El sonido y el oído humano

EL SONIDO Y EL OÍDO HUMANO
Frecuencia y tono
Supongamos ahora que el agente externo que produce la onda sonora, lo hace de manera periódica. Esto significa, por ejemplo, en el caso del recipiente de la figura 39, que la compresión y la rarefacción del gas se lleva a cabo en forma periódica, con determinada frecuencia; esto es, el agente externo realiza sus, movimientos repetitivamente. Lafrecuencia es el número de veces que repite el movimiento en cada segundo. Esta cantidad se mide en hertz (Hz). Así, si efectúan 500 repeticiones en cada segundo, se dice que el movimiento tiene una frecuencia de 500 Hz. Es claro entonces que la onda que se produce en el aire encerrado en el recipiente también se repetirá con la misma frecuencia que le imprime el agente externo. Se dice que en, estecaso se produce una onda sonora periódica. El oído humano percibe ondas sonoras periódicas si sus frecuencias tienen valores comprendidos entre 20 Hz y 20 000 Hz, aproximadamente. Ondas sonoras periódicas que tengan frecuencias fuera de este intervalo no son percibidas por el oído humano; aquellas ondas que tienen frecuencias mayores que 2 000 Hz se llaman ondas de ultrasonido.
Cuando oímos unsonido producido por un instrumento musical, por ejemplo, podemos distinguir un sonido grave de uno agudo; es decir, el oído es sensible al tono del sonido. El tono de un sonido está relacionado con su frecuencia: mientras mayor sea la frecuencia de un sonido más agudo lo percibiremos e, inversamente, mientras más baja sea su frecuencia más grave lo percibiremos.
Por ejemplo, si tocamos la nota laque está en la parte central de un piano, se genera una onda sonora con frecuencia de 440 Hz.
Sobretonos y tonos de combinación
Cuando una onda sonora llega al oído humano, además de tener la sensación de oír la frecuencia del sonido, se tiene la sensación adicional de oír otros sonidos, que no llegaron al oído y que tienen frecuencias 2, 3, ... veces la frecuencia del sonido que sí llegó. Porejemplo, si recibimos una onda de frecuencia 440 Hz (que corresponde a una nota la); tendremos la sensación de oír, además de esta nota, sonidos de frecuencias 2 X 440 Hz = 880 Hz, 3 X 440 Hz = 1 320 Hz, etc. Sonidos con estas frecuencias se llaman sobretonos o armónicos.
Cuando llegan al oído varios sonidos de diferentes frecuencias ocurre otro fenómeno que es muy curioso. Supongamos que llegan dossonidos con frecuencias de 500 Hz, y de 800 Hz. El oído tiene la sensación de oír, además de las frecuencias que llegan, sonidos que tienen las siguientes frecuencias:

800 Hz - 500 Hz = 300 Hz ,
800 Hz + 500 Hz = 1 300 Hz,
2 X 800 Hz - 500 Hz = 1 600 Hz - 500 Hz = 1100 Hz,
2 X 800 Hz - 2 X 500 Hz = 1600 Hz - 1000 Hz = 600 Hz,
2 X 800 Hz + 500 Hz = 1600 Hz + 500 Hz = 2100 Hz, etcétera.Los sonidos con estas frecuencias se llaman tonos de combinación. El sonido del tono de combinación que se percibe con mayor intensidad es el que tiene frecuencia igual a la diferencia de las frecuencias de los sonidos presentes (en nuestro caso, el de 300 Hz); los otros tonos de combinación que se producen tienen intensidades muy pequeñas y en ocasiones son difíciles de percibir.
Además, siresulta que el valor de la frecuencia del tono de combinación queda comprendido entre los valores de las frecuencias que llegan al oído, entonces es difícil percibirlo. Solamente un oído muy entrenado puede percibir este tono.
Vemos entonces que el oído percibe sonidos de frecuencias que no están físicamente, presentes.

Nivel de intensidad
En el caso de la cuerda de la figura 38 podemos hacerlavibrar con distintas amplitudes y con la misma frecuencia (Figura 41). De estas ondas, la que tiene mayor amplitud (A) tiene más energía que la que tiene menor amplitud (B). Esta energía se propaga con la onda. De manera análoga, una onda sonora lleva consigo energía.
El oído humano es capaz de distinguir sonidos fuertes de sonidos débiles; es decir, es sensible al nivel de intensidad del sonido....