con agua y un barco de papel que flota sobre el agua. El barco se coloca cerca de la orilla de la tina y luego se tira una moneda o una pequeña piedra en el centro. Se formará una ola u onda que irá del centro de la tina hacia la orilla. Cuando la onda llegue al barco, éste se levantará y regresará a su posición original. ¿De dónde salió la energía necesaria para levantar el barco de papel? Se produjo por la caída de la moneda o piedra y fue transportada por la onda u ola. Esta sencilla demostración prueba que las ondas transmiten energía.

Ahora veamos, ¿cómo se genera una onda sonora? Se genera cuando producimos una vibración o perturbación en un medio como el aire. Este hecho lo podemos verificar en forma sencilla utilizando una regla pequeña o una tira de cartulina de 30 centímetros de largo aproximadamente, y haciendo un movimiento de vaivén (ida y vuelta) sobre la regla con nuestra mano. Al hacerlo en una dirección (alejando la tira) estamos empujando las moléculas de aire, mientras que en el sentido contrario (cuando acercamos la tira) alejamos las moléculas, una de otra. De esta manera formamos zonas de compresión donde se empujan las moléculas, acercándolas entre sí, y zonas de estiramiento, también llamadas de rarefacción, donde se alejan una de otra. Estas zonas se desplazan a lo largo del medio de transmisión, en este caso el aire. No podemos ver las zonas de compresión o de estiramiento porque el aire es invisible. Así se produce una onda. Cuando golpeamos un diapasón musical, empieza a vibrar y podemos escuchar su sonido característico, tal como se muestra en la figura siguiente.

Ahora podemos afirmar que, para que se genere un sonido, se debe producir una vibración. Por ejemplo: la cuerda de una guitarra que se pulsa o jala, la membrana o cuero de un tambor cuando se golpea, la columna de aire en una flauta cuando se sopla a través de la boquilla, o nuestras cuerdas vocales, al hacerlas vibrar por el paso de aire de nuestros pulmones.

En una vibración, al viaje de ida y vuelta se le llama ciclo. Ocurre que el tono de un sonido depende de su frecuencia, que es el número de ciclos (viajes de ida y vuelta) por segundo, lo cual se abrevia ciclos/seg. Los sonidos agudos, como los de una flauta pícolo, tienen frecuencias altas, es decir, muchos ciclos por segundo, mientras que los sonidos graves, como los de una tuba, tiene frecuencias bajas (pocos ciclos por segundo).

Identifiquemos los intervalos de frecuencia de algunos sonidos conocidos (en ciclos por segundo):

El oído humano no es capaz de percibir todos los sonidos, sólo puede detectar sonidos que tengan entre 20 y 20 000 ciclos por segundo. El sonido por debajo de 20 ciclos por segundo se denomina infrasonido, mientras que el sonido por arriba de 20 000 ciclos por segundo se llama ultrasonido. El oído humano no puede percibir ondas sonoras del infrasonido ni del ultrasonido. Sin embargo, el oído de algunos animales sí percibe sonidos en la zona del infrasonido y en la zona del ultrasonido, aquí algunos ejemplos:

Ocurre que los elefantes se pueden comunicar a kilómetros entre unos y otros gracias a sus sonidos dentro de la zona del infrasonido; los delfines se pueden comunicar entre ellos a cientos o miles de metros de distancia dentro de las aguas de los océanos por los sonidos que producen en la zona del ultrasonido. Habrás escuchado de los silbatos de perro que sirven para educarlos; estos silbatos emiten un ultrasonido, que, por lo tanto, los humanos no podemos percibir. Los murciélagos emiten y escuchan ultrasonidos, lo cual les permite viajar en la oscuridad y detectar con precisión los insectos que se comen.

Ahora veamos otro aspecto de las ondas sonoras. Para ello imaginemos un experimento platicado, referido en la figura adjunta: se encierra un reloj ruidoso dentro de una campana de vidrio. Junto a la campana hay una persona que escucha el tic-tac que produce el reloj. Ahora alguien empieza a extraer el aire que está dentro de la campana, y la persona que está a un lado no escucha el tic-tac, por lo que cree que el reloj se paró, pero no es así, ya que el reloj continúa moviendo las manecillas.

¿Entonces qué ocurrió? Al extraer el aire, las ondas sonoras no se pueden desplazar porque no existe un medio de transmisión, en este caso el aire. Este medio puede ser gaseoso (como el aire), líquido (como el agua) o sólido (como una puerta de madera). Cuanto más denso sea el medio de transmisión, mayor será la rapidez del sonido en ese medio. Por cierto, los sonidos que cotidianamente escuchamos se transmiten por el aire. En el espacio exterior donde no hay casi nada de aire, no es posible oír o escuchar ruido alguno. Aunque es común ver películas del espacio en las que hay explosiones con gran ruido, en realidad éstas no se podrían escuchar ya que no hay medio de transmisión.

