Seguridad y confort
Todas las fuentes de ruido y vibraciones tienen implicaciones sobre el confort: maquinaria, vientos, olas... Afortunadamente contamos con la potencia de la simulación para analizar los problemas asociados.
Leer más06-07-2023 | Publicado por Javier Rodríguez / David Guillén
Acústica es la ciencia del sonido, incluida la producción, transmisión y sus efectos biológicos y sicológicos. Las fuentes de sonido pueden ser aéreas, por fluctuaciones turbulentas de presión, o estructurales, causadas por vibraciones; las primeras suelen involucrar frecuencias más altas. Hay distintos métodos para analizar la transmisión: la acústica de ondas, que es la más básica, la de rayos para mayores distancias, y la de energía para sistemas complejos.
Las ecuaciones que rigen la transmisión de ondas son la conservación de masa y cantidad de movimiento, además de la ecuación de estado que relaciona presión y densidad. Esto da una velocidad de propagación de unos 340 m/s en aire en condiciones normales. La impedancia es la relación entre la presión y la velocidad de partícula; su falta de uniformidad da origen a la reflexión y refracción, mientras la difracción está asociada a cambios en el frente de onda a su paso por orificios o alrededor de obstáculos.
El diseño de impedancia en instrumentos musicales trata de sintonizar la del sistema vibrante con la del aire circundante. Las primeras cavidades resonantes fueron grandes vasijas decorativas de cerámica que absorbían ciertos sonidos. Relacionado con ellas es el resonador de Helmholtz, una cavidad con una apertura amplia y una pequeña salida.
El análisis estadístico de energía es útil para altas frecuencias en sistemas complejos con múltiples modos naturales. Tiene en cuenta la masa y densidad de modos de los sistemas individuales, el factor de pérdida (a través de un amortiguamiento estructural, cuyo inverso es el factor de calidad) y los factores de acoplamiento (que relacionan el intercambio de potencia con la diferencia de potencia).
La audición responde a la intensidad (flujo energético). Como la ley de Weber-Fechner dice que los órganos responden en proporción al logaritmo del estímulo, usamos decibelios para cuantificar las presiones.
El sonido puede causar molestias, por ejemplo:
En todos los casos suele ser mejor tratar de controlar el ruido y vibraciones en origen.
Los sonidos pueden también generar una experiencia placentera, que involucra aspectos subjetivos y objetivos. El tono (subjetivo) está relacionado con la frecuencia (objetivo), la intensidad con el flujo de energía, y el timbre con la forma de onda. La cavidad del oído interno (rellena de líquido) se excita por acción de los huesecillos (martillo, yunque y estribo) que emiten ondas en la cóclea en distintas direcciones según la frecuencia; los receptores (células ciliadas) están en la membrana basilar.
La frecuencia es un aspecto clave en música. Si la frecuencia es muy baja, percibimos golpes sucesivos sin inferir un tono. La coherencia de frecuencias es lo que diferencia al “sonido” del “ruido”. Si se emiten simultáneamente dos notas de frecuencias muy próximas, percibimos un batido. Si la diferencia de frecuencias entre dos señales es suficientemente grande, responden dos regiones resonantes de la membrana basilar y oímos los dos tones originales; la capacidad de analizar un patrón complejo y descomponerlo en sus tonos puros originales se conoce como discriminación de frecuencias.
Para lograr un efecto armonioso, la escala pitagórica basaba los intervalos en el cociente de frecuencias 3:2, la quinta justa “pura”. En la escala temperada, cada octava se divide en doce intervalos iguales; las notas no son tan armoniosas, pero se aproximan mucho y permiten tocar en cualquier tono. Los instrumentos modernos están generalmente adaptados a la escala temperada.
En tiempos de Händel (1685-1759), la nota La4 de referencia se determinaba con su diapasón personal, que oscilaba con una frecuencia de 422.5 Hz. La mayor brillantez que aportan las frecuencias más altas provocó que el La4 fuera elevándose gradualmente. En 1953 la International Standards Organisation finalmente recomendó 440 Hz.
El carácter de una nota musical puede enriquecerse introduciendo variaciones periódicas en tono, intensidad o timbre al ritmo de 4-8 Hz (vibrato para el tono y trémolo para la intensidad).
Una cierta reverberación es deseable en un auditorio y permite superponer y comparar sonidos sucesivos; el tiempo ideal de reverberación puede estar alrededor de los 2 s.