Ahora hablemos de la rapidez de las ondas sonoras. Ésta depende fundamentalmente del medio de transmisión y, en algún grado, de la temperatura. Dicha rapidez es la siguiente:

Rapidez de las ondas sonoras según el medio de transmisión y la temperatura
Medio	Temperatura (°C)	Rapidez (m/seg)
Aire	20	244
Agua de mar	20	1500
Placa de aluminio	20	5104

Ahora, ¿qué podemos decir de la intensidad de una onda sonora? La intensidad depende de la cantidad de energía que se aplica para generar la onda sonora. Los sonidos fuertes causan grandes compresiones y expansiones en el medio de transmisión, ya que se transmiten con mayor energía que los sonidos débiles. Por ejemplo, si se hace vibrar con vigor la cuerda de una guitarra, las vibraciones serán más intensas que si se pulsara la cuerda más suavemente. La intensidad de las ondas sonoras se mide en unidades llamadas decibeles (db).

Veamos la intensidad de algunos sonidos:

• Un murmullo leve o la caída de hojas en un viento débil: de 0 a 10 db.

• Una conversación normal (tranquila) entre dos personas (sin gritar): de 20 a 50 db.

• El ruido de una secadora de pelo: 80 db.

• En medio del tráfico intenso de automóviles: de 80 a 90 db.

• Dentro de una discoteca: de 100 a 110 db.

• Cerca de un jet al despegar, estando a una distancia de entre 50 y 100 metros: de 110 a 150 db.

El oído humano está formado por tres secciones: el oído externo, el oído medio y el oído interno.

A través del oído externo, que empieza en nuestra oreja, las ondas sonoras que en este momento son zonas de compresión y elongación de partículas de aire, entran al canal auditivo hasta llegar a una membrana muy delgada y delicada llamada tímpano, que tiene un grosor de apenas 0.1 milímetro.

Pasamos al oído medio, en donde las ondas sonoras hacen vibrar el tímpano, lo traspasan y llegan a tres pequeños huesecillos: el martillo, el yunque y el estribo, que juntos forman un sistema de palancas cuya función principal es amplificar la fuerza y la presión de las vibraciones que entraron por el canal auditivo.

En el oído interno está la cóclea, que tiene forma de un caracol lleno de líquido, donde se encuentran unas células en forma de cabellos, que son muy sensibles y cuya función es convertir los impulsos mecánicos en señales eléctricas. Estas señales eléctricas llegan a nuestro cerebro, que las procesa y, ¡maravilla!, las interpreta como sonidos con todas sus características. ¡Sí!, los sonidos, tal como los conocemos, son producto de nuestro cerebro. Las ondas sonoras que producimos al hablar o gritar recorren el interior de nuestra cabeza y se transmiten a través del aire y del cráneo.

Todos alguna vez hemos escuchado el eco, pero ¿qué es y cómo se produce? Se genera cuando una onda sonora se refleja al chocar contra una superficie lisa (no porosa) y dura, suficientemente alejada (ver figura adjunta).

En muchos auditorios y salas de música, las paredes o incluso los techos, son rugosos, o están cubiertos de cortinas o recubiertos de corcho, a fin de evitar los rebotes de las ondas sonoras.

El oído humano puede diferenciar o distinguir entre dos sonidos consecutivos sólo si llegan separados cuando menos por una décima de segundo. Si los dos sonidos llegan separados por menos de una décima de segundo, los apreciamos como un solo sonido. Si gritas frente a una pared reflejante que se encuentre a más de 17 metros de distancia, tu grito se reflejará y se producirá un eco.

Entre las varias aplicaciones prácticas del eco está el sonar, que es un instrumento muy útil para los buques y los submarinos. Se trata de un aparato que produce ondas sonoras de la región del ultrasonido que viajan hacia el fondo del océano con una rapidez conocida. Cuando estas ondas sonoras llegan al fondo del mar o inciden en cardúmenes, son reflejadas y regresan al sonar. Conociendo el tiempo que tardan en ir y regresar, así como su rapidez, se puede calcular la distancia que existe entre el buque y el fondo del mar o los cardúmenes.

Todos hemos escuchado el sonido característico de la sirena de una ambulancia. Si nosotros estamos parados en la acera de una calle y escuchamos que una ambulancia se acerca, constatamos que, conforme se aproxima la ambulancia, el sonido de la sirena se hace cada vez más agudo; en contraste, cuando la ambulancia se aleja, el sonido se hace cada vez más grave, lo cual significa que la frecuencia del sonido de la sirena va cambiando.

Este cambio de tono o frecuencia se conoce como efecto Doppler y se debe al movimiento relativo entre la fuente que emite las ondas sonoras –en este caso la sirena de la ambulancia y el receptor. Cuando la fuente en movimiento se acerca al receptor en reposo, la frecuencia del sonido que le llega va aumentando, por lo que el sonido se hace más agudo (aumenta su frecuencia). Cuando la fuente en movimiento se aleja del receptor, la frecuencia del sonido disminuye, por lo que el sonido se hace más grave (véase figura anexa).

El efecto Doppler es utilizado para medir la rapidez de los vehículos. Se envían ondas de una longitud de onda parecida a las del radio desde una fuente emisora. Estas ondas se reflejan en el vehículo en movimiento y llegan al detector, que está calibrado para identificar a los vehículos que han rebasado la velocidad máxima permitida.

Hemos repasado algunos de los conceptos más importantes del sonido. Ahora conoces más de este fenómeno tan importante en nuestra vida. Esperamos que, en lo sucesivo, cuando escuches algún sonido tengas más conocimientos para analizarlo y caracterizarlo. Entiende y disfruta los sonidos que acompañan nuestra vida diaria. Por un momento, piensa qué diferente sería nuestra vida sin el sonido. ♦